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(guó)造車新軍在激光雷達(dá)上不再猶豫，甚至引發(fā)激光雷達(dá)數(shù)量大戰(zhàn)“四顆以下別說話”。
盡管在突破L3級(jí)自動(dòng)駕駛的技術(shù)路線之爭(zhēng)中，純視覺路線與激光雷達(dá)的論戰(zhàn)依然存在。
但不容忽視的是，中國(guó)的車載激光雷達(dá)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(dá)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(fù)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(dá)、芯片、自動(dòng)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(bào)道《回望2021》。
今天我們聚焦激光雷達(dá)。
實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛（L3及以上），將激光雷達(dá)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(shí)。
我們先來了解一下激光雷達(dá)與自動(dòng)駕駛的基本關(guān)系：
激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛上的應(yīng)用原理是依靠將車輛的初始位置與高精地圖信息進(jìn)行比對(duì)來獲得精確的位置。
首先，GPS、IMU和輪速等傳感器給出一個(gè)大概的初始位置。然后，將激光雷達(dá)的局部點(diǎn)云信息進(jìn)行特征提取，并結(jié)合初始位置獲得全局坐標(biāo)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(jìn)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(dá)最大的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)分辨率，這是其他傳感器難以企及的。
相較于毫米波雷達(dá)和攝像頭，激光雷達(dá)在探測(cè)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(dá)，可增強(qiáng)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(dá)產(chǎn)業(yè)，我國(guó)起步晚于國(guó)外，但新造車運(yùn)動(dòng)加速了中國(guó)在智能駕駛領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)速度。激光雷達(dá)借助我國(guó)第一大市場(chǎng)的基本盤，目前已實(shí)現(xiàn)了對(duì)國(guó)外品牌的反超，在技術(shù)層面也呈現(xiàn)多點(diǎn)開花，齊頭并進(jìn)的局面。
自動(dòng)駕駛汽車激光雷達(dá)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(dá)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(yuǎn)探測(cè)距離500米的激光雷達(dá)。從此市場(chǎng)便再也收不住了。
從小鵬到極狐，從智己到長(zhǎng)城，多家車企紛紛宣布將推出搭載激光雷達(dá)的車型，均預(yù)計(jì)在2021-2022年間實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
2021成為名副其實(shí)的激光雷達(dá)上車元年。
以上即是我們梳理的采用了激光雷達(dá)的車型和他們選擇的激光雷達(dá)供應(yīng)商。
這其中中外企業(yè)處在一半對(duì)一半的局面，一個(gè)直觀的現(xiàn)象是，中國(guó)車企基本上都采用了國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)，而國(guó)外品牌采用的則多是老牌供應(yīng)商。
按照美國(guó)咨詢公司沙利文預(yù)計(jì)，2025年高級(jí)輔助駕駛用激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到46.1億美元(折合人民幣300億元)，2019年至2025年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 83.7%。
激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)顯然會(huì)有一輪中外品牌的對(duì)決，但這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)局取決于中外汽車品牌市場(chǎng)占有率的勝負(fù)。
而社會(huì)各界對(duì)中國(guó)汽車品牌的長(zhǎng)期看好，這場(chǎng)關(guān)于未來的競(jìng)爭(zhēng)似乎已在資本市場(chǎng)得到了印證。
不好過的巨頭們
雖然激光雷達(dá)量產(chǎn)上車在2022年已是板上訂釘，但從國(guó)外多家激光雷達(dá)上市企業(yè)的市值走向來看，這兩年行業(yè)的日子其實(shí)并不好過。
尤其是曾經(jīng)憑借機(jī)械雷達(dá)在行業(yè)內(nèi)一家獨(dú)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(dān)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(duì)，在2022 CES上，Velodyne推出了全新的車規(guī)級(jí)半固態(tài)激光雷達(dá)H800。
而自動(dòng)駕駛明星公司W(wǎng)aymo也在2021年正式宣布，將終止對(duì)外銷售激光雷達(dá)。
Waymo于2017年初開始正式投產(chǎn)激光雷達(dá)，以大幅降低其自動(dòng)駕駛汽車業(yè)務(wù)的成本。
2019年又宣布對(duì)外銷售激光雷達(dá)，目的是通過向非汽車行業(yè)客戶銷售激光雷達(dá)，規(guī)模化降低成本。
這項(xiàng)計(jì)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(dá)成合作，其中包括8家Top 10的車企。
Luminar的最新產(chǎn)品是計(jì)劃于2022年量產(chǎn)的激光雷達(dá)Iris，采用了1550納米激光源。最大探測(cè)距離為600米。在250米范圍內(nèi)可檢測(cè)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(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)的固態(tài)化和小型化，易于裝車和量產(chǎn)。
