自特斯拉正式入駐中國以來，自動駕駛成了大熱的議題。那么什么是真正的自動駕駛呢？

國際自動機工程師學會（SAE）給自動駕駛的級別給到了定義。SAE J3016標準將自動駕駛分為L0到L5六個等級。以下是這6個等級的定義。

SAE自動駕駛分級 / SAE

特斯拉仍處于L2.5級別，但特斯拉打算直接跨入L4。目前的大部分自動駕駛汽車的研發進展仍處于L3到L4階段，這其中少不了智能駕駛傳感器的協助。

自動駕駛中的傳感器一般由視覺系統，激光雷達，毫米波雷達和輔助傳感器組成。其中視覺系統采用多攝像頭組合，覆蓋多種光照和氣候條件，并獲取基本的RGB信息，檢測識別明顯的信號燈，警示牌等物體。而激光雷達則負責距離檢測，并高精度識別目標的三維信息。毫米波雷達則用于獲取復雜環境下的物體狀態。輔助傳感器有GPS，RTK和麥克風等，對位置和距離進行一個大概的輔助測量。

而這些智能駕駛傳感器中，關鍵的當屬激光雷達。

激光雷達市場趨勢

攝像頭價格基本在200美元以下，而毫米波雷達則低于150美元，但激光雷達的價格則高至8000-30000美元。據市場研究機構Grand View Research的報道統計，預計全球激光雷達市場規模可至29億美元，復合增長率達17.9%。而中國車載激光雷達的市場規模預計在2021年超過6億元。

雖然特斯拉并不打算在自己的智能駕駛系統上加裝激光雷達，但這并沒有影響其它車廠這樣做的決心。國外做激光雷達的企業起步早，其中領頭并量產的就是Velodyne和Ibeo。福特投資了Velodyne和Argo AI，旨在打造自己的一套智能駕駛系統。Ibeo則與Valeo合作，在奧迪A8上實現了第一款量產L3汽車。國內的企業也在迎頭趕上，其中禾賽科技，北科天繪和速騰聚創等都在研發固態激光雷達。谷歌出身的Waymo也在去年推出了性能優秀的自研雷達。

國內外車載激光雷達廠商

激光雷達分類

激光雷達按照有無機械件可以分為三種，一是機械激光雷達，二是固態激光雷達，三是混合固態激光雷達。如今市面上很多圓柱狀的激光雷達都是機械激光雷達，為了達到360°的水平視場角，需要有控制激光發射方向的機械部件。而固態激光雷達采用相控陣列，Flash和MEMS等技術，雖然只有電子部件，但大多只能實現120°的水平視場角。

現在很多廠商都采用了混合固態的方案，混合固態激光雷達用MEMS掃描鏡的微動鏡面來調整激光方向，將機械結構集成到內部，從而實現更大的水平視場角。

接下來我們就從激光雷達來分析一下L3和L4這兩個等級的自動駕駛方案。

不完整的L3

奧迪A8L / Audi

第四代奧迪A8是第一款達到L3級別的量產車。而L3智能駕駛中有兩個典型功能，一是交通擁堵協同駕駛（TJP），用于高速公路上的擁堵情況，時速在0到60km/h時自動跟車。二是高速協同駕駛（HWC），用于高速公路上全速駕駛，在時速60km/h以上也能自動駕駛。但實際上奧迪A8的的L3級別功能并不完整，HWC功能并不能實際落地，個中緣由還是法律法規的缺失。

Scala激光雷達 / Valeo

但無論如何這是這款車仍是邁向L3自動駕駛的一大步，它所采用的正是法雷奧（Valeo）的Scala一代機械激光雷達。該雷達采用了旋轉鏡的技術，將水平視場角做到了145°，垂直視場角做到了3.2°，并選用了905nm的激光波長。而正在研發中第二代Scala激光雷達，能將垂直視場角提升至10°，并將分辨率改進至0.6°。

不完善的L4

因為許多法律和技術上的原因，不少廠商考慮跳過L3，直接往L4的方向研發。在廣汽研究院智能技術部部長郭繼舜的一次演講中，他提到L4的自動駕駛依然面臨著以下四大挑戰。

廣汽研究院

盡管如此，不同廠商仍在實現L4自動駕駛的路上研發自己的激光雷達產品。我們可以來對比其中幾個方案。

Waymo

第五代Waymo駕駛系統/Waymo

Waymo是Alphabet（谷歌母公司）旗下的自動駕駛汽車項目公司，也是目前領跑的激光雷達制造商之一。如圖是Waymo的第五代自動駕駛系統，車頂有360°FOV的激光雷達，視覺系統和毫米波雷達，而車前和車后都是近距離激光雷達+近距離視覺系統+毫米波雷達的組合。而Waymo在去年推出了對外的自研激光雷達Honeycomb。

Honeycomb激光雷達 / Waymo

該激光雷達提供水平360°高分辨率顯示，車輛上還可以加入攝像頭進行補盲，并引入HDR和熱穩定性以應對復雜環境，配以毫米波雷達后視野更遠，并提供大范圍的高分辨率顯示。雖然這款自研的激光雷達是一款短程激光雷達，但Waymo聲稱他們下一代的激光雷達探測距離將達到300m。

