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自动驾驶激光雷达原理解析及供应商盘点

最近频频“出事”的特斯拉让不少人对自动驾驶产生了顾虑,这其中到底有哪些技术尚不成熟,解法又是什么?相信是许多人心中的疑问。

事实上,对于自动驾驶,也许你的理解还有些误会。智能内参曾经分享过波士顿咨询的一篇自动驾驶报告,非常详细的解释了自动驾驶的状态是分层级的,0级全部需要人来操作,5级自动驾驶则完全不需要人来做任何操作。

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那么在明确了自动驾驶、辅助驾驶等概念具体的指代后,我们要知道想做到5级的全自动化驾驶,一定需要多种传感器的配合,因为他们充当了汽车的机器感官。同时,除了传感之外,现有技术还需要在计算机算法、决策执行甚至车载网联通信上面做各种优化,才能让汽车像人类“老司机”一样灵活、果断、反应迅速。当然,机器靠谱的一点是:它从不喝酒。

在自动驾驶的众多传感器方面,本文将会从激光雷达这个角度切入,详细介绍这个细分行业的现状,以及能让自动驾驶重量级玩家相中的种子级选手都有哪些。

  激光雷达是什么?

说穿了,它就是雷达,干得也是同样的活,就是探测目标位置,监测移动速度。区别在于激光雷达用的是激光,而传统意义上的雷达用的是超声。

  原理

与雷达原理相似,激光雷达使用的技术是飞行时间(TOF,Time of Flight)。 具体而言,就是根据激光遇到障碍物后的折返时间,计算目标与自己的相对距离。激光光束可以准确测量视场中物体轮廓边沿与设备间的相对距离,这些轮廓信息组成所谓的点云并绘制出3D环境地图,精度可达到厘米级别,从而提高测量精度。

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而事实上,激光雷达作为“机械之眼”,也大量应用在无人机、机器人等等方向上,只不过今天我们只讨论自动驾驶这个范畴。

  优势

高级辅助驾驶系统(ADAS)及无人驾驶系统中常用的环境传感器包括摄像头、 激光雷达、毫米波雷达等。相比于摄像头,激光雷达的最大优势在于使用环境限制较小,即不管在白天或是夜晚都能正常使用。

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对于标准车载雷达及毫米波雷达,当其所发射的电磁波在传播路径上遇到尺寸比波长小的物体时,将会发生衍射现象,即波的大部分能流绕过物体继续向前方传播,反射回来可供雷达接收的能量则很小,因此,无法探测大量存在的小型目标。

而用于雷达系统的激光波长一般只有微米的量级,因而它能够探测非常微小的目标,测量精度也远远高于毫米波雷达及其他车载标准雷达。

不过,激光雷达也存在着价格昂贵等劣势。激光雷达的测量精度与其雷达线束的多少有关,线束越多,测量精度越精准,ADAS无人驾驶系统的安全性也越高。但同时,线束越多,其价格也越昂贵。目前,虽然低成本化是激光雷达的一大趋势,但出于对驾驶安全性的考虑,高价激光雷达仍然占据主流。

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分类及发展趋势

激光雷达按有无机械旋转部件分类,包括机械激光雷达和固态激光雷达。根据线束数量的多少,又可分为单线束激光雷达与多线束激光雷达。而未来的发展方向将会从机械走向固态,从单线束走向多线束。因为固态激光雷达与机械激光雷达比起来,尺寸较小、性价比较高、测量精度相对低一些,可隐藏于汽车车体内,不会破坏外形美观。多线束激光雷达则会比单线束视野范围更广。

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  应用的发展瓶颈在于成本

目前行业有三种方式来降低整个激光雷达的成本与价格:

(1)降维,即使用低线束低成本激光雷达配合其他传感器。

(2)用全固态激光雷达代替机械激光雷达。

(3)通过规模效益降低激光雷达的单个成本。

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巨头们的选择

  1.美国老牌Velodyne

谷歌在其最早的自动驾驶原型汽车中所使用的LiDAR传感器就是由该公司开发的。美国Velodyne公司成立于1983年,其3D激光雷达产品种类丰富,包括16线束、32线束及64线束等,其中还有专门为智能驾驶汽车设计的Ultra Puck激光雷达。

