激光雷達(dá)會(huì)被智能汽車拋棄嗎？

  ICC訊 隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，激光雷達(dá)(LiDAR)在智能汽車中的地位愈發(fā)重要。作為一種高精度的環(huán)境感知傳感器，激光雷達(dá)能夠提供比傳統(tǒng)傳感器(如毫米波雷達(dá)和攝像頭)更細(xì)致、更精確的三維感知，尤其在復(fù)雜環(huán)境下的長(zhǎng)尾場(chǎng)景識(shí)別方面，展示了其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。因此，激光雷達(dá)在未來智能駕駛的廣泛應(yīng)用中，無疑將成為核心技術(shù)之一。但激光雷達(dá)應(yīng)其成本高昂等一系列原因，在越來越多車企的智駕方案中被拋棄，更有很多車企，從激光雷達(dá)的陣營(yíng)中轉(zhuǎn)投至純視覺感知的陣營(yíng)，激光雷達(dá)真的會(huì)被智能汽車拋棄嗎?

  激光雷達(dá)技術(shù)

  1.1激光雷達(dá)的工作原理與系統(tǒng)組成

  激光雷達(dá)通過發(fā)射激光束，測(cè)量其從目標(biāo)物體反射回來的時(shí)間差，進(jìn)而計(jì)算出目標(biāo)的距離和位置，形成高精度的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供了準(zhǔn)確的空間信息，從而有效地進(jìn)行環(huán)境建模和障礙物檢測(cè)。

  激光雷達(dá)系統(tǒng)的主要組成部分包括：激光發(fā)射系統(tǒng)：激光發(fā)射系統(tǒng)由激光器和發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)組成。激光器負(fù)責(zé)生成激光束，發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)將激光束準(zhǔn)直并控制發(fā)射方向?，F(xiàn)階段，激光器主要使用邊發(fā)射激光器(EEL)和垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。VCSEL因其較高的光束控制精度和較低的生產(chǎn)成本，成為未來發(fā)展的趨勢(shì)。

  EEL與VCSEL示意圖

  激光接收系統(tǒng)：該系統(tǒng)由光電探測(cè)器和接收光學(xué)系統(tǒng)組成，負(fù)責(zé)接收從物體反射回來的激光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。目前常用的探測(cè)器包括雪崩光電二極管(APD)和單光子雪崩二極管(SPAD)。SPAD因其高靈敏度，能夠在低光環(huán)境下依然進(jìn)行高精度探測(cè)，成為未來激光雷達(dá)發(fā)展的重點(diǎn)。掃描系統(tǒng)：掃描系統(tǒng)的作用是控制激光束的發(fā)射角度，從而擴(kuò)大掃描范圍。激光雷達(dá)的掃描方式主要有機(jī)械掃描、MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))掃描和固態(tài)掃描。傳統(tǒng)的機(jī)械掃描系統(tǒng)依賴于旋轉(zhuǎn)部件，盡管精度較高，但存在成本高、耐用性差的問題。相較之下，MEMS掃描系統(tǒng)采用微型振動(dòng)鏡，體積小、可靠性高，逐步成為主流選擇。信息處理系統(tǒng)：接收到的激光信號(hào)經(jīng)過放大和轉(zhuǎn)換后，通過信息處理模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，生成三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用于自動(dòng)駕駛的環(huán)境感知。隨著技術(shù)進(jìn)步，激光雷達(dá)的處理模塊從傳統(tǒng)的FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)向更高集成度的SoC(系統(tǒng)級(jí)芯片)發(fā)展，以降低功耗和成本。

  1.2激光雷達(dá)的技術(shù)演變與未來趨勢(shì)

  激光雷達(dá)技術(shù)經(jīng)歷了從早期的脈沖式激光雷達(dá)(TOF)到調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)(FMCW)的演變。TOF激光雷達(dá)通過測(cè)量激光發(fā)射和接收之間的時(shí)間差來計(jì)算目標(biāo)物的距離，應(yīng)用廣泛且成熟。但其在復(fù)雜場(chǎng)景下的抗干擾能力和數(shù)據(jù)處理速度方面存在一定的限制。

