文丨智駕網(wǎng) 黃華丹
2021年，馬斯克在純視覺路線上一路狂奔，中國造車新軍在激光雷達上不再猶豫，甚至引發(fā)激光雷達數(shù)量大戰(zhàn)“四顆以下別說話”。
盡管在突破L3級自動駕駛的技術(shù)路線之爭中，純視覺路線與激光雷達的論戰(zhàn)依然存在。
但不容忽視的是，中國的車載激光雷達產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，在智能駕駛產(chǎn)業(yè)鏈極速發(fā)展的2021年，激光雷達已成為智能駕駛產(chǎn)業(yè)鏈中最接近芯片地位的關(guān)鍵一環(huán)。
從今日起，智駕網(wǎng)將深度復盤2021智能駕駛產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)路線、核心技術(shù)突破，我們將從激光雷達、芯片、自動駕駛解決方案、智駕產(chǎn)業(yè)與資本、車企轉(zhuǎn)型等維度推出系列報道《回望2021》。
今天我們聚焦激光雷達。
實現(xiàn)更高級別的自動駕駛（L3及以上），將激光雷達加入傳感系統(tǒng)是一條更直接的路，這幾乎已是行業(yè)共識。
我們先來了解一下激光雷達與自動駕駛的基本關(guān)系：
激光雷達在自動駕駛上的應用原理是依靠將車輛的初始位置與高精地圖信息進行比對來獲得精確的位置。
首先，GPS、IMU和輪速等傳感器給出一個大概的初始位置。然后，將激光雷達的局部點云信息進行特征提取，并結(jié)合初始位置獲得全局坐標系下的矢量特征。最后，將上一步的矢量特征跟高精地圖的特征信息進行匹配，得出精確的全球定位。
由于激光本身光束窄，工作頻率高等特性，分辨率高是激光雷達最大的優(yōu)勢，可實現(xiàn)厘米級分辨率，這是其他傳感器難以企及的。
相較于毫米波雷達和攝像頭，激光雷達在探測距離、可靠度、行人判別、夜間出行等方面都有著更為出色的表現(xiàn)。
通過加入激光雷達，可增強感知系統(tǒng)的冗余性，有效提高車輛的安全性。
車載激光雷達產(chǎn)業(yè)，我國起步晚于國外，但新造車運動加速了中國在智能駕駛領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)速度。激光雷達借助我國第一大市場的基本盤，目前已實現(xiàn)了對國外品牌的反超，在技術(shù)層面也呈現(xiàn)多點開花，齊頭并進的局面。
自動駕駛汽車激光雷達的數(shù)量大戰(zhàn)，固然有浮夸的一面，但它最直接的影響是激活了激光雷達產(chǎn)業(yè)。
2021上車元年
2021年1月9日，蔚來在2020 NIO Day上發(fā)布ET7，宣布將搭載一顆最遠探測距離500米的激光雷達。從此市場便再也收不住了。
從小鵬到極狐，從智己到長城，多家車企紛紛宣布將推出搭載激光雷達的車型，均預計在2021-2022年間實現(xiàn)量產(chǎn)。
2021成為名副其實的激光雷達上車元年。
以上即是我們梳理的采用了激光雷達的車型和他們選擇的激光雷達供應商。
這其中中外企業(yè)處在一半對一半的局面，一個直觀的現(xiàn)象是，中國車企基本上都采用了國產(chǎn)激光雷達，而國外品牌采用的則多是老牌供應商。
按照美國咨詢公司沙利文預計，2025年高級輔助駕駛用激光雷達市場規(guī)模預計將達到46.1億美元(折合人民幣300億元)，2019年至2025年復合增長率達 83.7%。
激光雷達產(chǎn)業(yè)顯然會有一輪中外品牌的對決，但這場競爭的結(jié)局取決于中外汽車品牌市場占有率的勝負。
而社會各界對中國汽車品牌的長期看好，這場關(guān)于未來的競爭似乎已在資本市場得到了印證。
不好過的巨頭們
雖然激光雷達量產(chǎn)上車在2022年已是板上訂釘，但從國外多家激光雷達上市企業(yè)的市值走向來看，這兩年行業(yè)的日子其實并不好過。
尤其是曾經(jīng)憑借機械雷達在行業(yè)內(nèi)一家獨大的Velodyne。
