CN

技术中心

技术优势

DEMO

新闻中心

新闻中心

联系我们

邮箱

电话

地址

EN
技术中心
新闻中心
联系我们
NEWS CENTER
新闻中心
首页 新闻中心

关乎无人车量产的「秘密武器」,快被这家中国公司造出来了

2018.02.09
极客汽车

11.jpg


一家中国公司,掌握了固态激光雷达的「核心技术」。


在年初的美国 CES 上,我们几乎把所有参展的激光雷达公司看了个遍。在《固态激光雷达成为 CES「主流」,但还未出现真正的巨头》这篇文章中,我们谈了谈对今年激光雷达发展的看法,其中重要主题就是:固态激光雷达。


毫无疑问,固态激光雷达是未来无人车必备的「秘密武器」。目前,世界上还没有哪家公司的固态激光雷达产品「上车」量产。车企、供应商和自动驾驶公司,都在密切留意固态激光雷达的最新发展。


哪家激光雷达公司在未来 3-5 年内掌握了无人驾驶「量产」的核心技术,哪家公司就赢得了未来。


虽然都在做「固态激光雷达」,但大家的技术路线却不尽相同,不过最终大家的目标很一致:做出满足车规级、低成本、易量产的固态激光雷达,同时还要保证研发进度不能落后于竞争对手。


「固态」的三种姿势


先来回顾固态激光雷达的几种技术路线,我们会逐一分析其优劣势:


MEMS:微机电系统,将传统机械式激光雷达中的旋转装置「电子化」,通过在硅基芯片上集成的微振镜来代替传统的机械式旋转装置,由微振镜反射激光的光线,批量生产可在一定程度上降低生产成本。


MEMS 的核心零件是「微振镜」,它在工作时会高频振动,对于实现车规级来说,这是天然的劣势。同时,这块微振镜的镜面尺寸依然不够大,并且还没有能够满足车规级温度要求的产品出现。


目前,采用 MEMS 技术路线的激光雷达公司不少,但这块「微振镜」却仍旧需要依靠外部采购,供应商包括荷兰 Innoluce、日本滨松等公司。(注:Innoluce 公司在 2016 年已经被英飞凌收购,可见微振镜对于 MEMS 激光雷达的重要性)


12.png

13.jpg


总之,微振镜将会成为选择 MEMS 路线的激光雷达公司必须面临的难关。解决不了微振镜问题,谈不上是一个拥有核心技术的激光雷达公司。


OPA:光学相控阵技术,这原本是用于军事雷达的一项技术。相控阵发射器由若干发射接收单元组成一个矩形阵列,通过改变阵列中不同单元发射光线的相位差,可以达到调节射出波角度和方向的目的。


14.png


固态激光雷达概念是 Quanergy 在 2016 年 CES 炒火的,而火的核心就 是 OPA 光学相控阵技术。


不过问题在于,OPA 技术从原理上就存在「旁瓣效应」,即激光在最大功率方向以外会形成「旁瓣」,导致激光能量被分散。其次,OPA 激光雷达的接收面大、信噪比也比较差。


从融资进程等因素来看,Quanergy 可能是最有实力解决这个问题的公司。不过在今年的 CES 上,Quanergy 并未展出实时扫描效果,而是用简易的动画来展示识别到的人,有点令人意外。


15.jpg

从技术原理来看,MEMS 和 OPA 各有千秋,但还是有共通点的,比如都使用了 ToF 时间飞行原理,都属于「扫描式」激光雷达。


除了 MEMS 和 OPA 路线之外,还有第三种:3D Flash,属于「非扫描式」激光雷达。


3D Flash:Flash 顾名思义,就是「闪光」,这种固态激光雷达像一个手电筒一样,发射一个面阵光,再通过高灵敏度的传感器绘制环境图像。


从原理上来说,这三种固态激光雷达的相同点在于都运用了「ToF 飞行时间」基本原理,不过 MEMS 和 OPA 依然属于「扫描式」,而 3D Flash 则属于「非扫描式」。


3D Flash 技术的天然优势在于: 首先是全固态,没有任何移动部件,更像是一个半导体产品。如此一来,在大批量生产从而降低成本、通过车规级方面,3D Flash 技术有天然的优势。


16.jpg


任何事物都有「两面性」,3D Flash 也有困惑众人的技术难题。


传统 3D Flash 激光雷达采用的是单脉冲测量,一个单脉冲如果要把整个视野照亮,需 要非常高的能量。因此,单脉冲的峰值功率能达到上百千瓦,甚至兆瓦级别。而兆瓦级别的功率,无法使用普通的半导体激光器,需要搭载固体激光器才行。但固体激光器成本极高,且极高的单次峰值也无法保证人眼安全。


目前,许多方案解决商会采用 1500nm 到 1800nm 的人眼安全激光波段。虽能大幅度提高人眼安全容限,但使用这样的长波段,普通的硅基传感器无法感光,因而不得不使用例如铟镓砷这样的传感器芯片。这种芯片极为特殊,且成本非常高昂。


中国公司掌握「核心科技」?


