[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號(hào)]自動(dòng)駕駛技術(shù)的提升很大程度上取決于傳感器技術(shù)的突破。作為自動(dòng)駕駛感知層級(jí)的核心組件，激光雷達(dá)（LiDAR）一直被譽(yù)為車輛的“眼睛”。它能夠通過(guò)發(fā)射激光束并接收反射信號(hào)，在極短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建出周圍環(huán)境的高精度三維模型。在激光雷達(dá)的多種技術(shù)路線中，半固態(tài)激光雷達(dá)正逐漸取代傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械式激光雷達(dá)，成為乘用車前裝量產(chǎn)市場(chǎng)的主流選擇。

從掃描原理看激光雷達(dá)的分類

激光雷達(dá)的工作原理是飛行時(shí)間法（ToF），即通過(guò)測(cè)量激光脈沖從發(fā)射到接觸物體反射回來(lái)的時(shí)間差，來(lái)計(jì)算目標(biāo)的距離。然而，單一的測(cè)距點(diǎn)無(wú)法構(gòu)成完整的視覺(jué)，必須通過(guò)某種掃描機(jī)制讓激光束覆蓋整個(gè)視野。

ToF原理，圖片源自：網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)這種掃描機(jī)制的差異，激光雷達(dá)可分為機(jī)械旋轉(zhuǎn)式、半固態(tài)以及純固態(tài)三種主流架構(gòu)。

機(jī)械式激光雷達(dá)是該領(lǐng)域最早期的成熟方案。它是將激光發(fā)射器和接收器垂直排列成一個(gè)陣列，然后讓整個(gè)模組在底座上進(jìn)行360度物理旋轉(zhuǎn)。

這種方案雖然能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的環(huán)境感知，但由于內(nèi)部包含大量精密的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，不僅體積碩大、難以集成進(jìn)車身，而且在長(zhǎng)期高速旋轉(zhuǎn)下的可靠性也難以滿足車規(guī)級(jí)要求。

圖片源自：網(wǎng)絡(luò)

半固態(tài)激光雷達(dá)的出現(xiàn)，正是為了在性能與車規(guī)可靠性之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。與機(jī)械式雷達(dá)“全員運(yùn)動(dòng)”的思路不同，半固態(tài)雷達(dá)的核心收發(fā)組件是固定不動(dòng)的，光束的指向改變依靠?jī)?nèi)部小型的光學(xué)掃描元件來(lái)完成。

這種設(shè)計(jì)極大地縮小了運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量和體積，使得雷達(dá)可以做得更加扁平化。目前，半固態(tài)方案主要細(xì)分為微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、轉(zhuǎn)鏡式以及棱鏡式三大流派，它們各自在光路操縱上有著獨(dú)特的物理邏輯。

下表簡(jiǎn)要對(duì)比了不同激光雷達(dá)架構(gòu)的核心特征：

半固態(tài)技術(shù)的核心流派，MEMS、轉(zhuǎn)鏡與棱鏡

1）MEMS

在半固態(tài)激光雷達(dá)的細(xì)分路線中，MEMS微振鏡技術(shù)被視為代表。MEMS方案的核心是一塊直徑僅為數(shù)毫米的硅基微反射鏡，通過(guò)靜電、電磁或壓電驅(qū)動(dòng)，使鏡面在水平和垂直兩個(gè)軸向上進(jìn)行高頻擺動(dòng)。當(dāng)激光打在這塊不斷擺動(dòng)的鏡子上時(shí)，微小的偏轉(zhuǎn)角度就能將光束投射到前方寬廣的區(qū)域。

這種方案的優(yōu)勢(shì)在于它極大地減少了激光器的數(shù)量，理論上僅需一組光源即可實(shí)現(xiàn)高分辨率掃描，顯著降低了物料成本。此外，由于MEMS鏡片是在硅基芯片上加工出來(lái)的，其生產(chǎn)過(guò)程具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，非常符合汽車工業(yè)大規(guī)模制造的邏輯。

當(dāng)然，微振鏡也存在物理局限，其鏡面尺寸越小，能承載的激光功率就越低，進(jìn)而限制了最遠(yuǎn)探測(cè)距離。為了克服這一短板，像是華為等廠商就采用了多線程微振鏡技術(shù)，通過(guò)增加收發(fā)模組的數(shù)量來(lái)平衡探測(cè)精度與功率。

2）轉(zhuǎn)鏡式

轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)是目前量產(chǎn)車裝機(jī)量最大、技術(shù)最穩(wěn)健的方案之一。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，它可以進(jìn)一步分為一維轉(zhuǎn)鏡和二維轉(zhuǎn)鏡。

圖片源自：網(wǎng)絡(luò)

