激光雷達的産品定義經曆了不同的階段。
1938 年第一代甲殼蟲問世後,當時的歐美消費者才知道汽車的設計還可以如此圓潤,曲線可以如此流暢,在此之前的汽車都是些方正的鐵盒子,更談不上空氣動力的設計了。随着技術的積累,在進入 21 世紀後,基本所有的汽車也變成了流線型車頂設計。
但是這種優美科學的流線型設計在近年來卻被激光雷達的裝載所打破。
2005 年,當斯坦福團隊駕駛着搭載 5 顆激光雷達的車輛赢得 DARPA 大挑戰賽(美國自動駕駛汽車的有獎競賽)後,自動駕駛的開發者将目光都轉向了激光雷達這個 " 并不年輕 " 的科技産品。
最早的激光雷達可追溯到 1963 年,美國人弗蘭克 · 麥康伯設計一款可以測量距離的激光設備可以測量 7 英裡内物體的距離,而後該設備被命名為——激光雷達,後來演化為專門用于測速的激光雷達對車輛進行測速檢查。
一直到 1971 年阿波羅 15 号任務期間,宇航員使用激光測高儀繪制月球表面地圖,激光雷達的實用性才第一次被公衆發現。
同時激光雷達也被應用到了軍事領域,激光雷達相對于傳統雷達有精度高、反應速度快和成像穩定的優勢,能夠在短時間内獲取一片區域的精确三維地形圖并且不受晝夜、季節、氣候、溫度、照度變化以及各種幹擾的影響,很快就裝載在偵查機、直升機和水面艦艇上用于偵查避障任務。
但是傳統激光雷達使用的機械結構在高速移動中容易因為抖動導緻掃描精度下降,且體積相對較大無法滿足小型化的需求。
所以美國企業為首的軍工商開始研制新型的半導體激光雷達(後更名為固态激光雷達),1994 年洛拉爾-沃特公司研制出了一種固态成像激光雷達,能夠在 1000 米外分辨出 15 厘米的物體,同時該激光雷達體積極小、重量輕能夠安裝在無人機等小型裝備上,并且固态激光雷達價格還遠低于傳統産品,後順利獲得了軍方的大訂單。
之前提到的獲得自動駕駛大獎賽斯坦福團隊所采用的激光雷達就是來自于德國的 Sick AG 公司,其下屬的 IBEO 公司是全世界的一家生産車規級激光雷達的企業。
雖然在 2005 年激光雷達技術就能夠幫助車輛實現自動駕駛技術,但是激光雷達實際裝載還是面臨了許多的問題。
首先就是成本。
雖然激光雷達在軍用領域來說實現了體積小、價格低廉等有優勢,但這些都是相對于造價高昂的軍事武器設備,如洛克希德馬丁公司為美軍研制的無人機 3D 激光雷達開發成本就高達 780 萬美元。而搭載這套系統的捕食者無人機售價高達 1 億美元。想要讓如此昂貴的設備應用于普通乘用車首先就要解決價格問題。
好在自動駕駛并不需要軍事級别強度的探測距離和精度,以 Velodyne 和 Waymo 為代表的公司采用了機械式激光雷達技術,将車載激光雷達數量從 5 顆減少到 1 顆降低成本,但是這種機械式的激光雷達首先就要安裝在車輛的最高點,這時的樣車大多都是 " 獨角獸 " 的模樣。
但是這種機械式激光雷達的成本還是很昂貴,2018 年左右,Waymo 的機械式激光雷達還售價 7500 美元每套。
除了售價問題之外,其次是使用壽命。機械式激光雷達采用的機械結構壽命隻有幾千小時,難以滿足車用一萬小時以上的需求。這時主流廠商将技術點放在了混合固态激光雷達上,這樣就能兼顧壽命和成本的問題。
在 2017 年,奧迪 A8 就搭載法雷奧的混合固态激光雷達,成為了第一台實現 L3 級自動駕駛的量産車,但是并沒将激光雷達和自動駕駛推動的更遠。
無論是 1963 年,還是二十一世紀,激光雷達難以普及的根本原因還是因為 " 貴 ",但這種現狀在近兩年有了質的改變。
2022 年被稱為激光雷達的元年,這一年搭載激光雷達發布的汽車就超過十多款,其中以中國品牌居多。在大家在乎的價格面前,國産激光雷達的成本已經降低到 2000 美元以内,同時還擁有更優的性能。
比如國産的禾賽科技 AT128 激光雷達可以實現每秒 153 萬的超高點頻探測。同時曾經的行業龍頭企業 Velodyne 也将自家的激光雷達售價降低到 4000 美元。
在設計方面,車企也将曾經隻能配置一顆激光雷達改為兩顆或者三顆,同時為了減少探測盲區,多數車企都将激光雷達安裝在車頂前部,雖然設計師在外觀上盡量将激光雷達設計的不那麼突兀,但是因為其本身尺寸并不小,還是會在車頂顯得突出,用網友的話來說就是像山羊角或者三角龍一樣。
激光雷達制造商業也意識到過大的尺寸會影響到車輛的裝備,所以在保證性能的前提下也在開發尺寸更小的激光雷達,但是目前主流的混合固态激光雷達因為其内部機械結構還是無法在尺寸上縮小太多,制造企業将目光又投回固态激光雷達。
得益于混合激光雷達的大面積生産,其生産成本能控制在 500-1000 美元,大幅降低了固态激光雷達的生産成本,這也能夠通過數量來克服固态激光雷達的主要缺點掃描角有限問題。
在剛結束的 CES2023 上就有多家激光雷達企業帶來了最新的固态激光雷達,其中有 2022 年激光雷達銷售增長最快的禾賽科技帶來的 FT120,該雷達擁有擁有 100 度 x75 度的超廣角視場,最大量程為 100 米,外露尺寸僅有 70mm x 50mm。
中為光電展出了尺寸為 120mm(W)× 60mm(H)× 97mm(D)的 ML-30s+ 激光雷達與上一代單元相比,光學窗口的深度減少了 60%,體積和重量均減少了 40%,功耗降低了 20%。
不過據了解,目前除了覽沃、禾賽、速騰聚創、圖達通、華為、Luminar 之外,中國市場已有 7 家進入頭部乘用車品牌前裝量産交付周期的激光雷達公司。按照監測數據顯示,未來幾年,還将有數家激光雷達公司将進入前裝賽道。
高工智能汽車研究院監測數據顯示,2022 年 1-11 月中國市場(不含進出口)乘用車前裝标配搭載激光雷達 9.84 萬輛,從今年開始,随着比亞迪、長安、一汽紅旗、上汽、廣汽、集度、路特斯等車企開始進入激光雷達上車周期,将繼續帶動市場增量上揚。
其預測,2023 年國内乘用車前裝标配激光雷達交付将沖刺 40-50 萬顆規模,同時,L3/L4 的 B 端運營市場也将受益新政策(智能網聯汽車準入和上路通行試點),共同帶動激光雷達前裝市場呈現雙線并行落地格局。