自动驾驶汽车传感器雷达和激光雷达: 竞争还是协作？

近年来，自动驾驶汽车的发展越来越引人瞩目。

无论是Waymo自动驾驶车队，还是奥迪发布首款搭载激光雷达（LiDAR）的A8动作，都表明了这个领域的高热度。        

当前的 "自动驾驶"车辆包含两种类型。

一是嵌入了多种传感器的无人驾驶汽车，搭载摄像头、激光雷达和雷达，以实现完全的自动驾驶。

另一种是配备高级驾驶辅助系统(ADAS)的乘用车，仅嵌入数量有限的传感器雷达，以实现部分自动驾驶。

因此，据国外行业分析部门更新的《汽车雷达和无线通信-2019版》报告中预测，2024年，汽车雷达市场规模将超过80亿美元，汽车 LiDAR 的市场规模将增长至42亿美元。

自动驾驶汽车需要全面把握周围的环境信息，才能安全行驶。有许多传感器可用于向自动驾驶车辆提供这些信息，包括摄像头和全球导航卫星系统 (GNSS) 传感器等。

不过, 只有三种传感模型能够提供直接距离测量：短距离测距的超声波传感、用于物体检测的雷达和用于3D环境感知的激光雷达。

现在，这些传感器既可用于乘用车，也可用于无人驾驶汽车，但应用之间存在差异。

乘用车的自主能力有限，而无人驾驶汽车顾名思义必须依赖传感器冗余实现完全自动驾驶。

由于空气会造成超声波大幅衰减，超声波传感器的探测范围被限制在几米以内，主要用于停车辅助；雷达常用于乘用车自适应巡航控制 (ACC) 和自主紧急制动 (AEB)。

无人驾驶车辆使用多个LiDARs来绘制周围的地图。为了确保乘客的安全, 激光雷达必须和摄像头、雷达相结合，才能实现传感器之间的高度安全冗余。

▲自动驾驶技术分为0~4共五个等级

由于原始设备制造商（OEM）的目标是部分自动化，所以能够监控驾驶环境的3级ADAS目前仍有很大的不确定性。对于这一层级的自动驾驶，OEM将定义汽车自主驾驶的使用案例。

目前，OEM大多针对两种用例：交通堵塞或高速公路驾驶。

例如，OEM将选择何时可以启用自动驾驶模式，且可以定义避免夜间条件。OEM做出的这些选择主要由成本驱动，将直接影响ADAS车辆中嵌入传感器的类型和数量。

此外，由于传统的传感器性能在不断提高，摄像头、雷达和超声波传感器的组合成本够低，并且足以满足这种自动驾驶的水平，所以这种解决方案可供大部分OEM使用。

而对于高端OEM和豪华车型的ADAS产品系列，客户有意愿采用最新的技术，从而实现差异化，可以提供另一种应用激光雷达的解决方案。这可能会提供更高级的功能，或增加更多自动驾驶的场景。

无人驾驶汽车既可以使用带有大型天线阵列的4D成像雷达，可实现低于1°的角度分辨率，也可使用数十个小型超宽带高分辨率雷达。

然而, 目前4D成像雷达的尺寸超过了10 x10cm，这使得常规汽车设计师不喜欢他们。

同时，超宽带雷达的的探测范围也被限制在几十米以内，而价格高达数千元的激光雷达，对汽车制造商来说没有吸引力。

不过，它们高达200米的探测范围和0.1°的角分辨率等高性能，受到无人驾驶汽车公司的广泛青睐。

毫无疑问，未来这些技术还将继续发展。其中一个推动因素，是将他们集成到乘用车中，以实现3级ADAS，在2019年，3D雷达将走向市场，带来垂直市场和实现多普勒传感能力。

3D雷达摄像头和GNSS的传感器融合，或将足以达到3级ADAS所需的车道级精度。这种情况或将严重影响激光雷达业务发展，限制激光雷达在汽车市场的应用。  

此外, 4D成像雷达进一步开发，有网使其适用于个人乘用车辆，首批商业化产品可能会在2025-2030年上市，正好赶上4级ADAS的市场渗透。

对于激光雷达传感器，得益于MEMS 光学扫描仪和Flash激光雷达光电探测器阵列等新技术的应用，预计将使激光雷达传感器的价格在同时期获得大幅度下降。

激光雷达售价降低的另一个关键因素是市场规模效应，产量的规模化导致价格下降。  

传感器行业炙手可热，没人可以真正预知4级ADAS及以后的传感器组合最终会如何发展。

因此，产业正在投资未来最有前景的技术，雷达和激光雷达的性能和成本竞赛已经开始，竞争有利于推动自动驾驶技术不断向前，这值得我们密切关注。