穩步發展的激光雷達技術將協助自動駕駛系統實現重大飛躍，但前提是必須降低成本。

顧名思義，激光雷達是指“以發射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統”。事實上，人類歷史中對激光雷達的應用可以追溯回 1962 年 5 月。當時，Louis Smullin 和Giorgio Fiocca 兩名電氣工程師曾在美國麻省理工大學的林肯實驗室中，利用一部 12 英寸的望遠鏡向月球發射 50 焦耳的激光脈沖，并使用一部 48 英寸的望遠鏡接收反射光，而后通過光的傳播速度估算出地球與月球的距離。

40 年后，除了在氣象學和阿波羅登月計劃中發揮重要作用外，激光雷達還作為關鍵傳感器，成為美國國防部DARPA 挑戰賽中機器人汽車原型中的關鍵組成部分。在最初的機器人汽車設計中，設計人員將多達 64 部激光雷達和傳感器集成至安裝在車頂的巨大圓柱體中。車輛在行駛時，這個圓柱體系統將不斷旋轉，向四面八方發射成千上萬條脈沖，從而提供 360 度車輛環視信息。具體來說，激光雷達掃射的目標將被標記為“點云”（Cloud of points），補充雷達和攝像頭的成像效果，共同引導無人駕駛汽車的行駛。

到 2007 年，也就是DARPA 挑戰賽的第四年時，賽事的冠軍作品及所有 6 件完成作品中的 5 件均沿用了激光雷達技術先鋒Velodyne Acoustics 公司推出的早期激光雷達。據報道稱，當時每個激光雷達單元的成本高達近 8 萬美元。

盡管軟件和硬件方面都有了重大改變，但如今激光雷達的工作方式卻與之前的“祖輩”并無太大變化。專家表示，目前，汽車行業中主要采用久經驗證的機械掃描型（MEMS）激光雷達，而新的固定式（無移動組件）激光雷達的性能更可靠、尺寸更緊湊，這對于將設備集成至車輛外飾中至關重要。對比來說，固定式激光雷達的視場（field of view），也就是可視范圍較窄，但憑借相對更低的成本，廠商也可以選擇同時安裝多款固定式激光雷達，從而達到擴大視場的目的。

通用 Cruise 自動駕駛汽車集成了大量激光雷達，用于自動駕駛汽車的公共道路測試。

通常而言，常見的汽車或卡車可以通過安裝大概8 個可視角度較小的激光雷達（車輛前后選擇可視角度 120 度的激光雷達、左右選擇可視角度 90 度的激光雷達）替代360 度的大型激光雷達，當然具體數量仍與車輛的幾何外形有關。從另一方面來看，車輛對激光雷達探測距離的需求也可以降低。工程師可以根據激光雷達在車輛安全系統中發揮的作用，對安裝在車輛不同位置的激光雷達提出不同的探測距離要求，通常左右方向的激光雷達要求達到 30 米、前方要求200 米、后方要求 50 米。

隨著越來越多的初創公司和成熟的供應商均紛紛“殺入”SAE 3 級、4 級和 5 級自動駕駛功能的開發中，激光雷達的研發正在如火如荼地開展。此外。這項技術在需求量巨大的 3D 地圖領域也有重要應用。

Frost & Sullivan 公司預測，到 2025 年，激光雷達的年銷量將達到600 萬部，其中 50% 均將應用至汽車中，市場規模預計將達到 20 億美元。經《汽車工程》統計，激光雷達領域中的初創公司數量多達 30 多家，還有Velodyne 等老牌廠商及包括博世（Bosch）、法雷奧（Valeo）及大陸集團（Continental）等在內的一級供應商。此外，Aptiv 和麥格納（Magna）等頂級供應商選擇與一些激光雷達專家公司合作。一些汽車廠商也開始通過收購或合作等手段，與激光雷達開發商建立聯系，包括BMW（通過麥格納與Innoviz 合作）、通用（與Strobe 合作）、豐田（與Luminar 合作），及福特（與Princeton Lightware 和 Velodyne 合作）。

有一些支持者稱激光雷達是解決“自動駕駛汽車關鍵難題的靈丹妙藥”，這可能有些夸張，但無論如何，在自動駕駛汽車研發方面，激光雷達無疑是最熱門，也最有爭議的傳感器技術。

