車東西
作者 |六毛
編輯 | 曉寒
長城汽車想做第一個吃螃蟹的人——在全球率先量產純固態激光雷達！
2020年12月30日，長城汽車舉行智能駕駛戰略升級發佈會。發佈會上，長城汽車表示將於2021年實現中國首個配置激光雷達的自動駕駛。
按照長城汽車的説法，新車使用的將是“全球首款能夠真正量產的車規級高性能、全固態激光雷達。”它採用業內最前沿Flash技術方案，可實現0.05度角分辨率，識別130米範圍內安全隱患，性能是市面上普通無人車機械激光雷達的5倍。
活動現場，長城汽車還直接在演示PPT上打出了“最先進的激光雷達系統”幾個大字，可見其底氣和自信。
長城汽車發佈會現場
汽車行業並不是第一次有車規級激光雷達出現，法雷奧的車規級激光雷達SCALA早在2017年就實現了量產。但另一方面，SCALA仍舊屬於機械式激光雷達，而截至目前車規級純固態激光雷達量產上車目前還是空白狀態。
換句話説，一旦長城汽車承諾兑現，那麼這款激光雷達將真正成為全球首個量產上車的車規級、純固態激光雷達。
那麼，這款激光雷達（ibeoNEXT）到底強在哪裏？它是不是真正的純固態？其工作原理是怎樣的？經過深入研究和對亮道智能CEO劇學銘的採訪，車東西找到了答案。
一、長城要量產全固態激光雷達 識別距離超130米
去年年底，長城汽車專門舉行了一場智能駕駛戰略升級發佈會，在發佈咖啡智駕“331”戰略的同時，還亮出了自己在車載傳感器上的殺手鐧——一款號稱是全球首個全固態、無任何旋轉部件的車規級、高性能激光雷達。
這款激光雷達來自德國激光雷達老牌廠商Ibeo，選裝的是純固態型號NEXT。
長城汽車在發佈會上給ibeoNEXT留出了超過1分鐘的時間，進行專門介紹。
技術方案上，ibeoNEXT選擇的是Flash的技術路線。性能表現方面，它能在1秒內向探測區域發射25.6萬個點；同時得益於其全球最高的0.05*0.07分辨率，搭載它的自動駕駛汽車可以在130米距離外，輕鬆發現散落在地面上的輪胎以及修路用的雪糕筒。
長城汽車智能駕駛總監甄龍豹還表示，除了能夠感知微小的物體，這款純固態激光雷達也能感知車輛、行人、車道線等，讓高等級自動駕駛進行更精確地橫縱向控制（也就是加減速和轉向），從而為駕乘者提供更為舒適的體驗。
有關於ibeoNEXT的技術參數，長城汽車未在發佈會上做更多介紹。不過，車東西通過官方網站和相關產品手冊得到了一些詳細數據。
據ibeoNEXT的產品介紹手冊，這是一款4D純固態激光雷達，可輸出3D距離信息和1D回波強度信息（含置信度數）。
ibeoNEXT
簡單來説，就是ibeoNEXT除了能夠輸出X、Y、Z的三維座標信息，還能夠利用能量信息顯示環境圖像。這個能量信息圖與人們常見的黑白照片/視頻類似，可以和激光雷達的點雲信息配合同步輸出。最後，配合車上的攝像頭等其他傳感器，就能夠形成信息冗餘。
ibeoNEXT也擁有比較優異的分辨率和視場角表現。其水平和垂直分辨率分別為128像素和80像素。視場角、角分辨率和和探測距離則可以根據遠距、中距和短距的不同設計需求來進行調整。
除此之外，它的大小和身份證差不多。相比於傳統花盆底式的機械式激光雷達，ibeoNEXT因為體積小，所以會更容易集成到車上，更多可選擇的安裝位置也方便讓裝了激光雷達的車變得更美觀。
ibeoNEXT
二、如何實現純固態？揭秘背後兩大關鍵技術
從前文可以看出，這款激光雷達的性能和參數都很不錯，那麼最關鍵的問題是，這款雷達到底是不是純固態激光雷達，以及是否享有純固態激光雷達的優點呢？
據瞭解該項目的激光雷達業內人士介紹，該雷達確實是純固態雷達。
首先它採用了Flash方案來發射激光——即同時發射一面光出去（比如幾十束光）來實現探測，不需要任何旋轉部件，這與蘋果新款iPad Pro和iPhone12上的激光雷達原理類似。
普通的機械式雷達，激光束是縱向排列的，通過旋轉來實現掃描一個區域的效果。
這裏需要注意，傳統激光雷達的激光發射器是側向出光，因此激光是豎置排列的。但ibeoNEXT採用了VCSEL垂直腔面發射，所以可組成二微陣列（如下圖），從而做成一個矩形的發射陣列。
ibeoNEXT採用的是連續快閃原理（圖源：ibeoNEXT產品手冊）