在年初逛 CES 的时候,我们遇到了一家叫做「光珀智能」的中国公司,是为数不多的选择 3D Flash 路线的公司,之前很少见诸于媒体。我们也在光珀团队回国后的第一时间对其进行了专访。


了解这家公司,先从产品说起。


光珀已经推出了第一代 ToF 传感器芯片,基于这一代芯片推出三个技术平台:GP001A、GP002A 和 GP003,分别满足不同距离下(近、中、远),强阳光下(100Klux),大场景(70⁰),高精度(<1%),高空间分辨率(0.06⁰V)等三维感知需求。


17.jpg

光珀 GP001 平台


18.jpg

光珀 GP002 平台


19.jpg

光珀 GP003 平台


同时,基于这三个平台,研发了 4 款可应用于安防、仓储机器人、低速和高速无人车的产品,分别为基于 GP001A 平台的 Smart-SDC1 和 Wide-WAA1,基于 GP002A 平台的 Power-PBA2,以及基于 GP003 平台的 Ultra-UBA2。


也就是说,光珀的产品已经在安防、仓储等领域有了应用案例,亟待开发的就是无人车市场,相应的产品为 Ultra-UBA2。


Ultra-UBA2 的探测距离约为 60 米,探测视角为 70°H/40°V。GP003 平台的最远探测距离为 150 米(探测视角为 24°H/6°V),同样基于 GP003 平台,还可以打造不同探测距离、不同探测视角的固态激光雷达,多个不同性能的激光雷达搭配使用,可以实现 360 度、不同距离的感知。


为量产车用激光雷达提供「面阵传感器」


产品暂且说到这里,再来看看光珀是如何发挥自己独特的技术优势,来解决 3D Flash 由于发射单个大脉冲而带来的天然劣势。


光珀的核心技术是这样的:用一个脉冲序列,代替一个单脉冲,降低每一个脉冲的峰值。基于这样的核心原理,开发了光珀的核心技术。目前光珀使用的是一个组合脉冲序列,也就意味着每个脉冲的峰值被大幅压缩。压缩峰值后,使得光珀可以使用半导体激光器作为光源,同时符合人眼安全,更不需要去使用像 1550nm 那样的特殊波长,因此,光珀的传感器可以用硅来设计。


2121.gif


这就很容易理解,为什么光珀的激光雷达方案成本非常低:


1.光源使用的是半导体激光器,而不是所谓的固体激光器(半导体激光器是半导体元器件,成本和产量完全成线性关系,符合摩尔定律);


2.硅基材料的传感器,工艺成熟,良品率高,且像素分辨率可以做的很高。


目前,光珀正在做第二代传感器芯片,相对于第一代传感器而言,量子效率提高了 5 倍,芯片的尺寸由 1/3 英寸变为了 2/3 英寸,整个面积大了 4 倍,也就意味着效率提升了 20 倍,产品性能也将是第一代芯片的 20 倍。如果光珀目前产品的性能指标不做变化,产品的平均功率会是现在的 1/20;如果功率不变,那么探测距离会提升 4-5 倍。(即把 20 开根号)


打个比方,光珀远距离产品性能将会表现为:10-20 瓦功耗、70°H/40°V 探测视角、150 米探测距离、体积会类似一个饭盒大小等。


这样的芯片的重要性,就好比 MEMS 激光雷达中的微振镜。光珀方面透露,他们的第二代传感器芯片将在 2018 年底完成量产。

 

今年年底通过「车规级」


其次是车规级问题。


光珀在产品研发之初,就是要做「车规级量产激光雷达」,所以早已投入了大量的精力来解决这方面问题,而这也是光珀的核心优势所在。


光珀的核心器件非常简单,而车规的核心问题就是核心器件。如果将光珀的激光雷达拆开就会发现,其内部结构非常简单。主要由 3 部分组成:


1.光珀面阵传感器做的传感器板;


2.激光光源板;


3.时间控制器。


光珀的第二代传感器芯片还会将 1 和 3 结合在一起,也就是说它不仅仅是一个传感器,还包含了时序控制。


22.jpg


目前光珀已经保证使用的每一个电子器件满足 AEC-Q100 的要求,同时光珀在「芯片层」做了大量的工作,比如已经加入了 FST(Functional Safety Test) 功能安全设计,整个激光雷达系统将达到 ASIL-B 的安全指标要求。当然,这个系统级别的安全指标需要通过认证,而光珀也计划在 2018 年年底开始这个认证。


至于最关键的生产问题,光珀选择的是核心组件自己生产,其他部分选择外协代工。


在看过诸多激光雷达公司之后,我们认为:解决了激光雷达的核心零部件问题,才能真正做到易生产、低成本、低功耗以及车规级。


不解决微振镜或者芯片级的问题,依然相当于一个「组装厂」,「核心科技」才是车企或 Tier 1 所看重的。


回顾年初 CES 上激光雷达的发展,我们认为固态激光雷达才是量产无人车的未来,而传统机械式激光雷达适用于小规模车队测试。


在「固态」这条起跑线上,对比了所有公司之后,我们认为光珀的技术路线选择、产品进展以及团队背景已经占了优势,算「靠谱」的那类创业公司。


关乎无人车未来的核心组件被一家中国公司造出来,总归是件好事。