技術顧問Gerald Conover 在移動出行領域的經驗非常豐富。他觀察道，“每隔幾周就會有一家新公司大肆鼓吹他們的全新激光雷達技術。但事實上，他們口中的成果很多仍僅基于實驗室項目結果，而真正的大批量生產可能還需要幾年時間。”只有那些成本低且性能高的產品才能真正存活下來。根據SAE 4 級和5 級自動駕駛車輛的發展情況來看，“未來，市場對激光雷達設備的需求可能很大。”

成本仍是汽車級激光雷達設備實現大規模部署的一大障礙。目前，開發版激光雷達的成本仍在10000 美元或更高 — “對于汽車生產來說，這么高的成本是不現實，”Conover 打趣道，“而降低激光雷達成本的關鍵技術僅掌握在少數幾家供應商手中。”汽車廠商希望，未來，激光雷達的商品價格可以穩步降低，正如曾經的車載雷達和攝像頭一樣。

自2017 年末以來，Quanergy 公司一直在生產905 納米的固態激光雷達，其反射率為8 %，測距范圍為150 米。該公司聲稱，我們的激光雷達為光學相控陣類型，每秒可以掃描50 萬個點，100 米外的最小可監測光點單位為3.5 厘米。Quanergy 公司認為，目前，每個樣品的價格仍為數千英鎊，但公司有信心在未來的量產中，將產品的單位成本降低至300 美元之下。目前，Velodyne 公司最便宜的 16 束激光雷達每臺售價為4000 美元。

為了將傳感器完全整合至汽車中，縮小激光雷達的尺寸將至關重要。麥格納的概念車（如圖所示）已經邁出了整合的第一步。

物盡其用，各司其職

雖然汽車激光雷達領域的競爭已經達到白熱化程度，但并非所有原始設備制造商都認為這項技術勢在必行。比如，特斯拉（Tesla）的自動駕駛系統就另辟蹊徑地采用了基于攝像頭的光學識別技術。這家公司的老板Elon Musk 似乎并不認為激光雷達將改變自動駕駛領域的游戲規則。2017 年4 月的TED 演講舞臺上，“一旦你能解決攝像機的視覺問題，就能解決自動駕駛的問題；如果你不解決視覺問題，自動駕駛的問題自然無解。”Musk 表示，“只要有攝像頭，你絕對可以實現成為超人的夢想。”此外，這位CEO 還暗自給激光雷達貼上“拐杖”的標簽。

本田北美公司（Honda North America）產品規劃助理副總裁Jay Joseph 指出，公司正在“利用激光雷達進行開發和測試”。他表示，我們的工程師認為，激光雷達在短期內是必要的。“當然，從長遠來看，我們希望看到其他解決方案——也許是一些借助網聯功能和共享信息的解決方案。但是，在新解決方案確保萬無一失之前，激光雷達可以為車輛提供高質量的信息，讓車輛能夠基于這些信息做出正確的決策，因此是必不可少的。”

目前，對于包括Aptiv 等很多經驗非常豐富的一級供應商而言，很大程度上，他們的工作是將傳感器陣列組裝完美地集成至車輛中。Aptiv 公司高級技術副總裁Jada Smith 指出，“一些科技初創公司還對汽車不夠了解，但我們明白傳感器是如何與車輛協同工作的。”

Smith 表示，Aptiv 認為攝像頭、雷達和激光雷達將在汽車自主技術中發揮協同作用。她稱，激光雷達是“一項必要技術，適用于所有用例，可作為一種冗余系統，并幫助車輛看清周圍發生的一切。”目前，Aptiv 已經投資了Leddartech（flash 激光雷達公司）、Innoviz（MEM 型激光雷達）和Quanergy（光學相控陣型激光雷達）等公司，對各類激光雷達技術均有涉及。

在選擇激光雷達類型時，最重要的是搞清楚激光雷達的角色。“我們希望讓激光雷達發揮什么作用？”Smith問道，“探測距離越遠，視野越窄——這與攝像頭的情況一樣。因此，我們首先應該確定到底要什么性能，然后再選擇Flash、MEMS 或其他類型的激光雷達。但關鍵是要根據我們希望達到的目標，進行權衡。”

最近，《SAE 汽車工程》深入采訪了一群激光雷達創新研究人員，下文將介紹這些研究人員對激光雷達技術對了解和看法。

Aptiv在CES17上使用的BMW 5系自動演示車的傳感器布局。 綜合陣列包括四個短程激光雷達，五個遠程激光雷達，六個掃描雷達（ESR），四個短程雷達（SRR），一個三焦攝像頭，一個交通燈攝像頭，兩個GPS天線，一個DSRC模塊和兩個 計算機軟件堆棧用于冗余。