隨著Luminar、Innoviz、禾賽科技、速騰聚創(chuàng)等公司崛起帶來的挑戰(zhàn)，讓Velodyne跌落神壇。
繼2020年Anand Gopalan接替創(chuàng)始人David Hall擔任CEO后，2021 Velodyne再度換帥，由Ted Tewksbury接任。
不過，作為曾經(jīng)的巨頭，Velodyne自然不甘掉隊，在2022 CES上，Velodyne推出了全新的車規(guī)級半固態(tài)激光雷達H800。
而自動駕駛明星公司W(wǎng)aymo也在2021年正式宣布，將終止對外銷售激光雷達。
Waymo于2017年初開始正式投產(chǎn)激光雷達，以大幅降低其自動駕駛汽車業(yè)務的成本。
2019年又宣布對外銷售激光雷達，目的是通過向非汽車行業(yè)客戶銷售激光雷達，規(guī)?；档统杀?。
這項計劃在2021年正式宣告失敗。
Luminar目前是一眾上市公司中市值最高的，也是自上市以來唯一市值增加的企業(yè)。
據(jù)官網(wǎng)介紹已經(jīng)與50多家企業(yè)達成合作，其中包括8家Top 10的車企。
Luminar的最新產(chǎn)品是計劃于2022年量產(chǎn)的激光雷達Iris，采用了1550納米激光源。最大探測距離為600米。在250米范圍內(nèi)可檢測反射率小于10%的物體。Iris 采用的是 MEMS 技術(shù)，配合ASIC芯片來實現(xiàn)激光雷達的固態(tài)化和小型化，易于裝車和量產(chǎn)。
按照光源波長，激光雷達可分為近紅外激光（880nm/905nm）和中、遠紅外激光（1350nm/1550nm），其中近紅外激光對人眼安全存在風險，但成本較低。1550nm的激光對人眼安全性高，成本也相對較高。
根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，當前低成本的905nm波長依然是OEM廠商的首選，但1550nm激光雷達正逐漸走向成熟。
Innovusion（圖達通）的半固態(tài)激光雷達Falcon獵鷹同樣使用1550nm光源，探測距離和Luminar一樣在10%反射率下能達到250米。
Valeo（法雷奧）的首代SCALA激光雷達在2017年便出現(xiàn)在奧迪A8上。而第二代SCALA又將在奔馳S級轎車上實現(xiàn)量產(chǎn)，成為首款獲得法規(guī)許可的L3級量產(chǎn)車。在2022 CES上法雷奧推出了其第三代激光雷達。
崛起的初創(chuàng)企業(yè)
而2021年激光雷達行業(yè)最大的贏家大概要數(shù)國內(nèi)的Robosense（速騰聚創(chuàng)）。
在2021-2022間即將上市量產(chǎn)的車型中，速騰聚創(chuàng)一家便獨占了六款合作車型，而2021全年，速騰聚創(chuàng)更是拿下了超過40款車型的前裝量產(chǎn)定點訂單。
據(jù)Yole Développement的行研數(shù)據(jù)顯示，在2021年Q3，速騰聚創(chuàng)激光雷達在車載前裝市場中的份額，便已排名中國第一，全球第二。
這得要歸功于速騰聚創(chuàng)車規(guī)級MEMS半固態(tài)激光雷達M1的面世。
目前市面上主要的激光雷達大致可分為機械式、旋鏡式、MEMS、相控陣（OPA）和泛光面陣式（Flash）。
機械式是將多個激光器垂直堆疊在一起，通過機械部件旋轉(zhuǎn)將激光點變成線，通過堆疊再將線轉(zhuǎn)化為面，得到點云數(shù)據(jù)獲取3D環(huán)境信息。
機械式激光雷達技術(shù)成熟，但成本高，體積大，且機械零部件壽命不長。
MEMS激光雷達利用微電子機械系統(tǒng)的技術(shù)驅(qū)動旋鏡，反射激光束指向不同方向。不同于只能勻速旋轉(zhuǎn)的機械式激光雷達，MEMS激光雷達數(shù)據(jù)采集速度快，分辨率高，對于溫度和振動的適應性強。通過波束控制，探測點還可以根據(jù)需求任意分布。例如在高速公路上主要掃描前方遠處，在十字路口則加強側(cè)面掃描。
