自動駕駛汽車驅動激光雷達市場快速增長

汽車激光雷達（LiDAR）故事始于一項比賽。自2004年起，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）開始組織一項大型無人車挑戰(zhàn)賽，旨在鼓勵開發(fā)自動駕駛汽車。2005年，激光雷達及傳感器融合技術成為贏得挑戰(zhàn)賽的利器，美國斯坦福大學Stanley自動駕駛汽車車頂安裝了多個德國西克（Sick）出品的激光雷達，并將激光雷達與攝像頭數(shù)據(jù)融合，用來構建周圍環(huán)境的三維地圖，最終戰(zhàn)勝強勁的競爭對手（卡內基·梅隆大學）而奪冠。2007年，激光雷達進一步滲透，完成挑戰(zhàn)賽的六輛車中有五輛都在車頂安裝了激光雷達。從此，激光雷達成為許多公司制造自動駕駛汽車原型的標配！可見，汽車制造商已經(jīng)對這項傳感技術表現(xiàn)極大的興趣。自動駕駛汽車發(fā)展正在加速，領導廠商也逐步顯現(xiàn)！

受到DARPA無人車挑戰(zhàn)賽的啟發(fā)，為了促進中國自動駕駛技術的發(fā)展，中國一批有志之士在2009年6月4日促成了第一屆“中國版DARPA挑戰(zhàn)賽”——中國智能車未來挑戰(zhàn)賽。首屆比賽由國家自然科學基金委主辦、西安交通大學承辦，地點在西安浐灞生態(tài)區(qū)。湖南大學、西安交通大學、上海交通大學、北京理工大學、清華大學、意大利帕爾瑪大學等國內外七所大學的無人駕駛汽車同臺競技，展示了中國自動駕駛最前沿的科技魅力。

在自動駕駛產(chǎn)業(yè)化方面，（1）互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)：Alphabet（谷歌母公司）旗下Waymo現(xiàn)在擁有600多輛汽車，成為自動駕駛領域不可忽視的重量級玩家。同時，隨著Waymo開始向捷豹路虎和菲亞特－克萊斯勒集團訂購的82000輛車陸陸續(xù)續(xù)交貨，Waymo的領先優(yōu)勢將會進一步被擴大。（2）汽車制造商：自2017年以來，奧迪（Audi）已將法雷奧（Valeo）的激光雷達集成到A8車型之中，A8是全球首款量產(chǎn)的Level 3級自動駕駛汽車。令人高興的是，激光雷達還已擴展至其它車型，如Q8、A7和A6。



激光雷達生態(tài)系統(tǒng)（2018 vs． 2021）：哪些汽車集成激光雷達方案？

激光雷達的應用正在按計劃實施，其它汽車制造商已宣布或計劃將激光雷達技術整合到未來的汽車之中。據(jù)麥姆斯咨詢報道，寶馬（BMW）與Innoviz展開合作，計劃在2021年將基于MEMS微鏡的激光雷達集成于汽車，表明固態(tài)技術將逐漸取代機械掃描技術。在互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)方面，Waymo并不孤單，因為百度（Baidu）、優(yōu)步（Uber）、Lyft等也加入了自動駕駛戰(zhàn)局。隨著上述企業(yè)的快速發(fā)展，預計到2021年，自動駕駛汽車的總量將達到44000輛。與此同時，激光雷達市場也因此受益，預計將從2018年的13億美元增長到2024年的60億美元。其中，汽車應用占據(jù)激光雷達市場的70％份額。


2018～2024年激光雷達（LiDAR）市場預測

大規(guī)模投資表明業(yè)界對自動駕駛的高度期望

自2016年以來，對激光雷達技術的大規(guī)模投資連綿不斷，已經(jīng)超過10億美元。這表明業(yè)界對激光雷達及自動駕駛功能產(chǎn)生了極大的興趣。按照光束操縱方式分類，MEMS激光雷達吸引了大多數(shù)投資，其次是光學相控陣（盡管2016年之后該技術獲得的投資大幅下降，但是仍然排名第二）。現(xiàn)在，MEMS和Flash技術似乎更受到激光雷達制造商的青睞。這兩項技術前景廣闊，應該迅速推向市場：寶馬將于2021年推出集成MEMS激光雷達的自動駕駛汽車；大陸集團（Continental）正在推動Flash激光雷達進入汽車。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，大多數(shù)激光雷達制造商正在使用波長為905nm的光學元件，因為與1550nm的光學元件相比，它們的成本更加合理，所以獲得大量采用。邊緣發(fā)射激光器（EEL）和905nm雪崩光電二極管（APD）是目前開發(fā)激光雷達的典型組件。其它組件也有采用，如垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）、單光子雪崩二極管（SPAD）和硅光電倍增管（SiPM）。然而，由于需要投入時間和資金來提升組件性能并降低成本，因此，其它組件預計將在下一代激光雷達產(chǎn)品中應用。如今，激光雷達制造商越來越多，其中大部分都是針對汽車行業(yè)。但并不是所有廠商都有生存空間，因此有些廠商不得不改變它們的目標領域，由汽車轉向風能、測繪、工業(yè)和安防領域。

2018～2025年汽車激光雷達技術路線圖

其它類型傳感器是否與激光雷達競爭？

自動駕駛汽車使用多個激光雷達來映射車輛周圍環(huán)境。采用激光雷達似乎是提高汽車安全系統(tǒng)可靠性和冗余度的必要條件，也是實現(xiàn)更高等級自動駕駛的先決條件。因此，汽車制造商正致力于將“攝像頭、毫米波雷達和激光雷達”這三種傳感器集成到SAE L3級及以上的汽車中。但是，這種集成需要時間，并且極具挑戰(zhàn)性。激光雷達和其它類型傳感器產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，對計算單元的處理分析能力是一大挑戰(zhàn)。


美國汽車工程師學會（SAE）的自動駕駛等級及汽車傳感技術

與此同時，其它類型傳感器也在改進。車載攝像頭的分辨率及相關圖像處理技術正在提升；毫米波雷達也發(fā)展到4D雷達，可以實現(xiàn)高清點云成像功能；基于微測輻射熱計的紅外熱像儀也可滿足汽車安全系統(tǒng)的冗余需求。與激光雷達相比，這些傳感器的成本并不高，并且價格在迅速下降中，因此為替代激光雷達提供了機會。

汽車制造商可能認為在高度自動駕駛時才會使用激光雷達，而在SAE L3級以下應用只需采用攝像頭和毫米波雷達的組合。因此，激光雷達將主要被高端ADAS和自動駕駛汽車采用，并且自動駕駛汽車是改變激光雷達產(chǎn)業(yè)的重要力量。自動駕駛技術對提高交通效率、節(jié)省資源、減少污染、降低事故發(fā)生率、改善交通管理具有重要意義。



不同SAE等級汽車及自動駕駛汽車的市場滲透率情況