  車載激光雷達(dá)應(yīng)用算法

  FMCW激光雷達(dá)則通過調(diào)制激光的頻率來測(cè)量距離，具有更高的信噪比、抗干擾能力強(qiáng)，并且可以同時(shí)獲得目標(biāo)物的速度信息。因此，F(xiàn)MCW技術(shù)在高速行駛、復(fù)雜氣候等條件下的表現(xiàn)更為優(yōu)越，預(yù)計(jì)將成為未來的主流技術(shù)。此外，激光雷達(dá)的掃描方式也在不斷優(yōu)化。從傳統(tǒng)的機(jī)械掃描到MEMS和固態(tài)激光雷達(dá)的逐步發(fā)展，激光雷達(dá)的體積逐漸縮小，成本大幅降低，性能卻不斷提升。MEMS激光雷達(dá)由于其較高的可靠性和較低的成本，預(yù)計(jì)將在未來5年內(nèi)成為市場(chǎng)主流。

  1.3激光雷達(dá)的多傳感器融合技術(shù)

  激光雷達(dá)與其他傳感器(如毫米波雷達(dá)、攝像頭、超聲波雷達(dá))的融合，成為智能駕駛系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。通過多傳感器融合，激光雷達(dá)彌補(bǔ)了其他傳感器在精度、探測(cè)范圍和環(huán)境適應(yīng)性方面的不足。例如，激光雷達(dá)在長(zhǎng)尾場(chǎng)景中能夠精準(zhǔn)識(shí)別遠(yuǎn)距離的障礙物，而毫米波雷達(dá)和攝像頭在低光照和惡劣天氣條件下表現(xiàn)不佳。通過多傳感器融合，系統(tǒng)可以利用不同傳感器的優(yōu)勢(shì)，在復(fù)雜環(huán)境中提供更穩(wěn)定和可靠的感知能力，從而提升自動(dòng)駕駛的安全性和可靠性。

  激光雷達(dá)市場(chǎng)發(fā)展

  2.1激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模與增長(zhǎng)預(yù)測(cè)

  激光雷達(dá)市場(chǎng)的增長(zhǎng)潛力巨大，主要受到智能駕駛技術(shù)普及的推動(dòng)。根據(jù)市場(chǎng)研究預(yù)測(cè)，到2025年，中國(guó)激光雷達(dá)市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)到261億元，2030年將突破980億元。在全球范圍內(nèi)，激光雷達(dá)市場(chǎng)也在迅速擴(kuò)展。據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，全球激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到135.4億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)超過60%。這一增長(zhǎng)將受到無人駕駛車隊(duì)規(guī)模擴(kuò)張、高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)滲透率提升及智能交通建設(shè)等因素的推動(dòng)。

全球激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)(億美元)

  2.2激光雷達(dá)在智能駕駛中的重要性

  激光雷達(dá)在智能駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，尤其在L2級(jí)到L4級(jí)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，激光雷達(dá)的使用將成為標(biāo)配。根據(jù)麥肯錫的研究，從L2到L4/L5級(jí)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，車載傳感器的數(shù)量將從8個(gè)增加到24個(gè)，激光雷達(dá)的搭載數(shù)量將顯著增加。在L3級(jí)及以上的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，激光雷達(dá)通過提供高精度的三維環(huán)境建模，能夠?qū)崟r(shí)識(shí)別行人、車輛以及其他障礙物，確保系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的安全性。特別是在低光照、雨雪天氣和高速行駛情況下，激光雷達(dá)的精度和穩(wěn)定性都要優(yōu)于其他傳感器。

  2.3激光雷達(dá)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)與挑戰(zhàn)

  盡管激光雷達(dá)在智能駕駛中的應(yīng)用潛力巨大，但其市場(chǎng)普及仍面臨挑戰(zhàn)。首先，激光雷達(dá)的高成本仍然是限制其廣泛應(yīng)用的瓶頸之一。盡管隨著技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)規(guī)?；?，激光雷達(dá)的成本逐漸降低，但與毫米波雷達(dá)和攝像頭相比，其價(jià)格仍然較高。激光雷達(dá)在惡劣天氣條件下的表現(xiàn)仍然存在局限，尤其是在雨、霧、雪等環(huán)境下，激光信號(hào)的傳播會(huì)受到影響，導(dǎo)致探測(cè)精度下降。因此，未來激光雷達(dá)需要進(jìn)一步優(yōu)化其抗干擾能力，以適應(yīng)更多復(fù)雜的駕駛環(huán)境。

