自動駕駛和激光雷達，二十年漫長量產上車之路

電子發燒友網報道（文/梁浩斌）2021年是激光雷達量產上車元年，這一年里海內外汽車廠商發布了多款搭載激光雷達的車型，并在小鵬P5上實現大規模量產上市。隨后的2022年里，激光雷達已經在多家新勢力車企的車型上成為標配，根據電子發燒友網統計，2022年國內搭載激光雷達的車型銷量已經超過10萬輛。

盡管如今發展速度很快，但激光雷達從應用于自動駕駛開始，到真正開始規模量產上車，期間經歷了20年之久。自動駕駛的廣泛應用，令發展多年的激光雷達終于有機會來到量產車型上。那么激光雷達以及自動駕駛都經歷了怎樣的發展歷程？

起源

談到激光雷達上車，就肯定不能離開自動駕駛。自動駕駛的起源，來自于計算機視覺技術的發展，早在1977年，日本國家實驗室就利用攝像頭檢測前方標記，實現自動駕駛車輛的導航，不過這只是實現自動駕駛的一種方式。海外研究團隊在上世紀60年代還有過在道路上鋪設電線或是磁力線來實現對車輛引導的“自動駕駛”，盡管這有點類似于軌道引導。

而到了80年代，德美兩大汽車工業國開始真正在自動駕駛上發力。在這段時期，德國慕尼黑聯邦國防軍大學的Ernst Dickmanns團隊用一輛奔馳汽車實現了視覺導航的自動駕駛，在交通順暢的情況下達到63km/h的時速。歐洲的Euerka當時投入7.5億美元用于自動駕駛汽車的研發，在大量資源的推動下，多款自動駕駛汽車的原型被成功開發。

與此同時，美國國防部高級研究計劃局DARPA也建立了ALV計劃，與卡內基梅隆大學、斯坦福大學等機構合作，利用激光雷達、計算機視覺第一次實現了機器人自主控制下的自動駕駛，并在無人車上首次使用了便攜式計算設備，速度達到了31Km/h。

80年代末，卡內基梅隆大學首次在自動駕駛汽車上使用了神經網絡引導控制，這也在后來成為了現代控制策略的基礎。

1991年，美國國會授權交通運輸部研發自動化汽車和高速公路系統，繼續通過國家力量推動自動駕駛汽車的發展。

同期德國方面相關項目也碩果累累，1992年大眾開啟了自動泊車的項目，這也成為了后來自動駕駛最早成熟并落地的一個應用。1993年，前面提到的Ernst Dickmanns團隊以奔馳S500為基礎，裝備了攝像頭等多種傳感器，并且在普通交通環境下成功行駛了超過1000公里。

值得一提的是，國內高校從80年代末開始研發自動駕駛汽車技術，中國國防科技大學在1992年研發出國內第一輛無人駕駛汽車。

實際上，在整個90年代，激光雷達在自動駕駛上應用得并不多，技術進度也較為緩慢。但在2000年初，DARPA舉辦的一系列無人駕駛挑戰賽可以說是自動駕駛技術高速發展的開端。

發展

DARPA舉辦無人駕駛挑戰賽的契機也有不少背后的故事，由于2001年美國深陷阿富汗戰爭，路邊炸彈襲擊導致了大規模的軍隊人員傷亡。于是美國國會通過一項法案，要求到2015年軍方三分之一的車輛都要實現無人駕駛。作為美國國防部屬下機構，DARPA需要采取一些措施來推動十多年來一直發展緩慢的自動駕駛技術，于是2004年，DARPA挑戰賽就此誕生。

第一屆比賽舉辦方拿出了100萬美元的獎金來吸引參賽者，如今被視為自動駕駛激光雷達開山鼻祖的Velodyne創始人Dave Hall盡管沒有參加第一次挑戰賽，但當時他正在。

這場比賽在莫哈韋沙漠進行，全程142英里。然而在第一屆比賽中沒有一位參賽者的車輛能夠自主完成全程比賽，獎金也就無從送出。在這次比賽中，有一些參賽者采用了多個激光測距傳感器對前方障礙物進行探測，這引起了Dave Hall的興趣。
2005年，Dave Hall在他參賽的車輛上安裝了第一個機械旋轉式激光雷達的原型，這個安裝在車頂的巨大的傳感器引起了主辦方DARPA以及一些參賽者的關注。這個傳感器通過快速旋轉的多線激光發射和接收模塊，對車輛周圍360°環境進行掃描，獲得的環境數據要相比以往激光測距豐富得多。

