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23%美国人不敢坐的Uber无人车,这些公司在做它的“眼睛”

摘要本文看点:①激光雷达是如何发展起来的?②激光雷达在无人车技术中的作用是什么?③激光雷达的种类有哪些?优缺点分别是什么?④目前激光雷达领域有哪些具有代表性的公司?
23%美国人不敢坐的Uber无人车,这些公司在做它的“眼睛”图片来自“视觉中国”

Uber无人车最近挺火。

2016年9月14日,Uber无人车正式向公众开放。来自匹兹堡的1000名Uber“忠实用户”体验了Uber的无人车服务。

然而,美国密歇根大学同日公布的一项研究结果则表明,约23%的美国人明确表示自己不会乘坐无人驾驶汽车。

就在不久之前,Instagram用户“evelab”在旧金山拍到了一辆正在路上跑着的Uber无人驾驶车。旧金山成为Uber无人车与Google无人车的第一个正面赛场。

23%美国人不敢坐的Uber无人车,这些公司在做它的“眼睛”

加州是对无人车路测比较严格的州,然而似乎Uber在加州也拿到了测试拍照。

“我们不清楚这辆车正处于无人驾驶测试,还是有驾驶员开着。Uber并没有宣布在旧金山有了路测牌照,”美国《财富》网站在2016年9月4日这样报道,“但是看起来车顶的激光雷达正处于激活状态,它在不停地进行360度扫描。”《财富》暗示人们,Uber或许又开始做“非法”的事情了。

《财富》网站所说的激光雷达,就是照片中Uber无人车顶上那个类似全家桶的罐子,是分辨一辆车是普通车还是无人驾驶汽车的标志。激光雷达是无人车的“眼睛”,无人车要看得见,必须得靠它。

事实上,早在十年前,激光雷达就已在无人车上大显身手。

这事儿要从世界上第一场无人驾驶汽车挑战赛说起。2004年3月13日,这场比赛在美国西南部莫哈韦沙漠举行,美国国防部高级研究计划局(DAPPA)在沙漠中铺设了240公里长的赛道,从加州的巴斯托一直延伸到内华达州的普里姆。

然而,参赛的无人车军团全军覆没,没有一支车队开完全程,参赛车辆不是抛锚就是被撞坏。DAPPA宣布一百万美金的奖金轮空,来年再战。

第二年,来自斯坦福大学的团队,率先在无人车“Stanely”上使用激光雷达作为传感器,一路顺利披荆斩棘走到终点,并夺得冠军。两年的奖金加在一起,斯坦福的无人车团队拿了两百万美金。

不是所有人都知道这辆Stanley的历史性意义。斯坦福大学孕育了后来我们耳熟能详的无人车领域大牛,比如,被称为“无人车教父”的塞巴斯蒂·安特龙(SebastianThrun)。

更重要的是,这辆Stanely拿到冠军,正是使用了激光雷达作为传感器——这是激光雷达在无人车上的首次使用。

无人车没有驾驶员,想要看得见,必须采用传感器。目前,无人驾驶传感器的主流解决方案就是激光雷达。比如前文提到的Uber无人车,以及Google无人车,采用的传感器都是激光雷达。

激光雷达依靠激光遇到障碍后的折返时间,计算出相对距离,生成物体的3D轮廓,画出汽车周围环境的高精度地图,精度可达到厘米级。一枚激光雷达可以做到360°发射激光,从而达到360°扫描周围环境的效果。比如像下图这样:

23%美国人不敢坐的Uber无人车,这些公司在做它的“眼睛”

随着无人车越来越火热,传统车企们也开始进入激光雷达的赌局。2016年8月,福特宣布投资激光雷达界的顶梁柱Velodyne。福特的首席技术官拉什·奈尔(RajNair)说:“我们将激光雷达视为关键。激光雷达具备强大的传感能力,可以作为雷达和摄像头的有益补充。”福特的全自动无人车正在研发,预计2021年推出。

但也有人不相信无人车必须要用激光雷达,比如特斯拉的CEO伊隆·马斯克(ElonMusk)。

“总之我不是激光雷达的粉丝。”2015年10月,在某次媒体公开见面上,CEO伊隆·马斯克(ElonMusk)说道:“我不认为大家需要激光雷达……你可以用摄像头加上一个前置雷达来实现一样的效果。我认为这样的组合(摄像头加前置雷达)完全可以替代激光雷达。”

马斯克说的前置雷达其实就是毫米波雷达。毫米波雷达和激光雷达的区别在于载波波长不同,毫米波雷达比激光雷达精度低、可视范围的角度也偏小,但毫米波雷达和摄像头这一对的组合,成本上远低于激光雷达。