旋鏡式激光雷達原理與MEMS相似，都是將光源部分的電子元器件固定下來，只將部分機械部件進行轉(zhuǎn)動或振動以掃描。
相控陣雷達則主要利用光的干涉原理，通過改變不同縫中入射光線的相位差即可改變光柵衍射后中央明紋的位置。
FLASH激光雷達不像MEMS或OPA會進行掃描，而是通過短時間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器來完成對環(huán)境周圍圖像的繪制。
速騰聚創(chuàng)從2016年便開始布局MEMS激光雷達，并在2018年CES上首次展示M1的最初版本。
國內(nèi)另一家激光雷達行業(yè)明星公司禾賽科技在2021年也可謂風光無限。
雖然年初因?qū)＠麊栴}中斷了IPO，但其半固態(tài)激光雷達AT128依然備受歡迎。
AT128同樣是一款車規(guī)級長距半固態(tài)激光雷達，在10%反射率情況下探測距離可達200米。目前已拿到包括理想、集度、高合、路特斯等在內(nèi)的多家車企數(shù)百萬臺的定點，并將在2022年開始大規(guī)模量產(chǎn)交付。
而華為則憑借自身強大的實力，也成功推出了96線激光雷達，并實現(xiàn)在多款車型上車量產(chǎn)。
大疆Livox搭載于小鵬P5，成為國內(nèi)首顆實現(xiàn)量產(chǎn)的上車激光雷達。
只是，雖然P5已經(jīng)開始交付，但激光雷達功能仍需等今年的OTA升級。
此外，包括萬集科技、鐳神科技、飛芯光電、數(shù)字綠土、北科天繪、傲視智繪、思嵐科技、北醒光子、大族激光、巨星科技等多家中國激光雷達公司也蜂擁進入了車載市場。
熱鬧的市場自然也吸引了投資人的眼光。
2021年5月，圖達通完成6400萬美元的B輪融資，由淡馬錫、BAI資本和愉悅資本聯(lián)合投資，老股東蔚來資本、斯道資本和F Prime也參與其中。
2021年11月，小米向禾賽科技追加7千萬美金融資。這是小米自6月以來第二次加持禾賽。
2021年12月，速騰聚創(chuàng)完成戰(zhàn)略融資，投資方為比亞迪。
2022年1月，一徑科技宣布獲得數(shù)億元Pre-C輪融資，由小鵬汽車領(lǐng)投。
激光雷達已引發(fā)造車新勢力的資本大戰(zhàn)，這種競爭智駕君認為是有益的。
它有利于這個產(chǎn)業(yè)的成長，并誕生偉大的公司。
追求實現(xiàn)固態(tài)的理想主義者
縱觀市場，目前大部分還是采用機械式或半固態(tài)式激光雷達。
但也有一些“固執(zhí)”的企業(yè)堅定地將目光投向了更加可靠，當然實現(xiàn)起來也更艱難的固態(tài)激光雷達。
比如Ouster，在2022 CES上推出的DF系列便是走的FLASH路線的固態(tài)激光雷達。
據(jù)了解，DF 系列覆蓋了短距、中距和長距全套的固態(tài)數(shù)字激光雷達，可在全局視野內(nèi)精確成像，不會產(chǎn)生運動模糊。
DF既能滿足汽車制造商對ADAS和自動駕駛的要求，也可無縫集成到車輛架構(gòu)和設(shè)計中。Ouster預計將于2025年量產(chǎn)DF系列，目前已經(jīng)向OEM和Tier 1交付了功能原型機和樣機。
再比如Ibeo NEXT，同樣也是FLASH系的固態(tài)激光雷達，高分辨率，低能耗，探測距離達250米，適用于ADAS至L5級別的自動駕駛。
長城Wey摩卡號稱將搭載Ibeo NEXT。
而Quanergy和力策科技則采用了更加小眾的OPA相陣式。
固態(tài)數(shù)字激光雷達被認為是未來，但它的穩(wěn)定量產(chǎn)時刻似乎尚未到來。
另類FMCW模式追隨者
而無論是機械式，MEMS，還是OPA，F(xiàn)LASH，采用的都是ToF（Time of Flight）測距模式，即飛行時間法，是一種利用信號在一對收發(fā)機之間往返的飛行時間來測量兩點間距離的方法。
