固态激光雷达“何时来” Flash/MEMS或最快落地

2018-01-03 08:45:00 高工智能汽车 分享
参与

激光雷达(LIDAR)目前主要分为普通的机械式旋转雷达、混合固态雷达和不旋转固态雷达,前者价格昂贵,暂时给主机厂量产的可能性较低,后者则由于价格低廉,性能稳定,备受青睐,但技术还不成熟。

Velodyne亚太区负责人翁炜告诉《高工智能汽车》,传统的机械式旋转LIDAR在地图领域的使用较为成熟,从发明出来到现在持续了10年左右的时间。

而自动驾驶领域的LIDAR应用,是从2015年4月才开始,大家普遍的观点的是,LIDAR在车的大规模应用方面,会在2025年。当然,这也要看现在的这种LIDAR成本是否能够降下来。

 

 

固态激光雷达的三种形态

所谓的固态激光雷达,市场上普遍的认识是不旋转的就是固态LIDAR。通常分为三种,基于相控阵、Flash、MEMS三种方式实现的。

固态激光雷达的优点包括了:数据采集速度快,分辨率高,对于温度和振动的适应性强;通过波束控制,探测点(点云)可以任意分布,例如在高速公路主要扫描前方远处,对于侧面稀疏扫描但并不完全忽略,在十字路口加强侧面扫描。而只能匀速旋转的机械式激光雷达是无法执行这种精细操作的。

采用相控阵原理实现固态激光雷达,完全取消了机械结构,通过调节发射阵列中每个发射单元的相位差来改变激光的出射角度。光学相控阵一般都是通过电信号对其相位进行严格的控制实现光束指向扫描,因此也可以称为电子扫描技术。

相比传统机械式LIDAR,它有扫描速度快、精度高、可控性好的优点。但也易形成旁瓣,影响光束作用距离和角分辨率,同时生产难度高。

在去年美国CES展上,Quanergy展出的“固态”Solid State激光雷达,是光学相控阵激光雷达,其满足了激光雷达小型化的大趋势,整个尺寸只有90mm x60mm x 60mm。用到的核心的技术有光学相控阵列Optical Phased Array、光学集成电路Photonic IC、远场辐射方向图Far Field Radiation Pattern。这款产品完全没有机械固件,可以称得上的纯固态激光雷达了。

Flash LiDAR 属于非扫描式雷达,发射面阵光,是以2维或3维图像为重点输出内容的激光雷达。虽然稳定性和成本不错,但主要问题在于探测距离较近。基于3D Flash技术的固态激光雷达,在技术的可靠性方面还存在问题。

MEMS指的是微机电系统,它会把所有的机械部件集成到单个芯片,利用半导体工艺生产。它可以取消机械旋转结构、根本性降低激光雷达成本,是降低激光雷达成本的一种方式。

日本先锋公司,利用原本用于扫描激光影碟的光学头,生产MEMS激光雷达,公司表示“当订单达到100万,先锋便可以把价格控制在100美元以下,预计会在2019年开始量产。”

基于MEMS的固态雷达,是通过微振镜的方式改变单个发射器的发射角度进行扫描,由此形成一种面阵的扫描视野。目前基于MEMS方式的激光雷达,有很多的厂家在研发。MEMS相对于前两者,技术上更容易实现,且价格也比较低廉。因此被主机厂商也一致看好。

因低价而受追捧的固态LIDAR

有业内人士表示,目前的机械式LIDAR,它本身就不是一款针对平民使用的LIDAR,从某种意义上来讲,它是一款奢侈品。因此即使未来10年内进入市场,那么也还是一个小众的范围。

由于现有的机械式的激光雷达价格短时无法降下来,为了配合自动驾驶的普及,固态激光雷达也就逐渐成为了市场的宠儿。

在2016年的CES大会上, Quanergy发布了号称全球第一款固态激光雷达传感器S3,单个传感器成本仅需200美元;Velodyne在2016年末宣布,他们已经在固态激光雷达的设计上取得突破,未来在大规模生产应用之后,可以将成本降低至50美元一台。

固态LIDAR的价格在几百美元附近,相比较动辄成千上万美金的机械式旋转LIDAR,无论是LIDAR厂商,还是主机厂,都看到了大规模普及的希望。

因此无论是国外的IBEO、Velodyne、Quanergy还是国内的镭神、速腾、禾赛等等公司,对外都有传统机械式LIDAR的产品,对内或多或少都在研发固态LIDAR。当然国内外公司之间的发展步伐,还是存在一定区别的。

《高工智能汽车》采访了国内一些主流的主机厂人士,了解到主机厂在寻找激光雷达的供应商方面,仍处在测试,验证和观望阶段。

混合固态“悬而未决”

翁炜认为,纯粹的固态LIDAR只有两种,一种是相控阵的,一种是Flash的。二者都是没有机械部件的,可以称之为固态LIDAR。

如果再深究一步,Flash也还是有机械部件,如快门之类的东西也还在里面,但机械部件相对成熟。今年,镭神智能宣布与以色列NEWSIGHT公司联合研发的3D FLASH激光雷达V-Lidar将达到200米的测量距离,可靠性能达到车规要求,将在18年年底量产,目前已经有五到六家车厂要参与到V-Lidar 联合研发计划中来。

