近年來,自動駕駛汽車的發展越來越引人矚目。
無論是Waymo自動駕駛車隊,還是奧迪發布首款搭載激光雷達(LiDAR)的A8動作,都表明了這個領域的高熱度。
當前的 "自動駕駛"車輛包含兩種類型。
一是嵌入了多種傳感器的無人駕駛汽車,搭載攝像頭、激光雷達和雷達,以實現完全的自動駕駛。
另一種是配備高級駕駛輔助系統 (ADAS)的乘用車,僅嵌入數量有限的傳感器雷達,以實現部分自動駕駛。
因此,據國外行業分析部門更新的《汽車雷達和無線通信-2019版》報告中預測,2024年,汽車雷達市場規模將超過80億美元,汽車 LiDAR 的市場規模將增長至42億美元。
無人駕駛汽車與乘用車在雷達應用上的區別
自動駕駛汽車需要全面把握周圍的環境信息,才能安全行駛。有許多傳感器可用于向自動駕駛車輛提供這些信息,包括攝像頭和全球導航衛星系統 (GNSS) 傳感器等。
不過, 只有三種傳感模型能夠提供直接距離測量:短距離測距的超聲波傳感、用于物體檢測的雷達和用于3D環境感知的激光雷達。
現在,這些傳感器既可用于乘用車,也可用于無人駕駛汽車,但應用之間存在差異。
乘用車的自主能力有限,而無人駕駛汽車顧名思義必須依賴傳感器冗余實現完全自動駕駛。
由于空氣會造成超聲波大幅衰減, 超聲波傳感器的探測范圍被限制在幾米以內,主要用于停車輔助;雷達常用于乘用車自適應巡航控制 (ACC) 和自主緊急制動 (AEB)。
傳感器雷達與激光雷達的性能差異化明顯
無人駕駛車輛使用多個 LiDARs 來繪制周圍的地圖。為了確保乘客的安全, 激光雷達必須和攝像頭、雷達相結合,才能實現傳感器之間的高度安全冗余。
▲自動駕駛技術分為0~4共五個等級
由于原始設備制造商(OEM)的目標是部分自動化,所以能夠監控駕駛環境的3級ADAS目前仍有很大的不確定性。對于這一層級的自動駕駛,OEM將定義汽車自主駕駛的使用案例。
目前,OEM大多針對兩種用例:交通堵塞或高速公路駕駛。
例如,OEM將選擇何時可以啟用自動駕駛模式,且可以定義避免夜間條件。OEM做出的這些選擇主要由成本驅動,將直接影響ADAS車輛中嵌入傳感器的類型和數量。
此外,由于傳統的傳感器性能在不斷提高,攝像頭、雷達和超聲波傳感器的組合成本夠低,并且足以滿足這種自動駕駛的水平,所以這種解決方案可供大部分OEM使用。
而對于高端OEM和豪華車型的ADAS產品系列,客戶有意愿采用最新的技術,從而實現差異化,可以提供另一種應用激光雷達的解決方案。這可能會提供更高級的功能,或增加更多自動駕駛的場景。
激光雷達市場價格或面臨傳感器雷達沖擊
無人駕駛汽車既可以使用帶有大型天線陣列的4D成像雷達,可實現低于1°的角度分辨率,也可使用數十個小型超寬帶高分辨率雷達。
然而, 目前4D成像雷達的尺寸超過了10 x10cm,這使得常規汽車設計師不喜歡他們。
同時,超寬帶雷達的的探測范圍也被限制在幾十米以內,而價格高達數千元的激光雷達,對汽車制造商來說沒有吸引力。
不過,它們高達200 米的探測范圍和0.1°的角分辨率等高性能,受到無人駕駛汽車公司的廣泛青睞。
毫無疑問,未來這些技術還將繼續發展。其中一個推動因素,是將他們集成到乘用車中,以實現3級ADAS,在2019年,3D雷達將走向市場,帶來垂直市場和實現多普勒傳感能力。
3D雷達攝像頭和GNSS的傳感器融合,或將足以達到3級ADAS所需的車道級精度。這種情況或將嚴重影響激光雷達業務發展,限制激光雷達在汽車市場的應用。
此外, 4D成像雷達進一步開發,有網使其適用于個人乘用車輛,首批商業化產品可能會在2025-2030年上市,正好趕上4級ADAS的市場滲透。
對于激光雷達傳感器,得益于MEMS 光學掃描儀和Flash激光雷達光電探測器陣列等新技術的應用,預計將使激光雷達傳感器的價格在同時期獲得大幅度下降。
激光雷達售價降低的另一個關鍵因素是市場規模效應,產量的規模化導致價格下降。
傳感器行業炙手可熱,沒人可以真正預知4級ADAS及以后的傳感器組合最終會如何發展。
因此,產業正在投資未來最有前景的技術,雷達和激光雷達的性能和成本競賽已經開始,競爭有利于推動自動駕駛技術不斷向前,這值得我們密切關注。