事实上,大部分传统车企(如宝马、福特等)在自动驾驶这件事上,是用摄像头加毫米波雷达的组合的。和无人驾驶不同,自动驾驶必须有驾驶员在场,属于更低级别的智能驾驶。特斯拉的自动驾驶也是采用的摄像头加毫米波雷达。马斯克对激光雷达做出这样的判断,或许有自己的出发点。

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激光雷达目前的瓶颈就是一个字:贵。举个例子,Google无人车目前使用的激光雷达,售价高达8万美元。

要想把激光雷达成本压下去,无非通过三条路:

第一,用没那么好的激光雷达。比如用低线数激光雷达,配合其他传感器,组成低成本的感知系统。激光雷达的线上都是探测点,线越少代表着探测点越少、越不精准,同时成本更低。然而,低成本的感知系统意味着对无人车本身的计算能力有更高的要求。

第二,把产量提上去实现规模效应。2015年年初,激光雷达的主要厂商Velodyne宣布接到了福特激光雷达的大订单。总裁麦克·耶伦说,“如果一次性大量购买VLP32(注:Velodyne的一款新激光雷达),比如说,100万台,那么这款激光雷达的单品售价会降至350~500美元之间。”然而,事实上,整个2015年,Velodyne出货量不到5000台。在无人车普及之前,看上去这条路也行不通。

第三,用一种叫做固态激光雷达的东西。激光雷达中,最昂贵的成本是机械旋转部件,如果把这个部件替换为电子设备,就是固态激光雷达——这似乎是一条可行的路。

机械式的激光雷达,带有旋转部件,水平视角能够达到360°。而固态式的激光雷达,没有旋转部件,水平视角小于180°。一个雷达不够,多加几个就行了,可视范围也能一样。

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固态激光雷达的出现,能一次性解决两个问题:体积和成本。机械式激光雷达的旋转机械部件又贵又占地方。而固态激光雷达抛弃机械部件,转用电子扫描代替,因而体积更小,更易在车内集成,并且成本更低。举个例子,美国新兴激光雷达公司Quanergy开发的固态激光雷达,计划2017年底量产,媒体公开材料上说,单个售价仅250美元。

在激光雷达的版图上,原本只有一些老牌公司如瑞士Leica致力于为飞机制作激光雷达。感谢无人车市场的蓬勃兴起,一些针对无人车的激光雷达企业应运而生,比如:美国的Velodyne、Quanergy、TriLumina、德国的Ibeo、以色列的Innoviz、加拿大的LeddarTech。

而中国本土的激光雷达企业,与国外相比在技术上仍有较大差距,拥有核心技术的不多。限于技术难点和硬件成本高,多数企业主要代理生产,或者“贴牌”生产。总体来说,国产低精度的激光雷达在无人驾驶这类高端市场动静不大,反而在扫地机器人这类中低端市场取得了突破。

深蓝选择了国外的一些代表性新兴激光雷达企业,作为盘点与大家分享。这些企业都拥有成熟的激光雷达产品,或者是能提供相对先进的激光雷达技术。

Velodyne

在激光雷达领域,Velodyne最资深。2007年第三届无人车挑战赛最终完赛的6支车队中,有5支使用的是Velodyne生产的64线激光雷达,包括最终的冠亚军卡内基梅隆大学车队与斯坦福车队。

Velodyne老本行其实是做专业音响。2016年年初,激光雷达这条业务线剥离出来,自成VelodyneLiDAR公司,目前有包括Velodyne16、32、64线雷达三个系列,已与25个不同的无人驾驶汽车项目合作。

福特汽车公司与Velodyne的合作已超过10年,在2016的CES展览上,Velodyne借福特的展台展示了他们最新的产品:新型固态混合激光雷达Solid-StateHybridUltraPuckAuto。这项产品的尺寸与之前16线的差不多,但线数翻倍,可以满足大多数无人驾驶场景的要求。

在融资方面,2016年8月16日Velodyne宣布获得由福特与百度的总金额为1.5亿美元联合投资。Velodyne创始人大卫·海尔(DavidHail)说到,VelodyneLiDAR将把资金主要用于研发下一代无人驾驶技术所需的激光雷达——这款产品或许就是固态激光雷达。

至于关键的价格问题,Velodyne亚洲区市场总监翁炜2016年8月初在自动驾驶汽车开发及测试技术研讨会上承诺:“如果明年能拿到一百万订单,我立刻就可以给到500美金的单价。”

Quanergy

这家位于硅谷中心地区桑尼维尔市的初创公司成立于2012年年底。虽然只有三岁,却造出了全球第一款固态激光雷达。

这款产品S3在2016年年初的CES上首次亮相,尺寸与Velodyne产品差不多。不同的是,Quanergy取消了昂贵的机械旋转形式,售价仅为200美元,和Google所用的8万美元的激光雷达相比,简直是白菜价。并且QuanergyCTO杰夫·欧文斯(JeffOwens)表示,S3的价格还有下降空间,未来会低于100美元。

