作者：Guillaume Girardin，Yole Développement

LiDAR從根本上來(lái)說(shuō)與4D雷達(dá)相似，但是可與紅外光協(xié)同工作。從理論上講，LiDAR可提供最佳的距離分辨率，非常適于重建高精度的3D場(chǎng)景來(lái)檢測(cè)和識(shí)別物體，因此過(guò)去十年來(lái)一直是ADAS和機(jī)器人研發(fā)者進(jìn)行傳感研發(fā)的重心。幾十年來(lái)，為了提高汽車(chē)的安全性，業(yè)界一直在開(kāi)發(fā)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）。由于采用了一系列傳感器（主要是雷達(dá)和攝像頭）以及功能強(qiáng)大的電子控制單元，過(guò)去十年ADAS技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。

到2012年，有幾篇學(xué)術(shù)研究論文指出，自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）可以將追尾事故減少40％，相關(guān)死亡人數(shù)減少15％。由于采用高科技可以解決性命攸關(guān)的問(wèn)題，因此ADAS的神話被吹上了天。

近年出現(xiàn)的激光雷達(dá)（LiDAR）技術(shù)已開(kāi)始被汽車(chē)OEM采用，其3D檢測(cè)功能為市場(chǎng)帶來(lái)了新的希望。在深入討論LiDAR之前，我們先來(lái)談?wù)劺走_(dá)。

雷達(dá)是一種使用了很長(zhǎng)時(shí)間的檢測(cè)技術(shù)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了數(shù)十年，適于不同市場(chǎng)的不同應(yīng)用，尤其是在汽車(chē)領(lǐng)域。汽車(chē)市場(chǎng)需要一種具有更長(zhǎng)距離、更寬視野、更好分辨率和更低價(jià)格的標(biāo)準(zhǔn)化雷達(dá)檢測(cè)方法。

雷達(dá)在汽車(chē)中最常見(jiàn)的安裝位置是在保險(xiǎn)杠或車(chē)牌標(biāo)志的后面，或者通風(fēng)柵的前面，有時(shí)也會(huì)因?yàn)槔走_(dá)/攝像頭組合傳感器而放在擋風(fēng)玻璃后面。其他安裝位置正在研究之中，例如在前照燈里。雷達(dá)的安裝位置需精心選擇，應(yīng)考慮所需的檢測(cè)性能、散熱能力以及安裝空間。

在過(guò)去的十年中，汽車(chē)行業(yè)在全球范圍內(nèi)大力推動(dòng)了雷達(dá)工作頻率的標(biāo)準(zhǔn)化，擴(kuò)大了允許的帶寬，使雷達(dá)的距離分辨率達(dá)到最大。目前業(yè)界正在通過(guò)德國(guó)政府資助的IMIKO項(xiàng)目來(lái)協(xié)調(diào)解決即將出現(xiàn)的干擾問(wèn)題，歐洲NCAP（圖1）和其他組織提出的強(qiáng)有力安全激勵(lì)措施推動(dòng)了汽車(chē)?yán)走_(dá)市場(chǎng)的快速發(fā)展。

圖1：安全激勵(lì)措施推動(dòng)了汽車(chē)?yán)走_(dá)市場(chǎng)的快速發(fā)展。（圖片來(lái)源：Yole Développement）

行業(yè)巨頭們面臨著新入者奪取市場(chǎng)份額的威脅。在巨大的市場(chǎng)壓力下，他們必須進(jìn)行產(chǎn)品差異化創(chuàng)新，提高產(chǎn)品性能，降低產(chǎn)品成本。

根據(jù)Yole的最新市場(chǎng)和技術(shù)報(bào)告，2019年雷達(dá)在工業(yè)市場(chǎng)的規(guī)模為39億美元，在汽車(chē)市場(chǎng)的規(guī)模為55億美元。

從技術(shù)的角度來(lái)看，雷達(dá)傳感器在過(guò)去的幾十年中已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。得益于半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，汽車(chē)應(yīng)用中的雷達(dá)外形小巧。目前業(yè)界幾乎已100%轉(zhuǎn)向采用市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者英飛凌、NXP及其他新入者提供的硅基單片微波集成電路（MMIC）。

汽車(chē)?yán)走_(dá)的下一個(gè)大事件將是4D成像雷達(dá)，預(yù)計(jì)2021年開(kāi)始進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)。其基本思路是收集更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并利用這些數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行更多的處理，而不是將其過(guò)濾掉。4D成像雷達(dá)將生成一個(gè)被逐點(diǎn)、逐束、逐幀監(jiān)測(cè)的真實(shí)點(diǎn)云，可以獲得目標(biāo)的相對(duì)位置、距離和速度，并有助于對(duì)目標(biāo)分類。

故事開(kāi)始變得有趣了。LiDAR從根本上來(lái)說(shuō)與4D雷達(dá)相似，但是可與紅外光協(xié)同工作。紅外光從目標(biāo)反射回來(lái)，可以測(cè)量發(fā)射和接收的時(shí)間差，借助點(diǎn)云即可重建3D場(chǎng)景。

