编者按：「新变量」是汽车之心推出的分享智能汽车一线从业者洞察的专栏。以亲历者的视角，带你预见智能汽车发展的关键变量。
特约作者 / 黄远超，微信公众号「激光雷达老炮儿」主理人
编辑 / 汽车之心
「4 颗以下，请别说话。」
随着长城旗下新能源汽车品牌沙龙汽车的一句喊话，在 2021 年 11 月举办的广州车展上，沙龙汽车首款车型机甲龙首次对外亮相，并号称是「全球首款搭载 4 颗激光雷达」的车型。
机甲龙采用的是华为 96 线混合固态激光雷达方案，单颗雷达的探测范围可覆盖横向 120°纵向 25°，4 颗同时启用可实现 360°无视觉死角的全覆盖。
今年 8 月 19 日，沙龙汽车全球首家城市展厅 SAR Space 在成都银泰中心 in99 正式开业，机甲龙也同步亮相。
在这个展厅，我们也得以一窥机甲龙的全貌。
来看看实车照片：
机甲龙从外形看，线条硬朗，个性强烈，搭配大尺寸厚壁的轮胎，尾和车头遥相呼应，造型抢眼。其中，全车最惹人关注的无疑是搭载华为的 4 颗 96 线激光雷达了。可以看到，四颗激光雷达分别分布在了车身的车头下格栅中间位置，车尾处的中间位置，以及侧面车身前翼子板处，这种布置方式直接实现了 360°全景覆盖，说是全球首款将激光雷达覆盖周身的车型一点不为过。可见，长城在该系列车型的投入上是下了真血本。并且，完全嵌入车身结构的安装方式也最大程度上保全了美观度，这得归功于华为在激光雷达小型化方面所做的努力。需要特别留意的，还是激光雷达后续的保养、维修成本问题，毕竟这几个安装位置出现剐蹭、碰撞的概率要远远高于车顶安装方式。正如前不久被曝光出来的小鹏 P5 激光雷达更换费用，价目表显示发生剐蹭事故后小鹏 P5 单颗激光雷达维修价格达到 8916 元，若加上相应的更换及工时费，总费用将超过 9000 元。华为激光雷达产品的研发始于 2016 年，与其他激光雷达公司不同，华为从一开始就选择高难度姿势：高性能、车规级、能大规模量产，而非从传统机械式激光雷达切入。野心勃勃，目标明确，华为的激光雷达剑指整个智能汽车、自动驾驶大赛道。从此前发布会内容来看，华为激光雷达首先要解决实际行驶过程中的主要难点场景，例如：1）近距离加塞。激光雷达由于精确的角度测量能力和轮廓测量能力，可以 2-3 帧确认加塞，百毫秒内做出判断。而毫米波雷达的角分辨率不够，摄像头通常来说需累计多帧，需要几百毫秒才可以确认加塞。2）近端突出物。激光雷达同样可以做出快速判断，而毫米波雷达和摄像头则差点意思。3）十字路口左拐场景。考验激光雷达大角度全视场测量能力，需同时满足大视场和远距测量能力。4）隧道场景。无需多说，出隧道瞬间摄像头弊端明显，激光雷达完美解决。5）地库场景。毫米波雷达由于多径反射性能不佳，光线强弱变化又会影响摄像头的性能，激光雷达的独特优势可以很好弥补。在前不久小鹏 P7 碰撞事故中，摄像头+毫米波雷达这一组合均未识别出前方静止车辆，更不用提及时介入做出规避动作，如果车辆上装有激光雷达，那么悲剧完全可以避免。- 「看得远」：华为激光雷达可以做到 150m@10% 的测距；
- 「看得宽」：该款激光雷达水平 FOV（视场角）为 120°；
- 「看得清」：分辨率可以做到 0.25°×0.26°。
以上参数配置基本可以实现城区行人车辆检测覆盖，并兼具高速车辆检测能力，符合中国复杂路况下的场景。在可靠性方面，华为也下足了功夫，毕竟要过车规，可靠性是第一位。华为 20 年深厚的机电能力积累和 25 亿次电机可靠性测试经验，让其有足够的底气去攀登珠穆朗玛峰。在激光雷达被脏污覆盖的场景下，需要使用智能清洗系统。为了应对行驶过程中的清洗，华为还自主设计了智能清洗风洞系统，模拟在 130km/h 下的清洗能力，然后再测试不同的喷嘴和压力对清洗效果的影响，不断积累宝贵的一手数据，以此调整优化相应功能。在被霜、雾、凝露、薄冰覆盖的场景下，华为配备有智能加热系统，自动触发启动。从上述介绍可以看出，华为做车规级量产激光雷达，不是随便说说，可谓决心满满。至于该车型激光雷达所采用的扫描方案，目前没有明确的公开信息披露，但通过与内部及业内相关人士的交流访谈，再结合外部公开信息，我们可以做出大致判断。