激光雷达上车，背后嘅真相是乜嘢？

转载：本文来自微信公众号“极客汽车”（ID:GeekCar），作者：阿宝1900、米其林，转载经授权发布。

当自动驾驶喺量产车上从 L2 级向 L2+迈进，各家车企对软件、硬件嘅 pk 已经到‌白热化阶段。除咗依然坚持视觉路线嘅特斯拉外，今年发布嘅新车度，没搭载激光雷达都唔好意思秀自己嘅自动驾驶能力，ARCFOX 极狐阿尔法 S、小鹏 P5、蔚来 ET7、上汽 RS33、宝马 iX、智己 L7 都预告‌激光雷达嘅上车。

激光雷达仿佛成‌ L2+，甚至 L3 级、L4 级自动驾驶嘅代名词。

激光雷达是点样从 Robotaxi 上「头上长犄角」嘅庞然大物，变成‌量产车上嘅小巧嘅「必选项」呢？

体积更小、成本更低，激光雷达上车嘅法宝

激光雷达利用发射和障碍物反射回嘅激光来探测障碍物。喺呢个过程度，光波发射方式、光束操作、探测、测距以及数据处理方式 5 大核心技术唔同，都会得到性能、效果唔一样嘅激光雷达。

目前嘅光电系统度，扫描部件呢个类似镜子嘅结构，将激光光束发散成更多光线，都系激光雷达中最大成本单元，直接影响到性能。我哋常说嘅「机械式」「半固态」「固态」，就是按照扫描模块和激光收发模块嘅运动情况唔同来分类嘅。

机械式激光雷达度，「镜子式」嘅扫描模块和激光收发模块都可以 360°旋转运动，呢两个模块 360°嘅运动能将激光更密集嘅发散出去，探测性能最好。但是双向运动嘅机械结构也最复杂，体积庞大。

混合固态（半固态）激光雷达度，激光收发模块唔动，扫描模块自己运动。呢种「镜子」自己运动，当然唔如机械式嘅探测效果好，唔过结构上简化好多，体积也变小嘎啦。唔过「镜子」嘅材质、形状、运动方式唔同，半固态激光雷达也分成好多种。

纯固态激光雷达，则是激光收发模块和扫描模块都唔运动，没有‌内部移动，成本最高嘅扫描模块可以喺结构上简化，成个激光雷达嘅体积和成本也大大降低嘎啦。

唔同类型嘅激光雷达，优缺点也好明显。

从机械式、半固态到纯固态，激光雷达嘅体积变小，成本也降低嘎啦。

而成本，当然是车企最关心嘅。

早期用喺 Robotaxi 上嘅机械式激光雷达，以 Velodyne 为例，64 线机械激光雷达喺 8 万美元，32 线机械激光雷达成本喺 2 万美元。第一款满足车规级嘅激光雷达 SCALA，第一代时嘅价格也一度达到 2 万美元级别。所以目前喺量产车上使用 SCALA 嘅客户，无论是奥迪 A8，仲要是奔驰 S 级，都系百万级豪车嘅级别，对价格嘅宽容度好高。嗰啲由终端消费者买单嘅大量私家车，对价格敏感度就高多嘎啦。

主机厂们普遍能接受嘅价格期望是几多呢？

喺 L4 级自动驾驶系统度，激光雷达嘅采购价最终能够达到 1000 美元以下；

喺 L2+自动驾驶系统度，激光雷达长期目标价格能够达到 500 美元以下。

因此我哋睇到，进入 2020 年后，当半固态、固态激光雷达逐渐代替机械式雷达，激光雷达嘅成本和体积大幅度降低，直接从上万美元降低到 1000 美元时，逐渐接近车企能够接受嘅价格，先有‌今日激光雷达批量上车嘅局面。

除咗价格，尺寸都系激光雷达批量上车嘅主要原因。

早年 Robotaxi 上嘅机械式激光雷达，好似天灵盖上嘅犄角，占嘅体积非常大，完全唔可以放置喺车内。如果将咁样嘅车卖畀消费者，恐怕没有几个人愿意买账。

而家「上车」嘅半固态激光雷达，体积已经缩小到‌ 1~2 个手机嘅大小，安置喺车顶或者保险杠两侧，大疆展示嘅激光雷达甚至能集成喺后视镜上。更小嘅体积，先能让激光雷达唔影响量产车本身嘅造型设计。

当然，价格和尺寸只是万里长征第一步，性能和可靠性才是王道。

多条技术赛道并行

已经发布‌搭载激光雷达嘅车型度，唔仅激光雷达来自唔同品牌，位置唔同，选择嘅路线也有好大差别。俗称外行人睇热闹，内行人睇门道，激光雷达都有边啲门道嘎啦，其实从主机厂关心边啲指标就知道有边啲门道嘎啦。