當然，Flash也並不是一項完美的技術，因為一次要打出去幾十數百束激光，在激光發射功率一定的情況下，每束激光的能量就會被均攤，進而導致激光的發射距離就會變小，從而影響探測距離。
比如蘋果iPad和iPhone的激光雷達，探測距離只有5米以內，而Ibeo是如何讓這款雷達則實現最遠250米的探測距離的呢？
答案有兩點。
首先，該雷達在Flash方案的基礎上，採用了區域掃描技術。一次只有一個區域在發射激光，這樣就把發射器的能量集中起來了，讓每一束激光都射的更遠。
其次，該雷達使用了SPAD（Single Photon Avalanche Diode，單光子雪崩二極管）來接受反射信號。因為可以探測單光子，所以即使激光發射的距離很遠，反射的信號很弱，也能感應的到。
兩者加起來，就讓這款雷達實現了最遠250米的探測距離（根據反射率不同，探測距離可能更遠），從而解決了Flash方案的距離難題。
並且最關鍵的是，這款雷達的發射端（VCSEL）和接收端（SPAD）設備都已經做成了芯片級部件，再加上一個驅動器和主板，即可做成雷達本體。
最後呢，因為內部沒有了精密的旋轉部件，並且收發端實現了芯片級設計，所以又解決了過車規的問題，以及成本的問題。
正是這些技術的加持，讓長城汽車有了在今年量產ibeoNEXT的底氣。
三、量產項目在2018年正式啓動
一款激光雷達從產品研發、推出到上車量產，並非一蹴而就。亮道智能CEO劇學銘向車東西介紹了長城汽車激光雷達量產項目的緣起、中間過程以及項目的關鍵參與企業。
劇學銘表示，該量產項目的正式啓動是在2018年。但之前，長城汽車、Ibeo和亮道智能已經做了一些討論及鋪墊的工作，另外前期技術積累本身也已經比較久了。
從參與的企業來看，長城汽車、德國老牌激光雷達廠商Ibeo和目前專注於感知開發和測試驗證的亮道智能是這一項目的關鍵參與方。
其中，長城汽車負責系統集成和功能定義，Ibeo充當了激光雷達硬件以及基礎軟件的提供商，亮道智能的任務則是負責本地化開發以及整個激光雷達系統在量產前的測試和驗證。
而據公開信息，Ibeo除了ibeoNEXT，還將為長城汽車提供控制單元和目標感知軟件。當前，Ibeo已委託採埃孚（採埃孚持有Ibeo 40%的股份）來生產傳感器和控制單元。除此之外，長城汽車的控股子公司毫末智行是該項目的具體執行方，換言之，長城汽車的L3級自動駕駛系統是由毫末智行來進行的研發。
再從過程看，ibeoNEXT從產品推出到實現真正的上車量產大概要過四關，分別是硬件就緒、軟件開發、驗證測試以及最後的系統集成。ibeoNEXT目前正處於B樣階段。而按照功能設計，我們今年就會在長城汽車WEY的旗艦車型上看到三個ibeoNETX純固態激光雷達：一個長距ibeoNEXT，兩個安裝於兩側的ibeoNEXT。這三個純固態激光雷達將幫助這款車在高速公路實現L3級自動駕駛。
除此之外，針對車東西提出的針對高速道路場景調校的激光雷達，是否可以直接拓展至城市道路環境這個問題，劇學銘也分享了自己的看法。
在他看來，大家現在對激光雷達寄予了很高的期待，但認為一輛車裝上激光雷達之後就能克服所有工況，這是不現實的。
一方面，需要根據自動駕駛應用的具體場景和所需的感知能力，去選擇相應的傳感器（包括激光雷達在內）配置方案。另一方面，不同的場景應用，對測試和驗證的要求也存在差異。
談及針對於激光雷達系統的智能化測試驗證，劇學銘表示現在國內和國外，這都屬於比較稀缺的資源。但是要實現激光雷達量產，測試驗證又是不必可少的環節。
“一個硬件真正要進行量產供應的話，那在汽車行業裏面要遵守一個V模型的開發，V模型左半邊是這個產品具體的定義開發，右側是大量不同級別的測試驗證的工作。”劇學銘在採訪時説道。
結語：激光雷達行業邁入發展快車道
國內外激光雷達產業正在加速發展，激光雷達企業扎堆上市是這其中非常典型的一個表現。截至目前，Velodyne、Luminar已先後完成上市，禾賽科技提交了招股書，此外，Quster、Aeva、Innoviz等公司也表現出了上市的意願。
與此同時，激光雷達產品開始邁入上車量產前夜。除長城汽車外，宣佈了要在今年量產激光雷達的至少還有一個小鵬汽車。
整個汽車行業正頭也不回地邁向智能化和數字化。而在這行業浪潮當中，位於下游的激光雷達產業也將迎來一個全新的階段。
本文來源於汽車之家車家號作者，不代表汽車之家的觀點立場。