我们推测华为装载在机甲龙车型上的激光雷达上大概率会采用的是 MEMS 微振镜技术，理由如下：1）转镜式方案内部存在机械旋转机构，相较而言使用寿命更短，过车规有难度，尤其华为激光雷达才起步不久，核心技术上很难短期突破；2）从公开的专利来看，华为激光雷达在扫描装置相关的专利有转镜式和 MEMS 微振镜式，而 MEMS 激光雷达专利更为完整，转镜式相对薄弱；3）小鹏汽车最早搭载激光雷达的车型小鹏 P5 选择的是大疆 Livox 的激光雷达，采用双楔形棱镜方案，难度比一维、二维转镜方案高，但在最新车型小鹏 G9 上，该方案被抛弃，转而采用了速腾聚创 RS-LiDAR M1 激光雷达，该款激光雷达采用的即是 MEMS 微振镜技术。MEMS 半固态激光雷达是目前最为成熟的半固态激光雷达，也是量产产品的首选。MEMS 微振镜本质上是一种硅基半导体元器件，其特点是内部集成了「可动」的微型镜 面，采用静电或电磁驱动方式，简单讲就是以电机为主的扫描系统 换成 MEMS 驱动的镜片，实现扫描动作。MEMS 作为较为成熟的半导体元件具备大规模生产后成本下降的特性。其优点在于可以减少激光器和探测器数量，极大地降低成本：2）MEMS 微振镜并不是为激光雷达而诞生的器件，它已经在投影显示领域商用化应用多年，供应链较为成熟。缺点也明显，主要是 MEMS 微振镜尺寸较小，对应激光雷达的光学口径、扫描角度，视场角也会变小。如何解决 MEMS 激光雷达视角和探测距离小的问题？华为采用多线程技术。即用多个激光测距组件共享同一个 MEMS 微振镜，每一个或者多个激光测距组件对应于一个反射镜组，反射镜组用于激光测距组件和 MEMS 微振镜之间的光路链接。N 个激光测距组件的出射光束可通过反射镜入射到 MEMS 微振镜上，MEMS 微振镜改变出射光束的方向，实现二维扫描。可以看出，多线程技术能有效提高探测距离和 FOV 等性能，但多激光测距组的运用也会带来体积和成本的上升。关于价格，华为官方宣称要将 96 线激光雷达成本做到 200 美元以内。我们认为，无论采用转镜式还是 MEMS 微振镜技术方案，从目前激光器、探测器、驱动电路等成本来计算，短期要达到 200 美元以内成本还是很困难的。从主要参数包括探测距离、精度和视角来看，基本可以达到中上水平。得益于等效 96 线的激光雷达特性，垂直角精度能做到 0.07°，该项性能行业领先，产品还是拿得出手。至于华为激光雷达目前的进展，目前公开披露的信息很少。最新数据显示，华为从 2016 年开始申请相关专利，截止目前华为激光雷达相关专利累计 87 条（含申请中），信号处理占比较大，超过 60%，其次是激光雷达系统、发射与接收、扫描系统。华为自身具备整套自动驾驶解决方案能力，在应用层面的专利较多。华为激光雷达相关核心专利如下，主要分为三大类：激光雷达系统、发射/接收模块、扫描系统：简单梳理后发现，华为的核心专利主要在扫描系统优化以及在收发端信号提高点云质量。1）在发射接收方面，华为同时发展脉冲激光和混沌激光。设计了混沌激光器，使用不同的发光面降低混沌激光器进入混沌态所需时间；开发了用于激光雷达的脉冲激光器和脉冲削波器，既能满足人眼安全限制，又能达到距离和分辨率要求，同时方案比较廉价。还提出了多种雷达探测方法，能够在不明显提高成本的情况下，提高雷达出点率（即点云密度）且不丢失信噪比；2）在扫描系统方面，同时发展 MEMS 微振镜和转镜方案。转镜方案，将扫描镜分解成多个子转镜，能够解决传统光束扫描装置中体积大、转动惯量大和功耗高等问题，大幅度提高系统空间利用率和稳定性；微振镜方案，采用多线程微振镜激光测量模组的设计，有效提高了激光雷达的性能，提高有效探测距离和 FOV；3）在信息处理方面，华为提出了环境检测方法、信号处理方法、路面要素确定方法、测距方法、车辆定位方法以及不同的处理点云数据的算法，涉及自动驾驶的方方面面。同国内外领先的激光雷达公司相比，华为在专利总数上还不算多。最新数据来看，华为累积激光雷达相关的申请专利数为 87，与国外的 Luminar（228）、Velodyne（354）以及国内的禾赛科技（231）相比仍有一定差距（总数均包含在申专利）。需要注意的是，作为 MEMS 激光雷达的领军企业，Luminar 在专利分布上相对均衡，且在其 MEMS 激光雷达上采用了多项独特技术，主要包括：2）1550nm 大功率光纤激光器，提高探测距离和分辨率；3）高度敏感 InGaAs 铟镓砷材料探测器，支持光纤激光器；另外，Luminar 专利中还包含了对固态激光器等前沿技术的布局。算法层面公也具备与视觉融合、激光雷达信号优化等核心技术。值得一提的是，华为在 7 月 12 日公布了一项名为「一种激光雷达及车辆」的专利，该激光雷达在结构上进行了创新，能够融合两种雷达的特点，同时具有近距探测功能和远距探测功能，同时减小了激光雷达的体积。从结构图可以看到，该激光雷达集成了近距组件和远距组件：- 近距组件能够在短时间内进行大角度探测，因此能够探测较大视场范围内突然出现的目标，适用于近距探测；
