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精度提高、成本下降,激光雷达渐成自动驾驶汽车“刚需”!

供稿:中国工控网 2020/3/19 9:37:14
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受工信部发布《汽车驾驶自动化分级》推荐性国家标准报批公示和长安推出L3级自动驾驶量产体验的影响,汽车自动驾驶再度成为热门话题。从社会大环境看,自动驾驶是一个系统工程,包含汽车技术、车路协同和法规制约。而汽车技术中除了中央控制系统外,关键零部件如激光雷达、毫米波雷达等探测设备也发挥了重要作用。

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  据全球市场调研机构IHSMarket预测,2025年全球自动驾驶汽车销量将达到60万辆,2035年将达到2100万辆。而自动驾驶的发展离不开核心零部件激光雷达,据Global Reports Store报告显示,2016年,全球激光雷达行业的价值约为4.9亿美元,在2017-2025年的预测期内,将以超过17.70%的健康增长率增长。

  ■自动驾驶的“眼睛”

  一台可以自动驾驶的车辆中,需要许多的感应测量单元与中央处理单元紧密合作。其中,雷达设备、激光雷达、摄像头和惯性测量单元是几个必不可少的部件,其中激光雷达主要起精确探测作用。

  激光雷达是汽车的感知检测系统,是自动驾驶车辆的眼睛,能够采集环境信息并识别物体和危险状况。激光雷达与毫米波雷达、惯性测量单元、摄像头和超声传感器等不同子系统组合,为成功实现自动驾驶和高度安全、可靠的高级驾驶员辅助系统构建了基础框架。

  理论上,自动驾驶汽车关键技术包括环境感知、精准定位、决策与规划、控制与执行、高精地图与车联网 V2X 以及自动驾驶汽车测试与验证技术。

  环境感知是其他部分的基础,处于自动驾驶汽车与外界环境信息交互的关键位置,是实现自动驾驶的前提条件。包含激光雷达的环境感知系统获取汽车所处的交通环境信息和车辆状态信息,为自动驾驶汽车的决策规划提供前提条件。据悉,环境感知有两种技术路线,一种是以摄像机为主导的多传感器融合方案,典型代表是特斯拉。另一种是以激光雷达为主导,其他传感器为辅助的技术方案,典型企业代表如谷歌、百度等。

  ■什么是激光雷达

  激光雷达是以发射激光束来探测目标空间位置的主动测量设备。根据探测原理,激光雷达分为单线(二维)激光雷达和多线(三维)激光雷达。单线激光雷达通过发出一束激光扫描线对区域进行旋转扫描,多线激光雷达则通过发出两束或两束以上的激光扫描线对区域进行旋转扫描。多线激光雷达能够检测目标的空间距离与方位,并可以通过点云来描述三维环境模型,提供被检测目标的详细形状描述。据悉,多线激光雷达主要有 4 线、8 线、16 线、32 线和 64 线。激光雷达发出的线束越多,每秒采集的点云越多,同时造价也越高。如有些激光雷达厂家的64线激光雷达售价是16线激光雷达的17.5倍。激光雷达已经发展了三代产品,包括第一代机械扫描激光雷达、第二代混合固态激光雷达以及第三代纯固态激光雷达。第三代纯固态激光雷达可以使激光雷达的成本大幅度降低,使激光雷达在自动驾驶汽车上的应用能够普及。

  激光雷达一般由激光发射、激光接受、信息处理和扫描系统四部分组成。相对于毫米波雷达,激光雷达有更高的探测精度,但对气象条件要求更严格。在车辆中使用激光雷达,对探测器和激光器等激光雷达系统组件提出了严苛的要求,特别是耐热性和汽车全生命周期内的可靠性。

  ■激光雷达厂家大比拼

  与毫米波雷达主要由传统零部件大厂掌握不同,激光雷达的生产企业更多集中在新型创业企业中,这是因为激光雷达的技术门槛和成本较高,前期更适宜创新公司,当然这些公司的背后也有很多传统巨头的身影。

  激光雷达的主要力量集中在国外,知名厂商包括有Velodyne、Ibeo、Innoviz、Leddar Tech和Quanergy等。国产激光雷达的公司起步较晚,但近几年,随着自动驾驶的火爆,许多有实力、有背景的团队加入到这个领域的研发与拓展中来,也涌现出了一批优秀的企业。

  在众多知名激光雷达厂商中,Velodyne成立于1983年,是一家位于加州硅谷的技术公司。原来做音响,后来业务拓展至激光雷达领域;而Ibeo于2010年和法雷奥合作开始量产可用于汽车的激光雷达;成立于2005年的北科天绘,是国内激光雷达领域的领军企业,包括京东物流在内的无人物流车上可见其身影;Leddar Tech是一家从加拿大视觉图像研究机构独立出来的公司,是激光雷达市场炙手可热的新创公司之一;Tetra Vue是美国一家为无人驾驶汽车捕捉超高分辨率3D图像的智能科技初创公司;TriLumina于2011年成立于美国,主力产品是用于车用激光雷达的固态VCSEL照明模组;Quanergy总部位于美国加州,是一家开发小型固态廉价激光雷达的公司;2013年,禾赛科技在美国硅谷创立,次年落户上海;Innoviz则是以色列一家激光雷达解决方案提供商

  ■借势自动驾驶 产业曙光尽显

  激光雷达厂商中,大部分都有研发固态激光雷达的业务,尤其是初创企业多主攻固态,从中可以看到从机械式到混合固态,再到纯固态的趋势。随着第三代纯固态激光雷达产品的出现,产品成本的大幅降低,激光雷达在自动驾驶汽车上的应用将更加普及。

  随着更多实力强大企业的加入,激光雷达的发展或将提速。大疆旗下自动驾驶公司Livox发布过两款专为自动驾驶汽车设计的激光雷达。其中包含专为L3/L4级自动驾驶汽车设计,标称探测距离260米的激光雷达,以及号称全球首个探测距离达到500米的车载激光雷达。而更早前,华为也宣布入局激光雷达。

  在2020年CES展览上,许多激光雷达厂家展出了自家的最新产品,重点在降低成本、降低功耗、延长探测距离、提高分辨率、延展视野、外形紧凑、增强探测精度、激光雷达在车辆中的集成设计、数据处理速度更快、数字化光学开关等方面强化产品。上述厂家的产品量产后,将为实现自动驾驶、特别是高速工况下的自动驾驶提供了更大的可能性。

审核编辑(王妍)
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