采用LiDAR的大多數(shù)OEM都開(kāi)始利用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能（如在高速公路上行駛），提高安全性和AEB性能。沃爾沃公司計(jì)劃將其長(zhǎng)距離LiDAR技術(shù)應(yīng)用于高速公路駕駛，而現(xiàn)代汽車(chē)公司則在每個(gè)前照燈中集成了LiDAR，提高了安全性，并可以檢測(cè)出汽車(chē)的變道切入或截停。

從理論上講，LiDAR可提供最佳的距離分辨率，非常適于重建高精度的3D場(chǎng)景來(lái)檢測(cè)和識(shí)別物體，因此，過(guò)去十年來(lái)它一直是ADAS和機(jī)器人研發(fā)者進(jìn)行傳感研發(fā)（R＆D）的重心。

奧迪汽車(chē)中嵌入的第一款LiDAR使用機(jī)械掃描方法，采用905nm邊緣發(fā)射激光器和雪崩光電二極管，但其成本高于600美元。估計(jì)寶馬和沃爾沃使用的下一代LiDAR會(huì)更貴。成本是汽車(chē)制造商的一個(gè)重要考慮因素，目前LiDAR的成本比一般的攝像頭大約貴10倍，因此尚無(wú)法承受。

與長(zhǎng)距離LiDAR相比，短距離LiDAR不使用機(jī)械掃描，雖然性能較低且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是性價(jià)比更好。在未來(lái)兩到三年內(nèi)，它們可以用于在惡劣天氣條件下提高車(chē)輛安全性。供應(yīng)鏈中的許多公司都準(zhǔn)備在2021年至2023年之間發(fā)布新產(chǎn)品，其中包括Valeo與奧迪，Innoviz、麥格納（Magna）與寶馬（BMW），Luminar與沃爾沃，以及Velodyne與現(xiàn)代Mobis和現(xiàn)代。圖2顯示了LiDAR在ADAS汽車(chē)中的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)。

圖2：LiDAR在ADAS汽車(chē)中的應(yīng)用。（圖片來(lái)源：Yole Développement）

Yole預(yù)測(cè)，汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用的LiDAR市場(chǎng)將在2020年達(dá)到17億美元規(guī)模，并以19％的速率增長(zhǎng)，到2025年達(dá)到38億美元。

預(yù)期未來(lái)五年汽車(chē)應(yīng)用會(huì)成為L(zhǎng)iDAR發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，在2019年至2025年之間實(shí)現(xiàn)18億美元的收入。由于LiDAR制造商與汽車(chē)制造商之間的緊密合作，Yole預(yù)計(jì)到2025年，3.2%的私家車(chē)將使用LiDAR。

實(shí)際上雷達(dá)和LiDAR這兩種技術(shù)既相互競(jìng)爭(zhēng)、又互相補(bǔ)充。由于4D雷達(dá)目前還不太成熟，使LiDAR研發(fā)得以繼續(xù)擴(kuò)大并進(jìn)行適度的批量生產(chǎn)。

然而，LiDAR的效率和相關(guān)性還有待驗(yàn)證。雷達(dá)由于其高效、簡(jiǎn)單和可靠而成為汽車(chē)安全系統(tǒng)的杰作，但LiDAR仍有一段路要走。

新冠疫情將重塑市場(chǎng)

新冠疫情顯然影響了2020年的市場(chǎng)，由于消費(fèi)者的需求受到?jīng)_擊，汽車(chē)市場(chǎng)遭受到銷(xiāo)售不足的困擾。我們預(yù)計(jì)疫情對(duì)汽車(chē)市場(chǎng)的影響為20%，并將在2021年和2022年逐步復(fù)蘇，如圖3所示。

圖3：按自動(dòng)駕駛等級(jí)對(duì)輕型車(chē)輛2014~2050年的銷(xiāo)售進(jìn)行預(yù)測(cè)。（圖片來(lái)源：Yole Développement）

因此，OEM可以優(yōu)先在車(chē)輛電氣化（或替代技術(shù)）的研發(fā)中加大投入，而減少在車(chē)輛自動(dòng)化方面的投入，因?yàn)樘寂欧懦瑯?biāo)會(huì)被罰款，直接影響收入。此外，各國(guó)政府可能會(huì)效仿歐洲，注入資金促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，同時(shí)要求加快汽車(chē)脫碳的速度。

盡管如此，安全要求不會(huì)放寬，預(yù)計(jì)1~2級(jí)和2+/2++級(jí)自動(dòng)駕駛汽車(chē)將持續(xù)發(fā)展，為汽車(chē)?yán)走_(dá)和LiDAR行業(yè)提供了巨大的機(jī)會(huì)，只是由于疫情而有所推遲。
編輯：hfy