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  2.硅谷新锐Quanergy

2014年9月,Quanergy和奔驰达成战略合作,为奔驰研发车内传感系统和无人车。而事实上,这家年轻的公司2012年才在硅谷成立。2014年10月,该公司获得了3000万美元的A轮融资。2015年10月,Quanergy公司宣布与Delphi公司合作,为无人驾驶汽车开发一种新型的激光雷达系统, 每台单价低于1000美元。

事实上,就在7月14日,Quanergy又获得了1亿美元的B轮投资,由德州仪器领投,中国投资方金浦投资参与跟投。至此,Quanergy的投资背景就更加华丽,包括三星电子、特斯拉创始人埃隆·马斯克、德尔福和德州仪器等。

目前,Quanergy共推出了两款3D激光雷达产品,一款是安装在奔驰智能驾驶测试车上的The Mark VIII,另一款就是第一款专为智能驾驶汽车设计的全固态激光
雷达S3

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  3.德国品牌IBEO

IBEO是最早涉足车载激光雷达并提供路上物体追踪、识别的企业之一。这家德国公司成立于1998年,两年后就被传感器制造商Sick AG收购。期间除了继续研发激光扫描技术,在当时就开始了自动驾驶项目的尝试,并与欧洲委员会合作开发了十字路口安全驾驶辅助产品。2009年IBEO从Sick AG独立出来,一年后又与法国汽车零部件制造商法雷奥合作了SCALA,其他产品还包括是miniLUX、LUX-4L及LUX-8L。其中,LUX-4L与LUX-8L专门用于ADAS无人驾驶系统。
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国内新兴的竞争者

镭神智能

镭神智能成立于2015年2月15日,并在同年7月获得了北极光创投1000万人民币的A轮投资。

他们至今共推出了4款雷达产品,主要包括室内机器人激光雷达、汽车防撞激光雷达等。 其中,远距离2D激光雷达是单线束雷达,因此体积较小、成本较低,可用于汽车防撞、无人机自主导航避障等,但测量精度与国外产品相比较差,且无法绘制出3D图像,目前还不能用于复杂的ADAS无人驾驶系统中。

  思岚科技

思岚科技成立于2013年10月,前身为业内具有较高知名度的PoboPeak团队。他们主要产品是模块化自主定位导航解决方案、低成本2D激光雷达和通用机器人移动平台,目前一共推出了2款激光雷达产品,RPLidar A1和RPLidar A2。2015年底思岚科技融资共计6000万元,估值3.6亿元。

  巨星科技

事实上做激光雷达的华达科捷与欧镭激光是巨星科技旗下的子公司,巨星科技分别持有华达科捷与欧镭激光的65%与48%的股权。

其中,华达科捷是高端激光测量传感设备研发与制造企业,掌握高端激光测量技术,已研发出适用于AGV、巡检机器人等使用的32线束激光雷达。它能够根据扫描到的点云数据快速绘制3D全景图形,是实现无人驾驶汽车等自主导航式移动机器人的重要设备。

欧镭激光是集团未来激光雷达的研发中心及智能装备研发平台,致力于2D及3D激光雷达、移动测绘设备、激光投影显示模组等产品的研发生产和销售。

 大族激光

大族激光从激光雷达及激光传感技术方向上引进人才后,成立了三家技术公司,分别是大族锐波、大族精密、大族锐视。

其中,大族锐波致力于高端光电传感产品的开发,目前已展开激光传感核心器件研发,未来有望应用于物联网、可穿戴设备、智能装备等领域。

大族锐视以激光雷达为切入点,着力于机器人感知系统的开发,已完成以AGV导航为代表的工业级激光雷达的研发,现已开展无人驾驶领域所涉及的多线激光雷达的预研工作。

总体而言,国内公司在多线激光雷达上较国外高水平企业还有较大差距。国内的激光雷达产品多用于服务机器人、地形测绘、建筑测量等领域,在这些方面国内外的水平其实是接近的。但是国内企业尚未研制出可用于ADAS及无人驾驶系统的3D激光雷达产品,主要还是处在探索研发阶段。

回到我们今天探讨的自动驾驶技术上来,事实上擅长算法技术层面的互联网公司在自动驾驶领域有他们自身的优势,合作的整车厂商在机械控制与安全方面有传统的优势,而以激光雷达为代表的传感方向创业公司一旦实现技术突破,就会在这个产业链条中迸发出巨大价值。

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国民猫叔,萌

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