  激光雷達(dá)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

  3.1激光雷達(dá)技術(shù)的未來發(fā)展方向

  未來，激光雷達(dá)將繼續(xù)朝著更高集成度、更低成本、更強(qiáng)抗干擾能力的方向發(fā)展。集成化與芯片化：集成化和芯片化將成為激光雷達(dá)未來技術(shù)發(fā)展的重要方向，通過降低激光雷達(dá)組件數(shù)量，減少生產(chǎn)工藝復(fù)雜性，提升生產(chǎn)效率和降低成本。預(yù)計(jì)到2030年，激光雷達(dá)的單車搭載成本將大幅降低，這將推動(dòng)激光雷達(dá)在更多車型上的普及?？垢蓴_與性能提升：FMCW激光雷達(dá)將成為未來的技術(shù)趨勢(shì)，其高信噪比和抗干擾能力使其能夠在復(fù)雜環(huán)境下表現(xiàn)優(yōu)異。FMCW激光雷達(dá)不僅能提供距離信息，還能獲取目標(biāo)物的速度數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提升環(huán)境感知能力。固態(tài)激光雷達(dá)的普及：固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)，如MEMS和FLASH激光雷達(dá)，正在成為主流。這些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于它們能夠去除傳統(tǒng)機(jī)械掃描的復(fù)雜部件，使激光雷達(dá)更加小型化、可靠且成本更低。預(yù)計(jì)未來5年，MEMS激光雷達(dá)將成為市場(chǎng)主流。

  3.2激光雷達(dá)與智能駕駛的互相促進(jìn)

  隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，激光雷達(dá)與智能駕駛系統(tǒng)的結(jié)合將更加緊密。激光雷達(dá)不僅能夠提供更為精確的三維環(huán)境建模，還能確保自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的安全性。激光雷達(dá)的高精度、遠(yuǎn)距離探測(cè)能力使其成為實(shí)現(xiàn)高級(jí)別自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵技術(shù)之一。未來，激光雷達(dá)的廣泛應(yīng)用將推動(dòng)智能汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，特別是在L3級(jí)到L5級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，激光雷達(dá)的需求將持續(xù)增長(zhǎng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，激光雷達(dá)將在更廣泛的車型上得到應(yīng)用，從高端市場(chǎng)逐步滲透到中低端市場(chǎng)，成為智能駕駛不可或缺的核心傳感器。

  激光雷達(dá)市場(chǎng)展望

  激光雷達(dá)市場(chǎng)的前景廣闊，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的逐步降低，激光雷達(dá)將在未來幾年迎來快速增長(zhǎng)的機(jī)遇。預(yù)計(jì)到2030年，全球激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將突破數(shù)百億美元，中國(guó)市場(chǎng)也將成為激光雷達(dá)發(fā)展的重要陣地。自動(dòng)駕駛滲透率的提高，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的普及，以及汽車智能化進(jìn)程的加快，都為激光雷達(dá)的應(yīng)用和市場(chǎng)發(fā)展提供了強(qiáng)大動(dòng)力。從技術(shù)角度看，激光雷達(dá)的進(jìn)步將推動(dòng)自動(dòng)駕駛技術(shù)的更高安全標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)從L2級(jí)到L5級(jí)的逐步過渡。從市場(chǎng)角度看，激光雷達(dá)的應(yīng)用將不再局限于高端智能汽車，未來中低端市場(chǎng)也將成為激光雷達(dá)的增長(zhǎng)點(diǎn)。隨著激光雷達(dá)技術(shù)的成熟，車企將在更多車型中搭載激光雷達(dá)系統(tǒng)，從而使激光雷達(dá)技術(shù)成為智能汽車領(lǐng)域的“黃金賽道”。