对于固态LIDAR的定义,翁炜表示,业内对于一种新产品的定义,往往是通过行业协会、主机厂厂商甚至官方组织共同协商,制定出一套官方的规范。符合规范的产品,通常也就可以作为供应商生产产品的质量保证,主机厂采购也有理可依。

目前固态LIDAR在业内还未形成这样的共识,因此固态LIDAR的定义也总是出现分歧。未来随着行业的发展,相信会有更为明确的划分。

如此,为了适应当下的发展,“混合固态”LIDAR的概念也就应运而生了。

Velodyne 的VLP-16 PUCK首次提出了“混合固态”激光雷达的概念,内部有非常小的机械旋转部件,从外部看是看不出旋转的。类似的还有和 Valeo SCALA提供的“混合固态”激光雷达。SCALA是由IBEO与传统汽车供应商法雷奥Valeo合作研发的,最终量产由法雷奥完成。

从内部结构来看,其小型化的实现方法也是尽量减少内部旋转部件,而外观上无可见的机械旋转部件。另外Quanergy的第一代激光雷达产品MARK VIII也是如此。

基于MEMS的方式生产的固态LIDAR,也属于“混合固态”,它有非常复杂的机械部件,这导致它很多的测试结果没有重复性,难以保证测试的距离,保证每一束激光能够收到反馈。因此目前来看,采用MEMS跟Flash的方式还不能直接大规模应用在无人驾驶上。

主机厂的疑虑

国内的机械雷达目前基本处于展示Demo状态,以及标定数据所用,对于传统的乘用车来说,只在造型上就无法接受。工程车可以不用过多考虑外观而得到应用,但乘用车还是会优先考虑固态的激光雷达。

主机厂目前使用的机械式激光雷达和混合固态激光雷达,均为后装,而且主要是做预研样车。

业内人士透露,在主动安全方面,国内厂商跟国外厂商相比,基本属于模仿和跟随状态,即使掌握核心技术,但试验数据相对不足,无法获得更精确的标定数据和批量验证数据。由于批量性供货不足,其投入成本相对回收成本不平衡。

目前在L3级别已有主机厂采用了激光雷达,国内主机厂也正在调研,在下一代产品考虑使用,但具体会是什么方案还不确定。

相控阵LIDAR的特性非常突出,但它从概念性产品到工业级产品,再到可量产化的产品还需要一定的时间。因此目前的观点是偏向于MEMS激光雷达。

业内人士透露,未来基于MEMS的LIDAR,成本可能会在千元左右,可以很好的缓冲传统机械式LIDAR的价格昂贵,以及相控阵纯固态LIDAR短时不能落地的尴尬。如果发展顺利,MEMS的LIDAR将来会取代机械式LIDAR,如果再看的远一点,相控阵LIDAR实现,将会是最后的赢家。

对比国外厂商早早在低价策略上的口号,国内厂商还处在迎面追赶的阶段。业内人士透露,国内的厂商在技术的可靠性以及满足车规标准方面,还存在较大的差距,与外企存在3-5年左右的差距。

国内激光雷达市场在车载领域的应用研究,才进行了两年左右,但机会在于距离自动驾驶市场成熟以及真正大规模应用还有5年左右的时间。这也给国内激光雷达厂商预留了一定的时间窗口。

国内的厂商在发展LIDAR的路径以及思维上,都有不同的考虑,但无论怎样,都需要找到一条靠谱的盈利道路。未来的路还长,国内的企业首要解决的问题应该是生存,做好长期战斗的准备!

2018 CES展部分LIDAR厂商的动作

TriLumina将展示3D固态LiDAR

TriLumina Corp.将展示采用其突破性技术的3D LiDAR和3D感应解决方案,这些利用Leddar获得专利的数字信号处理算法的高度优化的LiDAR参考设计,可以快速提供汽车原始设备制造商所需的可靠、高性能、低成本的固态LiDAR解决方案。

LeddarTech将在CES 2018展出业内首款3D固态激光雷达(LiDAR)芯片

加拿大LiDAR厂商LeddarTech将展出LeddarCore LCA2芯片——业界首款能够实现车用LiDAR大规模量产的3D固态LiDAR芯片。

LeddarCore LCA2芯片已经被提名为CES 2018“汽车智能和自动驾驶技术”,以及“嵌入式技术”两个类目的创新大奖。可实现3D固态Flash LiDAR迅速产业化,同时满足汽车产业在成本、性能和可靠性方面严苛要求的LiDAR芯片解决方案。

速腾聚创将展示MEMS固态激光雷达

这款基于MEMS的固态激光雷达,据称是国内首创,并且早在10月份就已经准备就绪。这款 MEMS 固态激光雷达等效于 200 线激光雷达的扫描效果,量产会争取在 2018 年年底或者 2019 年第一季度进行。

Velodyne展出VLS、Velarry(不确定是否公开)

Velodyne会展出VLS系列,Velarry系列的目前会是闭门展出,至于到时候是否公开展出还待定。由于更多的信息还处在保密阶段,不便透露。作为业界的领头羊,大家对Velodyne在展会上的展品,充满了期待。

Quanergy会展出全固态激光雷达

Quanergy在2016年就发布了全球第一款固态激光雷达传感器S3,此次展出的依然会是这个系列,这款全固态激光雷达的探测距离可达到150米。

责编:赵汗青