Innoviz Technologies

如同許多傳感器技術開發商一樣，Innoviz 公司的總部設在以色列，所有主要負責人均擁有以色列軍方的專業電子背景。這家公司成立于三年前，全球共有大約150 名員工。目前，Innoviz 公司已經獲得超過8000 萬美元的投資，Aptiv、Magna 和三星在Innoviz公司均有持股。

激光雷達的基礎技術在于微機電系統（MEMS）的設計，即通過移動的鏡面投射來自固態芯片的掃描激光。更為重要的是，Innoviz 還推出了 905 納米激光雷達。Innoviz 北美總經理Aditya Srinivasan 表示，905 納米激光雷達可以幫助公司有效降低成本。事實上，Innoviz 公司預計將在 2019 年推出一款定價僅在數百美元的汽車級激光雷達傳感器，這也是公司的首款汽車級激光雷達。

Srinivasan 表示，“有關我們的設計到底是不是固定式激光雷達，大家可能會有不同的看法，因為我們確實使用了一面移動的鏡子，但無論如何，這就是我們公司的‘固定式’激光雷達。”

Innoviz 公司的資料顯示，InnovizOne“經過專門設計，可以輕松無縫集成至任何大眾市場車輛中”。該系統的水平和垂直場視角度分別為120° 和25°，可提供750 萬像素/秒的高清分辨率，幀率為25 幀/秒，探測范圍達250 米（820英尺）。從外觀而言，InnovizOne 高 50 毫米、寬 110 毫米、進深 100 毫米（即2 x 4.3 x 3.9英寸）。此外，系統還采用了一款專利信號處理芯片，進行數據管理工作，但Srinivasan 并未透露這家芯片合作廠商的名稱。

Innoviz 還聲稱，InnovizOne系統經過專門優化，可以識別反射率極低的物體，這也是目前很多其他激光雷達很難做到的。

4 月，Innoviz 還公布了通過公司供應商合作伙伴麥格納（Magna）與BMW 簽訂的供貨協議。BMW 表示，公司計劃在2021 年推出一項SAE 3 級自動駕駛汽車叫車服務，而來自Innoviz 的激光雷達無疑將成為其中的關鍵組件之一。

此外，Innoviz 還與Aptiv 和三星共同合作，開發汽車激光雷達。6 月，Innoviz 表示，公司已經與中國一級汽車供應商恒潤科技建立了合作伙伴關系，而后者的客戶包括多家中國大型汽車廠商，目前正在將Innoviz 的產品集成至自家的自動駕駛平臺。

Aptive 公司的固定式激光雷達。

TetraVue

TetraVue 公司的固定式 Flash 激光雷達技術借鑒了數碼相機相對成熟，且更為平價的傳感器技術，特別之處在于可以提供更高的分辨率。事實上，這家公司稱其汽車激光雷達為“高清4D 攝像頭”，可提供百萬像素級數字視頻捕捉，通過像素級深度信息支持遠程傳感需求。

TetraVue 公司創始人兼執行副總裁 PaulBanks 擁有應用物理學博士學位。對他來說，分辨率是最關鍵的。Banks 先生用通俗易懂的語言解釋了公司理論上具備的技術優勢。他摘下眼鏡說，我是個近視，加州決不允許我不帶眼鏡就開車上路，然而，市場上大多數激光雷達的分辨率卻低于加州對人類駕駛員的最低視力要求。

“對我們來說，高分辨率才是最重要的，”Banks直言，“實際上，我們使用的就是你手機里的（圖片）傳感器，其他產品根本不是我們的對手。”

事實上，Banks 的觀點有一定道理，目前博世和三星等投資者對此都很感興趣。TetraVue 公司的固定式Flash 激光雷達技術借鑒了數碼相機領域相對成熟且更為平價的CMOS 和CCD 傳感技術。TetraVue 激光雷達采用肉眼不可見的 800 納米波長，發射速度達每秒 30 幀（30 fps）。此外，這款激光雷達還配備了“照明”功能，可以提供像素級的深度信息。

Banks 向我們展示了一位舞蹈演員通過“常規”激光雷達和 TetraVue激光雷達看到的不同數據場景，TetraVue 產品所提供的更大視角和深度著實讓人驚嘆。

Banks 表示，“我們的激光雷達更像是一款視頻攝像頭，無論是從外觀，還是使用感受而言。”事實上，Banks 并沒有夸張，TetraVue 系統每秒可以展示 6000 萬個點，最終的成像效果讓其他競爭對手的畫質對比來看就像是一些早期的視頻游戲界面。