Quanergy固态激光雷达的关键技术“相控阵激光雷达技术”,正是创始人罗伊·艾尔达达(LouayEldada)在哥伦比亚大学的博士研究课题。而另一位创始人于天越来自中国,曾是光伏企业Nanosolar的首席科学家。

在融资方面,2015年Quanergy获得全球最大汽车零部件供应商之一德尔福(Delphi)的战略投资,后者收购了Quanergy的部分股权。2016年8月,Quanergy获得了9000万美金新一轮融资,由森萨塔科技(SensataTechnologies)领投,德尔福、三星风投等多家公司跟投。

与Quanergy有大量合作事宜的企业目前已有如下这么多:谷歌、苹果、IBM、博世、奥迪、福特、戴姆勒等。

Innoviz

这家成立于2016年初的以色列初创公司,目标是造出价格在100美元以下的固态激光雷达。

为了实现相比市场价格800倍的成本紧缩,Innoviz计划削减激光雷达的构成部件。这款终极产品将会非常小,体积是Velodyne64线雷达体积的百分之一。

2016年国际消费类电子产品展览会(CES)上,Innoviz的CEO奥米尔·凯拉夫(OmerKeilaf)接受电气电子工程师学会(IEEE)采访时说到:“2016年底Innoviz将推出一成本较高、体积较大的过渡产品。Innoviz将于2017年将成本压缩成250美元,而100美元的终极版本有望于2018年年中发布。”

Innoviz于2016年8月8日完成了一笔900万美元的A轮融资。投资方之一有“以色列比尔·盖茨”之称的企业家左哈尔·齐赛佩尔(ZoharZisapel)。

Innoviz的三位联合创始人:CEO奥米尔·凯拉夫、研发VP奥伦·罗森茨魏希(OrenRosenzweig)以及CTOAmitSteinberg,都曾服役于以色列国防军情报机构的精英技术部门——这在以色列的科技创业中,是一个典型例子:以色列国防军精英部门的军人在接受战场的洗礼之后出来创业。

CEO凯拉夫在创立Innoviz之前,曾带领团队研发了世界上第一款应用在手机上的手持分子传感器,这款产品被福布斯评选为“2014年五大创新技术”之一。

LeddarTech

LeddarTech成立于2007年,脱胎于加拿大国家光学与光子学研究所。LeddarTech持有专利传感器技术,可为激光雷达提供先进的探测与测距系统。

LeddarTech独创了一套算法,可在多种恶劣环境条件下探测环境中的各种物体,同时探测距离较高。此外,光学部件通常不便宜,而在Leddar的设计中,激光雷达传感器削减了部分光学部件的使用,并且采用便宜的红外线做光源,降低了成本。

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LeddarTech商业路线独特。CEO查理斯·布兰杰(CharlesBoulanger)在传感器会展上接受采访说到:“LeddarTech跟别的激光雷达厂商不一样。我们不做适用于所有场景、所有车型的激光雷达。我们只提供技术,卖芯片集。”

2016年中法国汽车零部件供应商法雷奥(Valeo)上门合作,用LeddarTech的芯片集,合作开发号称“最便宜的激光雷达传感器”。

TriLumina

这家位于美国新墨西哥州的初创公司成立于2010年。前身是美国桑迪亚国家实验室,TriLumina为激光雷达提供光源。

TriLumina设计制造的近红外发射器面积虽然只有指甲盖那么大,但可以释放5千瓦的光能,相当于80盏远光灯。并且,它采集到的信息还能快速传回:TriLumina将传输速度提到了每秒10G,相当于普通家庭WiFi速度的500倍。TriLumina的激光器产品VESEL可以同时解决深度遥感与数据传输两大问题,可以帮自动驾驶汽车省下几个激光雷达。上述产品计划将于2017年投入市场。

TriLumina前CEO科克·奥提斯(KirkOtis)曾在2015全球汽车博览会上受采访说到,TriLumina能在未来几年中制造出售价仅为60美元的激光器,相当于目前价格的百分之一。

此外,TriLumina激光器作为一种平台技术,还能拓展到一系列扫描应用场景,如机器人、工业和家庭应用领域的3D深度遥感、通过手势作为人机接口和红外感应等。

在融资方面,TriLumina的资金来源较为多样:除了包括Stage1Ventures、CottonwoodTechnologyFund、SunMountainCapital等在内的风险投资公司外,TriLumina还获得了全球工程机械领域巨头卡特彼勒(Caterpilla)与全球最大汽车电子供应商之一电装公司(Denso)的战略投资。

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