目前，无论是 OEM 还是激光雷达厂家都达成共识，高速、拥堵等场景是自动驾驶最大嘅市场。面对高速、拥堵场景，摄像头嘅视觉方案+激光雷达是最容易实现自动驾驶嘅。

虽然，好多人将使用激光雷达和唔使用激光雷达睇作两个技术嘅对立面，但现实度，选择激光雷达，是目前车企实现自动驾驶现阶段功能嘅最优方案。

因此车企对于激光雷达喺 L2+嘅性能要求如下。

1. 测距距离：探测障碍物嘅最远距离。比如折射率低于 10%嘅物体（比如纯黑色车辆），高速场景下至少有 150 米以上嘅探测距离。

2. 视场角 FOV：探测嘅「视野」范围，FOV 越大，「视野」越好。激光雷达应具有 120°FOV 宽视角，满足十字路口等特殊场景嘅检测。

3. 测距嘅精准度：精确度越高，探测到障碍物嘅位置信息越准确。精确度要满足≤3cm，角分辨率越小越好，水平和垂直角分辨率≤3°。

4. 点云：点云和线束数量越多，感知嘅障碍物越精确。激光雷达应具备 100 线以上嘅扫描效果和百万级别点频，呢样，遇到 150m 外嘅物体时，都可以反射回足够多嘅激光点云用于识别。

5. 车规级：具有车规级标准嘅工作温度，能够规模化生产。

呢啲要求睇起来唔复杂，但其实都满足呢啲条件嘅激光雷达，目前基本上寥寥无几，或多或少都有唔满足嘅地方。噉就是点解，而家各车企喺激光雷达上选择嘅路线唔同，安装嘅位置也唔同。

目前发布嘅车型度，大多数都选择‌半固态激光雷达：小鹏 P5 搭载嘅 Livos 激光雷达属于棱镜方案，蔚来 ET7 嘅 Innovusion 和 R 汽车 ES33 嘅 Luminar 激光雷达属于转镜方案，华为嘅激光雷达属于转镜方案，Lucid Air 选择嘅速腾聚创 M1 激光雷达，都系半固态激光雷达。这其中有成本、体积嘅原因，也有兼顾‌性能需求嘅考虑。

蔚来 ET7、上汽 R ES33 以激光雷达作为核心传感器，都选择‌转镜式激光雷达，也就是通过平面镜绕圆心 360°旋转，将发射器发出嘅激光反射出更多嘅线束。

转镜式激光雷达最远探测距离 500 米，针对 10%低反射物嘅探测距离达到 250m，满足‌探测距离嘅要求。针对十字路口咁样嘅场景，转镜式激光雷达嘅 FOV 角度大，120°*30°嘅大角度，能探测垂直于行驶方向道路上嘅障碍物。因为 FOV 更大，呢两款车也都选择‌顶置，安置喺挡风玻璃上端嘅一粒激光雷达，就能够探测足够宽范围嘅场景。

除咗蔚来和上汽，BBA、本田选择法雷奥嘅激光雷达都系转镜方案，作为第一个通过车规级、成本可控嘅激光雷达，可靠嘅、可批量化方案，显然目前更多车企嘅选择。

同蔚来和 R 汽车唔同，小鹏 P5 没有将激光雷达作为核心传感器，而是以摄像头和高精地图组合嘅视觉方案作为自动驾驶嘅核心，激光雷达只系一种安全冗余嘅手段。

因此，小鹏 P5 采用嘅 Livox 激光雷达，属于棱镜式。

好似个钟头候玩嘅三棱镜，一束光达到棱镜上，能折射出彩虹嘅光谱，棱镜式激光雷达发射器数量更多，点云密度更高，呢样探测障碍物精确度高。唔过两个棱镜折射出嘅点云没办法做到一行一列嘅点云形状，而是中间密四周稀疏嘅菊花型。想要得到密集嘅点云，需要对同一个位置嘅扫描时间更长。

因此小鹏 P5 喺前保险杠两侧配备‌两粒激光雷达，来保障点云覆盖密集。因此呢个激光雷达 10%低反射物嘅探测距离只有 150 米，点云密度等效于 144 线，比第啲几家嘅激光雷达近得多。唔过作为一种硬件冗余手段，倒是足够嘎啦。

除咗棱镜式和转镜式外，半固态激光雷达中技术相对最成熟、产业链也最完整嘅 MEMS 是好多人认为嘅当下主流。Lucid Air 采用嘅就是速腾聚创 M1 激光雷达。

MEMS 激光雷达是利用半导体器件微振镜做好小嘅平行运动动和扭转，部件运动小，结构简单。唔过传统 MEMS 技术嘅有效探测距离近，只有 50m，FOV 角度只能达到 30°，所以，目前国内嘅新能源汽车目前仲未有采用 MEMS 技术激光雷达嘅。

当然也有例外，速腾聚创 M1 采用‌新技术将 FOV 扩大到 120°，探测距离 200m，10%低反射物嘅探测距离 150m，呢样就能满足车企嘅需求嘎啦。

除咗以上几家搭载‌唔同技术路线嘅半固态激光雷达，也有直接选择啃硬骨头嘅。长城摩卡就直接选择‌ Ibeo 公司提供嘅 Flash 固态激光雷达，由于没有运动部件，体积更小，成本更低、可靠性也更高。唔过，目前嘅纯固态激光雷达还处喺探索阶段，探测距离只有 130 米。唔过，长城摩卡 2022 年才交付，到时候固态激光雷达嘅性能会进化到乜嘢地步，是骡子是马，仲要要等上市之后见分晓。