- 远距组件具有高解析度的性能，因此能够探测激光雷达前方较小视场范围内的目标大小、行进方向及速度，适用于远距探测，从而使该激光雷达能同时具有近距探测功能和远距探测功能。
近距发射模块的第一光轴和远距发射模块的第二光轴之间的夹角α 满足 10°≤α≤40°时，能够使近距组件和远距组件反射激光不会被相互阻挡，从而在实现激光雷达小型化的同时，保证和提高了距离探测的准确性和有效性。难以兼具近距探测和远距探测功能，是现阶段激光雷达技术面临的诸多关键问题之一，华为此次公布的激光雷达专利给这一问题的解决提供了一个很好的思路。如果能在确保距离探测准确性和有效性的前提下，实现激光雷达体积小型化，那么多线程技术带来的体积增加问题也就随之化解。通过梳理，我们发现华为哈勃投资在激光雷达产业链，尤其是下一代技术革新上，做了积极的投资布局，涉及激光元器件、收发模块、MEMS 传感器芯片、CMOS 图像传感器芯片等，具体而言：（1）在下一代激光发射（VCSEL）与接收（SPAD）架构布局上，华为哈勃投资了纵慧芯光（主要做 VCSE 芯片 L）、长光华芯（VCSEL）、南京芯视界（SPAD）。纵慧芯光：一家创新型光电半导体企业，其量产的 VCSEL 芯片是激光雷达的光源，VCSEL 广泛应用于智能手机、数据通信、激光雷达等领域。纵慧芯片同时也是华为手机 ToF 光源的主要供应商，自有 6 英寸外延产线。长光华芯：也是研发 VCSEL 的企业，已推出距离传感器、结构光（SL）、飞行时间（ToF）三大类产品，标准产品的波长包含 808 nm、850 nm、940 nm 等，是全球少数几家研发和量产高功率半导体激光器芯片的公司。南京芯视界：2020 年 9 月，南京芯视界新增哈勃科技投资有限公司等股东。南京芯视界主营固态激光雷达芯片、大数据中心超高速光电互联芯片及系统解决方案，其产品有单光子雪崩二极管 SPAD（接收器），SPAD 对光具有高敏感度，装配 SPAD 的激光雷达可以准确探测低反射率的物体，例如暗色着装的行人等。（2）在更强大的激光元器件研制方面，与 20、22 年分别投资炬光科技（高功率半导体激光元器件、激光光学元器件，尤其在「产生光子」+「调控光子」领域行业领先）、微源光子（高性能激光器芯片及配套光电模组）。炬光科技：主要从事激光行业上游的高功率半导体激光元器件、激光光学元器件的研发、生产和销售，拥有车规级汽车应用（激光雷达）核心能力，正在拓展面向智能驾驶激光雷达 (LiDAR)、智能舱内驾驶员监控系统 (DMS) 等汽车创新应用场景的车规级核心能力。微源光子：专注于高性能激光器芯片及配套光电模组的研发、生产，核心技术拥有自主知识产权，产品技术在国内有唯一性。据智慧芽数据显示，微源光子主要专注于激光器、窄线宽、增益芯片、光子芯片、激光雷达等技术领域。（3）在更先进的工程制造实现能力方面，于 21 年投资深迪半导体，布局 MEMS 传感器芯片。深迪半导体：一家生产用 MEMS 陀螺仪系列惯性传感器芯片的公司，为消费电子及汽车电子市场提供商用 MEMS 陀螺仪芯片，以及全面的应用解决方案。在更强大的图像感知能力方面，早在 20 年便投资思特威，延伸至 CMOS 图像传感器芯片领域。思特威：一家高性能 CMOS 图像传感器芯片设计公司。其产品多应用于安防监控、车载影像、机器视觉及消费类电子产品等应用领域。虽然思特威公司成立时间并不长，但是其切入和布局的市场领域避开了手机市场而选在安防监控方面，凭借过硬的产品设计，在安防领域市占率名列前茅，是当之无愧的「隐形冠军。」随着诸如极狐、阿维塔、机甲龙等搭载华为激光雷达的新车陆续推出，华为激光雷达的真实性能将在市场中得到验证，至于当下激光雷达上车的最大障碍——成本问题。我们相信，也将随着华为在技术上一步步攻克、量产车一台台面市，而得以解决。面向未来，我们保持高度乐观，一旦激光雷达核心技术被华为突破，让价格持续下探，那么，未来在自动驾驶道路上或许会对特斯拉进行一次降维打击。P.S. 对激光雷达和自动驾驶感兴趣的读者，可关注作者公众号：智能汽车技术与商业创新论坛首站，将于今年 11 月在广州举行。关于本次论坛更多信息，欢迎扫描上方二维码加入「粤港澳大湾区智能汽车交流群」了解。▼ 欢迎点击阅读原文，观看往期「汽车之心·行家说」回放。