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科普|激光雷达已成为中国新十年的发展杀手锏?

2023-01-12 09:31
BusinessCars
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激光雷达的产品定义经历了不同的阶段。

1938年第一代甲壳虫问世后,当时的欧美消费者才知道汽车的设计还可以如此圆润,曲线可以如此流畅,在此之前的汽车都是些方正的铁盒子,更谈不上空气动力的设计了。随着技术的积累,在进入21世纪后,基本所有的汽车也变成了流线型车顶设计。

但是这种优美科学的流线型设计在近年来却被激光雷达的装载所打破。

2005年,当斯坦福团队驾驶着搭载5颗激光雷达的车辆赢得DARPA大挑战赛(美国自动驾驶汽车的有奖竞赛)后,自动驾驶的开发者将目光都转向了激光雷达这个“并不年轻”的科技产品。

最早的激光雷达可追溯到1963年,美国人弗兰克·麦康伯设计一款可以测量距离的激光设备可以测量7英里内物体的距离,而后该设备被命名为——激光雷达,后来演化为专门用于测速的激光雷达对车辆进行测速检查。

一直到1971年阿波罗15号任务期间,宇航员使用激光测高仪绘制月球表面地图,激光雷达的实用性才第一次被公众发现。

同时激光雷达也被应用到了军事领域,激光雷达相对于传统雷达有精度高、反应速度快和成像稳定的优势,能够在短时间内获取一片区域的精确三维地形图并且不受昼夜、季节、气候、温度、照度变化以及各种干扰的影响,很快就装载在侦查机、直升机和水面舰艇上用于侦查避障任务。

但是传统激光雷达使用的机械结构在高速移动中容易因为抖动导致扫描精度下降,且体积相对较大无法满足小型化的需求。

所以美国企业为首的军工商开始研制新型的半导体激光雷达(后更名为固态激光雷达),1994年洛拉尔-沃特公司研制出了一种固态成像激光雷达,能够在1000米外分辨出15厘米的物体,同时该激光雷达体积极小、重量轻能够安装在无人机等小型装备上,并且固态激光雷达价格还远低于传统产品,后顺利获得了军方的大订单。

之前提到的获得自动驾驶大奖赛斯坦福团队所采用的激光雷达就是来自于德国的Sick AG公司,其下属的IBEO公司是全世界的一家生产车规级激光雷达的企业。

虽然在2005年激光雷达技术就能够帮助车辆实现自动驾驶技术,但是激光雷达实际装载还是面临了许多的问题。

首先就是成本。

虽然激光雷达在军用领域来说实现了体积小、价格低廉等有优势,但这些都是相对于造价高昂的军事武器设备,如洛克希德马丁公司为美军研制的无人机3D激光雷达开发成本就高达780万美元。而搭载这套系统的捕食者无人机售价高达1亿美元。想要让如此昂贵的设备应用于普通乘用车首先就要解决价格问题。

好在自动驾驶并不需要军事级别强度的探测距离和精度,以Velodyne和Waymo为代表的公司采用了机械式激光雷达技术,将车载激光雷达数量从5颗减少到1颗降低成本,但是这种机械式的激光雷达首先就要安装在车辆的最高点,这时的样车大多都是“独角兽”的模样。

但是这种机械式激光雷达的成本还是很昂贵,2018年左右,Waymo的机械式激光雷达还售价7500美元每套。

除了售价问题之外,其次是使用寿命。机械式激光雷达采用的机械结构寿命只有几千小时,难以满足车用一万小时以上的需求。这时主流厂商将技术点放在了混合固态激光雷达上,这样就能兼顾寿命和成本的问题。

在2017年,奥迪A8就搭载法雷奥的混合固态激光雷达,成为了第一台实现L3级自动驾驶的量产车,但是并没将激光雷达和自动驾驶推动的更远。

无论是1963年,还是二十一世纪,激光雷达难以普及的根本原因还是因为“贵”,但这种现状在近两年有了质的改变。

2022年被称为激光雷达的元年,这一年搭载激光雷达发布的汽车就超过十多款,其中以中国品牌居多。在大家在乎的价格面前,国产激光雷达的成本已经降低到2000美元以内,同时还拥有更优的性能。

比如国产的禾赛科技AT128激光雷达可以实现每秒153万的超高点频探测。同时曾经的行业龙头企业Velodyne也将自家的激光雷达售价降低到4000美元。

在设计方面,车企也将曾经只能配置一颗激光雷达改为两颗或者三颗,同时为了减少探测盲区,多数车企都将激光雷达安装在车顶前部,虽然设计师在外观上尽量将激光雷达设计的不那么突兀,但是因为其本身尺寸并不小,还是会在车顶显得突出,用网友的话来说就是像山羊角或者三角龙一样。

激光雷达制造商业也意识到过大的尺寸会影响到车辆的装备,所以在保证性能的前提下也在开发尺寸更小的激光雷达,但是目前主流的混合固态激光雷达因为其内部机械结构还是无法在尺寸上缩小太多,制造企业将目光又投回固态激光雷达。

得益于混合激光雷达的大面积生产,其生产成本能控制在500-1000美元,大幅降低了固态激光雷达的生产成本,这也能够通过数量来克服固态激光雷达的主要缺点扫描角有限问题。

在刚结束的CES2023上就有多家激光雷达企业带来了最新的固态激光雷达,其中有2022年激光雷达销售增长最快的禾赛科技带来的FT120,该雷达拥有拥有100度x75度的超广角视场,最大量程为100米,外露尺寸仅有70mm x 50mm。

中为光电展出了尺寸为120mm(W)×60mm(H)×97mm(D)的ML-30s+激光雷达与上一代单元相比,光学窗口的深度减少了60%,体积和重量均减少了40%,功耗降低了20%。

不过据了解,目前除了览沃、禾赛、速腾聚创、图达通、华为、Luminar之外,中国市场已有7家进入头部乘用车品牌前装量产交付周期的激光雷达公司。按照监测数据显示,未来几年,还将有数家激光雷达公司将进入前装赛道。

高工智能汽车研究院监测数据显示,2022年1-11月中国市场(不含进出口)乘用车前装标配搭载激光雷达9.84万辆,从今年开始,随着比亚迪、长安、一汽红旗、上汽、广汽、集度、路特斯等车企开始进入激光雷达上车周期,将继续带动市场增量上扬。

其预测,2023年国内乘用车前装标配激光雷达交付将冲刺40-50万颗规模,同时,L3/L4的B端运营市场也将受益新政策(智能网联汽车准入和上路通行试点),共同带动激光雷达前装市场呈现双线并行落地格局。

-END-

       原文标题 : 科普|激光雷达已成为中国新十年的发展杀手锏?

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