車載雷達(dá)，誰(shuí)才是當(dāng)之無愧的“汽車之眼”

要說如今的汽車圈最火熱的話題是什么？自動(dòng)駕駛站出來稱第二，還真不見得有誰(shuí)敢信誓旦旦自稱第一。

無論傳統(tǒng)車企研究的駕駛輔助系統(tǒng)ADAS（Advanced Driver Assistant System），還是由谷歌等互聯(lián)網(wǎng)巨頭期望分一杯羹的無人車領(lǐng)域，歸根結(jié)底的原理都是差不多的。

自動(dòng)駕駛就好比行人走路，我們先用眼睛觀察確定路線，然后大腦再給我們下指令。對(duì)汽車而言，各種雷達(dá)、攝像頭等傳感器就是汽車的眼睛，電子線路就是中樞神經(jīng)，芯片、算法等控制系統(tǒng)則是大腦，最終決定了汽車的前行方向與速度。而“眼睛”則起到了十分關(guān)鍵的作用：收集第一手?jǐn)?shù)據(jù)以供分析判斷。

在這些“眼睛”中，攝像頭相對(duì)簡(jiǎn)單。它的優(yōu)點(diǎn)很突出：精度高，距離遠(yuǎn)，直觀方便；可是缺點(diǎn)也同樣突出：受到天氣的影響太大。倘若霧霾一來，或是陰雨綿綿，估計(jì)就只能兩眼一抹黑了。

而車載雷達(dá)，則有著突出的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。他們比超聲波探測(cè)器以及計(jì)算機(jī)視覺設(shè)備有著更高的實(shí)時(shí)性、精度和可靠性。其中，主要研究集中在毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)上。

毫米波指波長(zhǎng)介于1~10mm的電磁波，毫米波雷達(dá)則指工作在毫米波波段的雷達(dá)。毫米波的波長(zhǎng)介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)。使用在汽車上時(shí)其抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，可以滿足車輛對(duì)全天氣候的適應(yīng)性的要求。并且毫米波本身的特性，決定了毫米波雷達(dá)傳感器器件尺寸小、重量輕等特性，彌補(bǔ)了攝像頭等傳感器的缺點(diǎn)，使得其在車載應(yīng)用方面有著很大的優(yōu)勢(shì)。

目前國(guó)內(nèi)外主流汽車毫米波雷達(dá)頻段為24GHz（用于短中距離雷達(dá)，15-30米）和77GHz（用于長(zhǎng)距離雷達(dá)，100-200米）。這類應(yīng)用在歐美日汽車已經(jīng)普及化，目前這些地區(qū)幾乎所有的汽車均開始配備汽車毫米波雷達(dá)傳感器，其中包括汽車防撞雷達(dá)、汽車盲區(qū)檢測(cè)雷達(dá)等。

普通雷達(dá)里最牛的可謂是毫米波雷達(dá)了，可是即便如此，卻仍然存在著精度低、可見范圍短的特點(diǎn)。而這兩個(gè)缺陷放在自動(dòng)駕駛中，卻差之毫厘謬以千里，極易引起事故。因此在這樣的背景下，升級(jí)版就應(yīng)運(yùn)而生——激光雷達(dá)。

激光雷達(dá)也叫Lidar，就是激光（Laser）與雷達(dá)（Radar）的集合。其實(shí)大家對(duì)它也不見得陌生，在很多無人駕駛汽車在道路上進(jìn)行行駛實(shí)驗(yàn)時(shí)，車頂上都會(huì)架一個(gè)看上去和攝像頭差不多，但是會(huì)一直在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)的“小罐子”，那通常就是激光雷達(dá)了。

激光雷達(dá)一般分為脈沖式和連續(xù)波式兩種。脈沖式激光雷達(dá)利用時(shí)間間隔來計(jì)算相對(duì)車距；而連續(xù)波激光雷達(dá)則通過計(jì)算反射光與反射光之間的相位差得到目標(biāo)距離。具體來說，激光雷達(dá)的技術(shù)點(diǎn)是：飛行時(shí)間（TOF，TIme of Flight）。當(dāng)雷達(dá)發(fā)射激光以后，在遇到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生折返，返回的光束通過雷達(dá)內(nèi)部接收器進(jìn)行分析，最終通過折返時(shí)間和測(cè)量信號(hào)在處理器進(jìn)行處理，從而生成精準(zhǔn)的3D地圖，對(duì)周圍的環(huán)境特征進(jìn)行再還原。