雖然最后因為車輛遭遇嚴重機械故障沒有完賽，但Dave Hall的團隊在40名參賽者中表現較為出色。而在挑戰賽過后，讓激光雷達商業化，則成為了Velodyne和Dave Hall后來的主要方向。

所以到了2007年，DARPA的城市挑戰賽中有十多個團隊就向Velodyne請求利用他們的激光雷達技術，當時Velodyne向自動駕駛團隊提供64線的機械旋轉式激光雷達HDL-64E，單價高達8萬美元。

實際上Velodyne在早期的商業訂單主要來自地圖和建筑公司，用于測繪。直到2010年之后，包括谷歌、Cruise、蘋果、Uber以及一些車企在他們的自動駕駛測試車上使用了Velodyne的激光雷達，逐漸地，這種機械旋轉式激光雷達成為了自動駕駛的標配產品。

不過，旋轉式激光雷達，在量產車上就很難應用了。一個是機械結構的耐久度問題，另外是由于掃描方式是整體發射和接收模塊進行360°旋轉，體積較大，因此安裝的位置很難做到融入到正常車身設計中。

所以現在可以看到，市面上在量產車型上使用的激光雷達都是固態或半固態的形式。最早在2017年，奧迪A8成為了全球首款搭載激光雷達的量產車型，其可選配的激光雷達，來自于法雷奧的轉鏡式激光雷達SCALA。這種激光雷達激光發射和接收部分是固定的，依靠一個旋轉的反射鏡來實現對周圍環境的掃描。

Velodyne其實也在2016年發布了Velarray系列的固態激光雷達，希望開拓更加廣闊的乘用車市場。不過，用于汽車智能駕駛的Velarray H800遲遲未量產，甚至目前官網上的產品列表上都找不到這款產品，在車載激光雷達量產這一步上，Velodyne已經遠落后于速騰聚創、禾賽、圖達通、法雷奧等在激光雷達領域的后來者。

現狀

很多聲名顯赫的激光雷達公司，都獲得了車企定點訂單，像Velodyne、Luminar、Cepton、Innoviz等，然而這幾家海外的激光雷達公司目前產品能量產上車的只有Luminar。最魔幻的是Innoviz，他們的固態激光雷達走MEMS路線，早在2018年寶馬就宣布將在iNext車型上搭載Innoviz激光雷達，Innoviz當時甚至連樣機都沒有。

在近幾年，也出現過很多中途更換激光雷達供應商的情況，其中的原因多數也是因為激光雷達供應商無法按時量產交付產品。比如長城汽車曾經宣布采用Ibeo的Flash固態激光雷達，后來在量產車型發布后轉用速騰聚創的產品（Ibeo去年10月已經申請破產）。

所以后來的故事大家都知道了，如今的車載激光雷達市場，幾乎被國內廠商所占領。目前國內有速騰聚創、禾賽、華為、Livox等的產品都已經實現量產上車，量產規模還在持續高速增長。

固態的道路依然會繼續走下去，不過半固態依然會是未來幾年里平衡量產和價格的最佳形式，包括MEMS振鏡、轉鏡等掃描方案，是現階段的主流。雖然FMCW測距和OPA等技術上，有公司表示在2024或2025年可以實現量產，但實際情況可能沒有這么樂觀。

最早宣稱“在全球范圍內率先實現了OPA全固態激光雷達量產”的Quanergy，就在去年12月宣布公司破產關停。如今看來，OPA激光雷達落地前景令人擔憂。

寫在最后

對于一種在汽車領域相對來說較新的傳感器，由于汽車供應鏈傳統的高門檻，先上車的產品，對于車企而言是穩定的保證，不會輕易更換供應商。而另一方面，在此之前大家都沒有在量產車上應用激光雷達的經驗，首先被搭載在量產車上的激光雷達，就擁有了先發優勢，獲得整車廠的一手反饋，共同改進產品和技術，形成一種“know how”。

國內激光雷達廠商在“量產上車”這個階段完成了超越，但先發優勢能否轉變為自身技術壁壘，這就需要持續觀察了。