另外還有采用FMCW模式，即調(diào)頻連續(xù)波法進行測距的激光雷達。
FMCW雷達在掃頻周期內(nèi)發(fā)射頻率變化的連續(xù)波，被物體反射后的回波與發(fā)射信號有一定的頻率差，通過測量頻率差便可獲得目標與雷達之間的距離信息。
FMCW信噪比更高且消耗功率更低，擁有芯片級產(chǎn)品的成本與穩(wěn)定性，且在人眼安全和測距性能間達到了出色的平衡。但由于調(diào)諧頻率是THz 級別，其元件需要具備超高精度，需要測量儀器級的元件。
這導致了目前 ToF 是性價比更高的選項，但FMCW調(diào)頻連續(xù)波可能會是未來的理想選項。
由兩名前蘋果工程師創(chuàng)辦的Aeva Technologies推出的FMCW激光雷達便是一個典例，超過300米的探測距離，120°x30°的FOV，可即時測出每個點的速度，且不受其他信號的干擾。
自動駕駛明星公司Mobileye也在做FMCW激光雷達。
2021年1月11日，Mobileye/英特爾便正式發(fā)布了其FMCW激光雷達，準確地說是激光雷達SoC。
在2022 CES上，Mobileye CEO Amnon Shashua教授曾談到，Mobileye有一個專門部門在負責構(gòu)建調(diào)頻連續(xù)波激光雷達，并計劃將在2024年實現(xiàn)量產(chǎn)。
作為全球知名的芯片公司，Mobileye在傳感器解決方案上似乎有些不按常理出牌。
除了非主流的FMCW激光雷達，Mobileye還在做一件和特斯拉差不多的事，就是實現(xiàn)不用激光雷達也擁有足夠感知能力的獨立傳感系統(tǒng)。
Mobileye希望能夠建立一個高清晰度的新型雷達，稱之為軟件定義雷達。實現(xiàn)一切都可以通過軟件進行配置，包括空中更新，配置傳輸，發(fā)射機，接收機，信號處理等等。通過正確的算法，就能創(chuàng)造獨立的雷達傳感器，實現(xiàn)激光雷達般的效果。
此外，Mobileye還訓練了另外一個神經(jīng)網(wǎng)絡，將雷達的輸出映射到攝像頭圖像上，相當于把傳統(tǒng)雷達和攝像頭進行了結(jié)合，然后再用神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練。
Amnon Shashua教授表示，如果這一點實現(xiàn)的話，到2025年傳感配置只需要一個前置激光雷達，卻能同時實現(xiàn)三項冗余，激光雷達、攝像頭和成像雷達。
這樣的配置將在大大降低成本的同時進一步提高安全性，畢竟，這是三項冗余。
純視覺路線會反向顛覆激光雷達嗎？
以上即是我們復盤的激光雷達的公司、產(chǎn)品、技術(shù)路線以及站在他們身后的主機廠。
在激光雷達話題日盛的2021年，特斯拉采用了更為激進的拋棄毫米波雷達的作法。
從2021年5月開始，特斯拉去掉了量產(chǎn)車上原來標配的毫米波雷達，只采用全車8個攝像頭來為特斯拉的FSD提供外部環(huán)境數(shù)據(jù)采集傳感器。
馬斯克曾對外解釋，使用神經(jīng)網(wǎng)絡訓練攝像頭，配合毫米波雷達與超聲波雷達，憑算法即能實現(xiàn)視覺系統(tǒng)對激光雷達的替代。這種方案價格低廉，性能也夠用。
而拋棄毫米波雷達，執(zhí)著地采用純視覺來實現(xiàn)傳感系統(tǒng)，大概源于他對“第一性原理”的信奉。
既然人類只用眼睛就可以實現(xiàn)駕駛，自動駕駛也應該不需要其他傳感器就可以。
而純視覺感知最大的問題是無法測量距離、速度和加速度。
但既然人腦能腦補出距離，通過計算學習的神經(jīng)網(wǎng)絡應該同樣也能具備這樣的能力。
既然特斯拉能推出完全基于攝像頭的FSD，就意味著這套系統(tǒng)的實際效果是可靠的。
但這一方案僅適合于特斯拉，這基于特斯拉軟件能力的強大。自動駕駛每前進一步，其對冗余算力、冗余識別能力的依賴會產(chǎn)生指數(shù)級上升。
激光雷達一旦量產(chǎn)上車，將是自動駕駛汽車不可或缺的核心部件。