簡(jiǎn)單的舉例來說，毫米波雷達(dá)可以發(fā)現(xiàn)路邊障礙，但只能“看到”模糊形體，而厘米級(jí)精度的激光雷達(dá)則可以在極短時(shí)間內(nèi)清楚區(qū)分出障礙是路肩還是斜坡，若自動(dòng)駕駛汽車斷定是斜坡后，就可以做出安全開上車道的決策。這種精度對(duì)上路行駛的全自動(dòng)駕駛汽車而言，可以更加接近100%安全。

那么也許很多人會(huì)問，為什么我們不去大力發(fā)展全激光雷達(dá)呢？其實(shí)原因很簡(jiǎn)單，一個(gè)字，貴！比如谷歌所使用的是一款美國(guó)Velodyne公司出品的激光雷達(dá)，64線為8萬美元、32 線為4萬美元，要知道一輛Audi TT、BMW Z4的價(jià)格也才4萬多美元，而這一個(gè)雷達(dá)甚至可以買下一臺(tái)GTR（當(dāng)然是在美國(guó)了），如果要量產(chǎn)使用，那成本究竟得多少呢？

因此激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)相比，二者有所長(zhǎng)，也有所短。針對(duì)汽車上所使用的各類傳感器，下面的表格給出了更加直觀的比較：

不過千難萬險(xiǎn)，也抵擋不住勞動(dòng)人民勤勞的雙手和智慧的大腦。既然自動(dòng)駕駛是大勢(shì)所趨，而激光雷達(dá)作為“眼睛”這樣一個(gè)核心的部件，降低成本勢(shì)在必行。主要的一個(gè)解決技術(shù)是“固態(tài)化”。這個(gè)概念的解釋可以借用機(jī)械硬盤與固態(tài)硬盤 SSD 的對(duì)比：機(jī)械硬盤內(nèi)部機(jī)理是基于機(jī)械旋轉(zhuǎn)來讀寫數(shù)據(jù)，體積大而笨重；而固態(tài)硬盤內(nèi)部沒有機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，所以體積小穩(wěn)定性高。所以“固態(tài)”激光雷達(dá)也可以理解為基于電子部件，無機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件的激光雷達(dá)。

成立于 2012 年的激光雷達(dá)初創(chuàng)企業(yè) Quanergy 就是固態(tài)激光雷達(dá)的先驅(qū)者之一。該公司在16年初的CES消費(fèi)電子展上發(fā)布了“世界第一款面向自動(dòng)駕駛汽車的固態(tài)激光雷達(dá)”，未來計(jì)劃將激光雷達(dá)產(chǎn)品的價(jià)格削減至250美元左右；來自以色列的Innoviz，計(jì)劃今年內(nèi)在原型樣機(jī)上進(jìn)行增強(qiáng)，而2018年有望開始生產(chǎn)專為自主駕駛車輛設(shè)計(jì)的100美元級(jí)的固態(tài)激光雷達(dá)，等等。

許多這樣的激光雷達(dá)創(chuàng)業(yè)公司如雨后春筍般頻頻冒出，而這樣的發(fā)展趨勢(shì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都將存在，特別是市場(chǎng)對(duì)價(jià)格低廉、性能出色產(chǎn)品的需求不斷增長(zhǎng)，都將有利于加速激光雷達(dá)早日實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)的目標(biāo)。未來的市場(chǎng)將會(huì)百花齊放，激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)之間以彼之長(zhǎng)補(bǔ)己之短，更好的為行車安全保駕護(hù)航。

那么擦亮了“汽車之眼”后，自動(dòng)駕駛離我們還有多遠(yuǎn)呢？也許很快就會(huì)有答案了。