按照光源波長(zhǎng)，激光雷達(dá)可分為近紅外激光（880nm/905nm）和中、遠(yuǎn)紅外激光（1350nm/1550nm），其中近紅外激光對(duì)人眼安全存在風(fēng)險(xiǎn)，但成本較低。1550nm的激光對(duì)人眼安全性高，成本也相對(duì)較高。
根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，當(dāng)前低成本的905nm波長(zhǎng)依然是OEM廠商的首選，但1550nm激光雷達(dá)正逐漸走向成熟。
Innovusion（圖達(dá)通）的半固態(tài)激光雷達(dá)Falcon獵鷹同樣使用1550nm光源，探測(cè)距離和Luminar一樣在10%反射率下能達(dá)到250米。
Valeo（法雷奧）的首代SCALA激光雷達(dá)在2017年便出現(xiàn)在奧迪A8上。而第二代SCALA又將在奔馳S級(jí)轎車上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，成為首款獲得法規(guī)許可的L3級(jí)量產(chǎn)車。在2022 CES上法雷奧推出了其第三代激光雷達(dá)。
崛起的初創(chuàng)企業(yè)
而2021年激光雷達(dá)行業(yè)最大的贏家大概要數(shù)國(guó)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(dú)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(diǎn)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(dá)在車載前裝市場(chǎng)中的份額，便已排名中國(guó)第一，全球第二。
這得要?dú)w功于速騰聚創(chuàng)車規(guī)級(jí)MEMS半固態(tài)激光雷達(dá)M1的面世。
目前市面上主要的激光雷達(dá)大致可分為機(jī)械式、旋鏡式、MEMS、相控陣（OPA）和泛光面陣式（Flash）。
機(jī)械式是將多個(gè)激光器垂直堆疊在一起，通過機(jī)械部件旋轉(zhuǎn)將激光點(diǎn)變成線，通過堆疊再將線轉(zhuǎn)化為面，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取3D環(huán)境信息。
機(jī)械式激光雷達(dá)技術(shù)成熟，但成本高，體積大，且機(jī)械零部件壽命不長(zhǎng)。
MEMS激光雷達(dá)利用微電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)驅(qū)動(dòng)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(jī)械式激光雷達(dá)，MEMS激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集速度快，分辨率高，對(duì)于溫度和振動(dòng)的適應(yīng)性強(qiáng)。通過波束控制，探測(cè)點(diǎn)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(yuǎn)處，在十字路口則加強(qiáng)側(cè)面掃描。
旋鏡式激光雷達(dá)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(jī)械部件進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)以掃描。
相控陣?yán)走_(dá)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(dá)不像MEMS或OPA會(huì)進(jìn)行掃描，而是通過短時(shí)間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測(cè)區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器來完成對(duì)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(dá)，并在2018年CES上首次展示M1的最初版本。
國(guó)內(nèi)另一家激光雷達(dá)行業(yè)明星公司禾賽科技在2021年也可謂風(fēng)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(dá)AT128依然備受歡迎。
AT128同樣是一款車規(guī)級(jí)長(zhǎng)距半固態(tài)激光雷達(dá)，在10%反射率情況下探測(cè)距離可達(dá)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(tái)的定點(diǎn)，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(qiáng)大的實(shí)力，也成功推出了96線激光雷達(dá)，并實(shí)現(xiàn)在多款車型上車量產(chǎn)。
大疆Livox搭載于小鵬P5，成為國(guó)內(nèi)首顆實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的上車激光雷達(dá)。
只是，雖然P5已經(jīng)開始交付，但激光雷達(dá)功能仍需等今年的OTA升級(jí)。
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(guó)激光雷達(dá)公司也蜂擁進(jìn)入了車載市場(chǎng)。
熱鬧的市場(chǎng)自然也吸引了投資人的眼光。
2021年5月，圖達(dá)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(dá)已引發(fā)造車新勢(shì)力的資本大戰(zhàn)，這種競(jìng)爭(zhēng)智駕君認(rèn)為是有益的。
它有利于這個(gè)產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)，并誕生偉大的公司。
追求實(shí)現(xiàn)固態(tài)的理想主義者
縱觀市場(chǎng)，目前大部分還是采用機(jī)械式或半固態(tài)式激光雷達(dá)。
但也有一些“固執(zhí)”的企業(yè)堅(jiān)定地將目光投向了更加可靠，當(dāng)然實(shí)現(xiàn)起來也更艱難的固態(tài)激光雷達(dá)。
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(dá)。