一維轉(zhuǎn)鏡方案讓收發(fā)模組固定，通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的多面棱鏡在水平方向上反射激光。在這種架構(gòu)中，掃描的線數(shù)直接取決于激光發(fā)射器的數(shù)量。像是禾賽科技的AT128產(chǎn)品就是典型的一維轉(zhuǎn)鏡方案，它通過(guò)在芯片上集成128組收發(fā)模組，配合轉(zhuǎn)鏡的水平掃描，實(shí)現(xiàn)了“真128線”點(diǎn)云效果。

二維轉(zhuǎn)鏡則更加復(fù)雜，其是由一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的多邊形轉(zhuǎn)鏡負(fù)責(zé)水平掃描，加上一個(gè)上下擺動(dòng)的鏡片負(fù)責(zé)垂直掃描。二維轉(zhuǎn)鏡方案的優(yōu)勢(shì)在于其光學(xué)效率高、散熱能力強(qiáng)，且由于旋轉(zhuǎn)部件的質(zhì)心非常平衡，能夠很好地應(yīng)對(duì)車輛行駛中的劇烈震動(dòng)。

3）棱鏡式

棱鏡式激光雷達(dá)（也稱雙楔形棱鏡方案）是近年來(lái)由大疆旗下的覽沃（Livox）主導(dǎo)推動(dòng)并實(shí)現(xiàn)車規(guī)級(jí)量產(chǎn)的獨(dú)特技術(shù)路線。其工作原理是利用兩個(gè)相互獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的棱鏡，激光束在穿過(guò)這兩個(gè)棱鏡時(shí)會(huì)由于折射作用產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。

控制兩個(gè)棱鏡的相對(duì)轉(zhuǎn)速，可以讓激光束在前方視場(chǎng)中畫出類似“菊花瓣”的掃描軌跡。與傳統(tǒng)行掃描方式不同，棱鏡方案具有“非重復(fù)掃描”的特性。

這意味著，只要給予雷達(dá)足夠的觀測(cè)時(shí)間，其掃描點(diǎn)云就會(huì)隨時(shí)間累積得越來(lái)越密集，幾乎可以覆蓋100%的視場(chǎng)，對(duì)檢測(cè)靜態(tài)小物體（如路上的雪糕筒或遠(yuǎn)處的行人）非常有效。

棱鏡方案的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)化，這使其在成本控制上極具競(jìng)爭(zhēng)力，甚至能將激光雷達(dá)的價(jià)格壓低至普通家用車可接受的水平。

結(jié)構(gòu)變革帶來(lái)的全方位提升

相較于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械激光雷達(dá)，半固態(tài)激光雷達(dá)在汽車工業(yè)應(yīng)用中展現(xiàn)出的提升是多維度的。

隨著半固態(tài)激光雷達(dá)的出現(xiàn)，激光雷達(dá)的可靠性也發(fā)生了質(zhì)變。在自動(dòng)駕駛中，激光雷達(dá)必須能夠在嚴(yán)苛的環(huán)境下穩(wěn)定工作十年以上，經(jīng)受住顛簸、極溫、鹽霧以及電磁干擾等環(huán)境。

機(jī)械式雷達(dá)由于整個(gè)模組都在旋轉(zhuǎn)，其內(nèi)部復(fù)雜的軸承和無(wú)線電力傳輸機(jī)構(gòu)極易在長(zhǎng)期震動(dòng)中產(chǎn)生磨損和疲勞失效。而半固態(tài)方案將運(yùn)動(dòng)部件大幅簡(jiǎn)化并微小化，核心的光學(xué)收發(fā)單元是靜止不動(dòng)的。

以MEMS為例，其微米級(jí)的鏡面質(zhì)量極輕，在經(jīng)歷高重力加速度沖擊（如30G以上的沖擊測(cè)試）時(shí)，依然能保持結(jié)構(gòu)的完整性和掃描的精確度。這種“化繁為簡(jiǎn)”的物理特性，使得半固態(tài)激光雷達(dá)更容易通過(guò)AEC-Q100等車規(guī)級(jí)認(rèn)證。

圖片源自：網(wǎng)絡(luò)

半固態(tài)激光雷達(dá)也讓體積與集成度實(shí)現(xiàn)了跨越。對(duì)于乘用車而言，外觀的美感和空氣動(dòng)力學(xué)性能至關(guān)重要。傳統(tǒng)的機(jī)械式激光雷達(dá)由于需要360度環(huán)視，通常只能像個(gè)“大罐子”一樣安裝在車頂中央，這不僅增加了車輛的高度，還引入了額外的風(fēng)噪和風(fēng)阻，從而影響續(xù)航。

半固態(tài)激光雷達(dá)則只需要覆蓋車輛前方120度左右的扇形核心感知區(qū)。得益于扁平化的設(shè)計(jì)，它可以輕易地隱藏在擋風(fēng)玻璃上方、前保險(xiǎn)杠側(cè)面甚至是大燈組內(nèi)部。這種“隱形成像”的能力，讓自動(dòng)駕駛汽車不再顯得突兀，更容易被大眾消費(fèi)者所接受。