現階段，對于這家位于美國加利福尼亞洲的激光雷達公司而言，最大的挑戰在于探測距離。Banks 表示，按照當下的設計，這款激光雷達的探測距離在 150 米左右（492 ft），而其他競爭對手的產品，比如Velodyne 最新激光雷達產品的距離幾乎是TetraVue 的 2 倍。不過，Banks 表示，我們也可以提高探測距離，但“最根本的問題還是成本。”他還表示，公司對這款激光雷達的定位是大眾應用市場，也就是說定價將在大眾可以接受的范圍。

Ouster

內戰期間的著名軍事學家Nathan Bedford 曾提出，“孤注一擲，占得先機”。在如今的科技時代，Ouster 公司可能是對這一名言貫徹地最為徹底的公司了。

Ouster 公司創始人兼 CEOAngus Pacala 曾稱贊稱，我們的市場優勢在于：我們已經開始向世界各地輸送汽車激光雷達了。

“我們的產品根本無需額外推銷，”Pacala 夸口說，“我們是市面上最智能，也最輕質的 360 度3D 傳感產品”。此外，他還說，Ouster 公司是唯一一家愿意向任何買家，開誠布公地公開技術價格的公司。

Pacala 此前曾在 Quanergy公司擔任工程總監。他表示，Ouster 的OS-1 是目前市面上分辨率最高的激光雷達，具有一流的功耗、尺寸和重量指標。該系統每秒可測量130 萬點，但功耗還不到15 W。正如TetraVue 一樣，該公司的技術也植根于相對成本更低也更為成熟的CMOS 技術（在智能手機和數碼相機中均有多年應用歷史）。

為了將成本控制在合理范圍內，OS - 1激光器的工作波長為850 納米，成本在某種程度上則根據客戶對渠道的不同需求，有“階梯式”差異：其中，成本最高的版本采用了64 個發射器，可提供每個垂直視場的“切片”，而性能較低的版本僅有16 個通道，因此成本較低。Pacala 表示，該公司預計將在2018 年底出貨10,000 至20,000 部OS-1 產品。

OS–1 的尺寸與兩個冰球相當，高 2.5英寸（63毫米），直徑3.14 英寸（80毫米），重約330 克。這款激光雷達并不屬于固定式激光雷達，而是使用了一個可以旋轉的發射器，可提供360° 覆蓋范圍和近32° 的垂直視場，精度約為3 厘米（1.3英寸），但測距范圍相對較短，只有120 米（394英尺）。

隨著OS–2 的問世，Ouster 的測距范圍有所提升，也就是說OS–2 的測距范圍將達到200米（656英尺），采用64 通道設計，視場范圍 15.8°。不過，OS–2 的尺寸更大，也更重。Pacala 表示，OS–2 將在今年第三季度起售。

Valeo

2017 年底，法國一級供應商法雷奧（Valeo）旗下一款激光雷達正式登陸奧迪（Audi）A8 轎車，這也被視為激光雷達首次登陸一款具備SAE 3 級駕駛員協助功能的量產車型。奧迪A8 的交通堵塞領航系統（Traffic Jam Pilot system）可以在法雷奧 Scala 激光雷達的協助下，在發生交通堵塞的情況下，即車速不超過每小時37 英里（60公里/小時）時，控制車輛的加速、制動和轉向功能。

Scala 是法雷奧與 LeddarTech合作開發的創新固定式激光雷達，并榮獲2018 年佩斯獎（2018 PACE award）。法雷奧稱，Scala 的水平視場范圍為145°，測距范圍為150 米。LeddarTech 表示，正如許多常見的傳感技術一樣，Scala 的優勢主要在于具有專利的處理方式和算法：“本質上來說，我們采用了一整套軟件、算法及專門知識，用于設計或優化各種不同類型的固態激光雷達傳感器。”

然而，一些熱切的早期技術嘗試者可能還無法立刻享受到法雷奧/LeddarTech 激光雷達陣列。在最初階段，這套系統在許多國家均不支持。奧迪并不愿意在美國及其他法律和監管框架尚不夠明確的地區，貿然推出這項功能。

5 月，法雷奧宣布了與中國互聯網巨頭百度 2017 年成立的開放自動駕駛平臺阿波羅公司（Apollo）簽署“戰略合作”。法雷奧在一份新聞稿中表示，公司將為阿波羅項目提供傳感器方面的專業知識，以及“傳感器清潔系統，及自動駕駛汽車互聯功能方面的豐富經驗”。