Honeycomb激光雷達擁有優秀的視野范圍：最高95°的垂直視場角和360°的水平視場角，遠超市面上大部分機械激光雷達。當Honeycomb發出光脈沖時，它不僅識別激光束觸及的首個物體，甚至可以識別至多4個激光范圍內的物體（比如同時識別樹葉和樹枝），所以環境識別細節程度很高。同時它的最小測量距離為零，所以更容易檢測并躲避近距離的物體，可編程特性則讓其能適應各種應用場景。

Velodyne

Alpha Prime激光雷達 / Velodyne

上圖是Velodyne 的激光雷達Alpha Prime。它的水平視場角同樣能夠達到360°，而垂直視場角可以達到40°（-25°~+15°），對于10%反射率的目標探測范圍在220米以上。該雷達采用了903nm波長的激光，也通過了Class1人眼安全認證。

值得一提的是，該激光雷達對低反射物體有著極佳的遠距離檢測，比如輪胎，暗色車輛，瀝青路和行人等。因此可以用于市區和高速等一系列復雜環境。

Velodyne也有著短距廣視場角的激光雷達方案，其VelaDome雷達就可以做到180°x 180°的FOV，最小偵測距離可至0.1m。

禾賽科技

PandarQT激光雷達 / 禾賽科技

禾賽科技是國內的一家激光雷達制造商，PandarQT是一款64線的短距機械激光雷達。該激光雷達不僅擁有機械激光雷達水平視場角360°的優勢，更是將垂直視場角做到了104.2°（-52.1°~+52.1°）。但該激光雷達主要用于短距的測遠，20%的反射率下擁有30m的測量范圍。

因為該雷達發射的激光線束可達64線，因此垂直視場角的分辨率（兩相鄰激光的夾角）更小，獲取的目標數據更多。

覽沃科技

Horizon 激光雷達 / Livox

覽沃科技（Livox）是從大疆內部孵化的激光雷達公司，專為自動駕駛和工業制造提供激光雷達方案。今年他們在CES2020上展出了自己的兩款新型固態激光雷達Horizon和Tele-15。Horzion采用了非重復橫向的激光掃描方式，與傳統機械激光雷達相比，擁有更廣的視場覆蓋率。其水平視場角為81.7°，垂直視場角為25.1°。而Tele-15則專為500m的超遠精確探測打造，在15°的FOV下可以實現2厘米的距離進度和0.03°的角度精度。而且這兩款產品也公布了售價，分別為6499元和9000元，遠低于傳統機械激光雷達。

速騰聚創

RS-Ruby 激光雷達 / 速騰聚創

速騰聚創的多款激光雷達產品都采用了混合固態激光雷達的方案，不同的是，他們將水平視場角做到了360°。比如上圖這款128線的激光雷達RS-Ruby，內部128個激光源旋轉的同時也在發射線束，從而實現了360°的水平FOV，垂直FOV也做到了40°（-25°~15°）。

該公司也有著短距補盲的激光雷達RS-Bpearl，將垂直視場角提升至90°，最小偵測距離小于10m。這兩者組合成了全新的Robotaxi環境感知方案。

對比了以上國外和國內的激光雷達方案，激光雷達中的關鍵參數已經很明晰了。更大的垂直視場角能提供更大的測量范圍，但低分辨率能提供更準確的視野信息。與此同時探測范圍，激光回波模式和強度也是實現高精度高實用性的關鍵因素。高功率的激光意味著更加遠的探測范圍，激光雷達的常用波長在850到905nm范圍內，但若是提高激光功率，很可能會對人眼造成傷害，這也是為什么激光雷達也需要通過FDA或CFDA認證的原因。也有的激光雷達采用1550nm波長的激光，這樣可以避免對人眼造成傷害，但這種波長的激光需要特殊的激光源制作材料，而且大功率下可能會損壞相機里的傳感器。

機械激光雷達雖然可以輕易實現360°的水平視場角，但成本較高體積較大。而反觀固態激光雷達，雖然量產優勢較大，但往往需要在車身上固定多個才能實現機械激光雷達的水平覆蓋范圍。所以目前許多廠商都在研究混合固態的激光雷達方案，但考慮到內部元件過車規的難度較大，所以未來可能機械激光雷達仍會占據一段時間的主流市場。

盡管L4自動駕駛依然沒有短期落地的趨勢，許多激光雷達廠商也只是與一些汽車制造商和互聯網公司開展試駕活動，因為從L3到L4，激光雷達的功率，安全性，魯棒性等都是需要解決的難題。但L4并非離我們遙不可及，國家發改委也于今年發布了《智能汽車創新發展戰略》，我們國家的戰略路線和歐美國家有一定差異。國外追求的是先實現產品落地，而我們則是先實現車路協同。

有了相關法定和新基建輔助，激光雷達仍需通過一系列車規標準，這對自動駕駛系統中的其它傳感器也有著較高要求，不僅僅針對激光雷達。而與激光雷達配合的圖像識別算法也是自動駕駛中需要進一步優化的技術。待得L4的自動駕駛徹底落地后，我們還有L5這座大山橫亙在面前，那時候激光雷達市場想必又是另一幅光景了。

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