成本的斷崖式下降更是半固態(tài)方案最核心的商業(yè)殺手锏。在機(jī)械式雷達(dá)時(shí)代，為了提高分辨率，必須物理堆疊更多的激光發(fā)射器，這不僅導(dǎo)致成本呈線性增長(zhǎng)，還增加了組裝標(biāo)定的難度。

而半固態(tài)方案，尤其“芯片化收發(fā)組件”技術(shù)，可以將上百組激光通道集成在指甲蓋大小的芯片上，配合轉(zhuǎn)鏡進(jìn)行掃描。這種從“離散元器件”向“大規(guī)模集成電路”的轉(zhuǎn)變，讓激光雷達(dá)的生產(chǎn)成本從數(shù)萬(wàn)美元迅速降低到了幾百美元。

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研顯示，到2024年底，主流ADAS激光雷達(dá)的價(jià)格已經(jīng)進(jìn)入1000至1500元人民幣的價(jià)格區(qū)間，跌幅超過(guò)60%。這種成本紅利直接推動(dòng)了激光雷達(dá)從30萬(wàn)元以上的高端車向下滲透至15萬(wàn)甚至10萬(wàn)元左右的普及型車市。

市場(chǎng)格局與未來(lái)演進(jìn)的深層邏輯

當(dāng)前，激光雷達(dá)市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入了從“選配”向“標(biāo)配”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵窗口期。在2024年至2025年的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，中國(guó)自主廠商如禾賽科技、華為、速騰聚創(chuàng)等已經(jīng)占據(jù)了全球主導(dǎo)地位。這種市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的背后，是半固態(tài)激光雷達(dá)在感知性能上的不斷突破。

現(xiàn)在的半固態(tài)雷達(dá)在10%反射率下的探測(cè)距離已經(jīng)普遍超過(guò)200米，這意味著車輛在高速行駛時(shí)能提前更長(zhǎng)時(shí)間識(shí)別出前方的事故車或散落物。此外，系統(tǒng)生成的點(diǎn)云密度也達(dá)到了百萬(wàn)點(diǎn)級(jí)，能夠精確勾勒出遠(yuǎn)處行人的輪廓，為智駕算法提供更可靠的數(shù)據(jù)支撐。

在實(shí)際裝車案例中，不同車企對(duì)半固態(tài)方案的選擇也體現(xiàn)了其產(chǎn)品定位。理想L9采用了禾賽的一維轉(zhuǎn)鏡方案AT128，通過(guò)將其置于車頂，獲得了更開闊的視野和更好的防護(hù)性。而小鵬G9（2024款及更早的Max版本）則通過(guò)在保險(xiǎn)杠兩側(cè)布置兩顆速騰聚創(chuàng)M1的雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)了更大的水平視角覆蓋，甚至能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的十字路口博弈場(chǎng)景。這種靈活的布置方案正是半固態(tài)雷達(dá)相比于機(jī)械式雷達(dá)的一大優(yōu)勢(shì)。

未來(lái)，雖然純固態(tài)激光雷達(dá)（如OPA相控陣或Flash方案）由于沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)部件而具有極高的理論優(yōu)勢(shì)，但受限于技術(shù)成熟度和成本，短期內(nèi)仍難以成為市場(chǎng)主力。目前的趨勢(shì)是“智駕平權(quán)”，即通過(guò)持續(xù)優(yōu)化半固態(tài)方案的成本和性能，讓激光雷達(dá)成為每輛新車的標(biāo)配安全套件，因此在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，半固態(tài)激光雷達(dá)或許依舊是主流。

最后的話

激光雷達(dá)的技術(shù)路線之爭(zhēng)已經(jīng)從單純的“性能競(jìng)賽”轉(zhuǎn)向了“工業(yè)化能力的較量”。半固態(tài)方案憑借其在量產(chǎn)成本、車規(guī)壽命和感知能力上的卓越平衡，已經(jīng)成為了通往高階自動(dòng)駕駛過(guò)程中最堅(jiān)實(shí)的基石。

它不僅是硬件上的傳感器，更是軟件算法實(shí)現(xiàn)環(huán)境理解、預(yù)測(cè)和決策的核心物理邊界。隨著感知大模型和視覺(jué)語(yǔ)言動(dòng)作模型（VLA）的普及，激光雷達(dá)提供的精確深度信息將作為“主動(dòng)眼睛”，繼續(xù)守護(hù)著自動(dòng)駕駛車輛的安全底線。在未來(lái)的三五年內(nèi)，半固態(tài)激光雷達(dá)仍將是人類邁向全無(wú)人駕駛征途上不可替代的感知利器。

審核編輯 黃宇