據(jù)了解，DF 系列覆蓋了短距、中距和長(zhǎng)距全套的固態(tài)數(shù)字激光雷達(dá)，可在全局視野內(nèi)精確成像，不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)模糊。
DF既能滿足汽車制造商對(duì)ADAS和自動(dòng)駕駛的要求，也可無縫集成到車輛架構(gòu)和設(shè)計(jì)中。Ouster預(yù)計(jì)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(jī)和樣機(jī)。
再比如Ibeo NEXT，同樣也是FLASH系的固態(tài)激光雷達(dá)，高分辨率，低能耗，探測(cè)距離達(dá)250米，適用于ADAS至L5級(jí)別的自動(dòng)駕駛。
長(zhǎng)城Wey摩卡號(hào)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(dá)被認(rèn)為是未來，但它的穩(wěn)定量產(chǎn)時(shí)刻似乎尚未到來。
另類FMCW模式追隨者
而無論是機(jī)械式，MEMS，還是OPA，F(xiàn)LASH，采用的都是ToF（Time of Flight）測(cè)距模式，即飛行時(shí)間法，是一種利用信號(hào)在一對(duì)收發(fā)機(jī)之間往返的飛行時(shí)間來測(cè)量?jī)牲c(diǎn)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(jìn)行測(cè)距的激光雷達(dá)。
FMCW雷達(dá)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(hào)有一定的頻率差，通過測(cè)量頻率差便可獲得目標(biāo)與雷達(dá)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(jí)產(chǎn)品的成本與穩(wěn)定性，且在人眼安全和測(cè)距性能間達(dá)到了出色的平衡。但由于調(diào)諧頻率是THz 級(jí)別，其元件需要具備超高精度，需要測(cè)量?jī)x器級(jí)的元件。
這導(dǎo)致了目前 ToF 是性價(jià)比更高的選項(xiàng)，但FMCW調(diào)頻連續(xù)波可能會(huì)是未來的理想選項(xiàng)。
由兩名前蘋果工程師創(chuàng)辦的Aeva Technologies推出的FMCW激光雷達(dá)便是一個(gè)典例，超過300米的探測(cè)距離，120°x30°的FOV，可即時(shí)測(cè)出每個(gè)點(diǎn)的速度，且不受其他信號(hào)的干擾。
自動(dòng)駕駛明星公司Mobileye也在做FMCW激光雷達(dá)。
2021年1月11日，Mobileye/英特爾便正式發(fā)布了其FMCW激光雷達(dá)，準(zhǔn)確地說是激光雷達(dá)SoC。
在2022 CES上，Mobileye CEO Amnon Shashua教授曾談到，Mobileye有一個(gè)專門部門在負(fù)責(zé)構(gòu)建調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)，并計(jì)劃將在2024年實(shí)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(dá)，Mobileye還在做一件和特斯拉差不多的事，就是實(shí)現(xiàn)不用激光雷達(dá)也擁有足夠感知能力的獨(dú)立傳感系統(tǒng)。
Mobileye希望能夠建立一個(gè)高清晰度的新型雷達(dá)，稱之為軟件定義雷達(dá)。實(shí)現(xiàn)一切都可以通過軟件進(jìn)行配置，包括空中更新，配置傳輸，發(fā)射機(jī)，接收機(jī)，信號(hào)處理等等。通過正確的算法，就能創(chuàng)造獨(dú)立的雷達(dá)傳感器，實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)般的效果。
此外，Mobileye還訓(xùn)練了另外一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將雷達(dá)的輸出映射到攝像頭圖像上，相當(dāng)于把傳統(tǒng)雷達(dá)和攝像頭進(jìn)行了結(jié)合，然后再用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。
Amnon Shashua教授表示，如果這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的話，到2025年傳感配置只需要一個(gè)前置激光雷達(dá)，卻能同時(shí)實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)冗余，激光雷達(dá)、攝像頭和成像雷達(dá)。
這樣的配置將在大大降低成本的同時(shí)進(jìn)一步提高安全性，畢竟，這是三項(xiàng)冗余。
純視覺路線會(huì)反向顛覆激光雷達(dá)嗎？
以上即是我們復(fù)盤的激光雷達(dá)的公司、產(chǎn)品、技術(shù)路線以及站在他們身后的主機(jī)廠。
在激光雷達(dá)話題日盛的2021年，特斯拉采用了更為激進(jìn)的拋棄毫米波雷達(dá)的作法。
從2021年5月開始，特斯拉去掉了量產(chǎn)車上原來標(biāo)配的毫米波雷達(dá)，只采用全車8個(gè)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(duì)外解釋，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練攝像頭，配合毫米波雷達(dá)與超聲波雷達(dá)，憑算法即能實(shí)現(xiàn)視覺系統(tǒng)對(duì)激光雷達(dá)的替代。這種方案價(jià)格低廉，性能也夠用。
而拋棄毫米波雷達(dá)，執(zhí)著地采用純視覺來實(shí)現(xiàn)傳感系統(tǒng)，大概源于他對(duì)“第一性原理”的信奉。
既然人類只用眼睛就可以實(shí)現(xiàn)駕駛，自動(dòng)駕駛也應(yīng)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(cè)量距離、速度和加速度。
但既然人腦能腦補(bǔ)出距離，通過計(jì)算學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(shí)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(qiáng)大。自動(dòng)駕駛每前進(jìn)一步，其對(duì)冗余算力、冗余識(shí)別能力的依賴會(huì)產(chǎn)生指數(shù)級(jí)上升。
激光雷達(dá)一旦量產(chǎn)上車，將是自動(dòng)駕駛汽車不可或缺的核心部件。