[首發于智駕最前沿微信公眾號]對于自動駕駛來說，激光雷達是非常重要的感知傳感器，它通過發射激光束照向周圍環境，然后接收這些光被物體反射回來的信號，計算出反射光從發射到返回的時間，就能知道物體離車有多遠，還能判斷形狀和位置，從而在三維空間里畫出車輛周圍的“點云地圖”。

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這種地圖信息對自動駕駛系統判斷路況、避障和規劃路徑非常關鍵，它比攝像頭更不容易受光線變化影響，也比毫米波雷達能提供更高分辨率的數據。激光雷達按內部掃描結構不同，可以分為好幾類，今天主要和大家聊聊機械式機械激光雷達和半固態激光雷達。

機械式激光雷達是怎么工作的？

所謂機械式激光雷達，就是那種最早被大多數自動駕駛測試車采用、外形像小桶或者圓盤一樣安裝在車頂的激光雷達。這種設計的核心特點，就是讓激光發射和接收模塊隨一個機械部件旋轉起來。它里面有電機和轉動裝置，這些裝置不斷旋轉光學部件，使激光束可以向360°方向將周圍的環境“逐圈”掃過去。通過這樣的旋轉，就能捕獲車輛周圍所有方向的點云數據。

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機械式激光雷達并非簡單地向四周發射激光，而是通過機械結構使光束像掃描儀一樣進行旋轉。激光發射器、接收器或鏡片會整體轉動，并借助多線束或其它機械配合，實現水平方向360°的全景覆蓋以及一定的垂直掃描范圍。由于探測方向覆蓋廣泛，僅需單一設備即可感知車輛周圍全環境，無需額外安裝多個單元，同時能夠獲得較高的點云密度和測距精度。

這樣的設計讓激光雷達視野開闊、覆蓋完整，而且數據精度相對較高，因此在很多高級自動駕駛原型車和早期無人車平臺中，機械式激光雷達是最常見的解決方案。

但這樣的設計也存在一定的問題，由于它依賴機械運動部件，電機、軸承和鏡片一直轉動，這些運動部件本身就是磨損件，在長期使用中可能因為震動、溫度變化等因素出現故障，可靠性和壽命難以達到車規級幾萬小時甚至十萬小時以上的標準。

由于機械式激光雷達的機械旋轉結構需要一定空間，一般只有裝在車頂才有足夠的視野，這樣不僅改變了整車外觀，還影響車車輛空氣動力學和整車設計。同時，機械式激光雷達復雜的機械結構很難做到低成本批量生產，這些問題使得機械式激光雷達并無優勢。

半固態激光雷達是怎么工作的？

現階段我們可以看到很多的搭載自動駕駛的車輛上使用的是半固態或固態激光雷達。所謂“半固態”，指的是它不像傳統機械式激光雷達那樣整個雷達都要機械旋轉，而是把真正發射和接收光線的核心模塊固定住，只讓一些小的部件做機械運動。這樣的設計使得它的運動部件相比傳統機械雷達少得多，所以結構更簡單、更穩定。

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半固態激光雷達常見的一種實現是轉鏡結構，也就是說發射/接收模塊本身不動，但配合一個小的機械鏡子去改變激光束的方向，這樣可以做到比純固態更靈活的掃描，但運動量遠小于整個模塊旋轉一圈。這種方式減少了機械部件的數量和運動范圍，所以相比機械式激光雷達來說，它在成本、可靠性和封裝體積上都有明顯改善。

機械式和半固態激光雷達結構上的根本區別

機械式激光雷達是靠整個發射/接收模塊的大范圍機械旋轉來實現全方位掃描，而半固態激光雷達是把發射/接收模塊固定住，只通過小范圍機械部件或鏡面調整來控制激光方向。

在機械式激光雷達的設計中，激光發射器和接收器整體隨著機械結構一起轉動，整個設備需要承受高速轉動帶來的振動、摩擦和機械磨損。為了結構穩定，還需要額外的平衡結構、動力驅動和封裝系統，這些都增加了設計難度、制造成本和車輛集成難度。

半固態激光雷達的設計核心是讓感知組件保持靜止，只有鏡面或者微小機械結構負責引導激光束的方向。這樣做的結果是機械部件少了很多，磨損點少了很多，整車集成也更容易，甚至可以做到隱藏式安裝。

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結構上的不同也意味著半固態激光雷達的制造過程更容易把關鍵部件做成模塊化、標準化的元件，從而規模化量產。對于車企來說，這樣的結構更有利于達到車規級可靠性標準，也更容易和整車的質保及維護體系匹配。

為什么車企更喜歡用半固態而不是機械式？

車企在為自動駕駛系統選擇激光雷達時，會綜合考慮性能、成本、可靠性和整車集成難度這幾大因素。在自動駕駛原型車或試驗車的階段，機械式激光雷達憑借其全面覆蓋和高精度，一度成為最容易實現整體感知能力的首要選擇。但是隨著產業化推進，其體積大、成本高、機械部件壽命有限等問題，使其很難大規模應用到車端

相比之下，半固態激光雷達更接地氣。半固態的機械部件少，這也使得其可靠性更高。車輛在實際使用過程中會經歷高溫、低溫、顛簸、震動、灰塵、潮濕等各種復雜環境。機械結構越復雜，越容易出現由于環境壓力引起的損耗。在半固態設計里，由于機械運動減少，雷達整體更穩定，整車長時間運行的可靠性更好，也更有利于通過車規級認證。

激光雷達的成本一直是制約自動駕駛大規模應用的一個核心瓶頸。機械式雷達由于結構復雜，所有零部件都要復雜定制，還需要精密組裝和校準。而半固態激光雷達相對結構簡單一些，制造難度和材料成本都明顯更低，這對追求更大銷量、更低整車成本的車企來說是非常具有吸引力的。

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此外，機械式激光雷達需要突出安裝，很多時候我們都會看到其放在車頂上，這不僅影響車身線條，還可能增加空氣阻力和風噪。半固態設計因為結構緊湊，可以慮嵌入式安裝，不僅更美觀，還能更好地隱藏和保護傳感器，這對于量產車來說尤其重要。

現階段，還有企業追求更遠的目標，開始研究全固態激光雷達。這種設計將進一步減少機械障礙，完全依靠電子光學技術來控制激光方向，但目前全固態方案在視野覆蓋、探測距離和制造工藝等方面存在諸多挑戰。相比之下，半固態激光雷達因為已經在現有技術條件下兼顧了成本、可靠性和掃描能力，所以在短期內成為很多車企在自動駕駛量產車型上采用的主流選擇。

車企選擇半固態雷達，并不是因為它在所有指標上都比機械式好，而是在性能合理、成本可控、可靠性高、整車集成友好這些綜合標準下最符合商業化生產要求。

最后的話

機械式激光雷達本質上是一種“用機械換視野”的方案。它通過持續、穩定的機械掃描，把有限數量的激光通道展開成完整的空間覆蓋。正因為掃描路徑和視場天然閉合，系統更容易獲得均勻、穩定的點云分布，這對環境建模和目標檢測是一個明顯優勢。但這種優勢是建立在持續機械運動之上的，視野、精度和可靠性被緊緊綁定在結構復雜度之中。這也導致機械式激光雷達更像是一種工程上行得通、產品上難以使用的方案，這也是為什么半固態式激光雷達應用越來越多的原因。