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十年之內,激光雷達技術誰將勝出

來源:四方物流香港電話網 作者:周凱揚 2021-10-07 07:24 次閲讀
隨着L2級別及以上的量產車型越來越多,激光雷達以不及掩耳之勢席捲了汽車市場。就如同手機內的SoC與傳感器一樣,激光雷達也成了OEM在宣傳新車型時的“硬實力”之一,各大激光雷達廠商也成了一起站台宣傳的合作伙伴。

在國外激光雷達廠商紛紛上市,國內激光雷達創企也躍躍欲試的當下,不少人也存在質疑。激光雷達是不是一項成熟的技術,為何還有連上市廠商在走原理不同的技術路線,未來十年內,激光雷達技術是否會決出一個勝者?

固態之爭

機械激光雷達雖然視場角優異、分辨率高,但由於存在機械結構過車規困難、價格高昂等缺點,儘管起步較早,卻有些後勁不足。與此同時集成化、芯片化使得車用激光雷達不免朝着固態發展,。就連機械激光雷達大廠Velodyne也開始推Velarray系列的固態激光雷達。固態激光雷達中也衍生了MEMS、OPA以及Flash這些不同的固態或混合固態技術。
VelarrayH800激光雷達 / Velodyne

MEMS使用微振鏡替代了機械激光雷達中的掃描儀,將機械部件集成到單個芯片上,可以做到毫米級的尺寸、更低的成本和更高的良率,也被不少OEM視為最易跟上車規量產節奏的激光雷達。但MEMS方案往往激光功率不高,所以有效距離要稍短一些,長距離下難以實現優秀的分辨率。

OPA(光學相控陣)激光雷達則是完全取消了機械結構,採用多個光源組成陣列,通過控制每個發射單元的相位差來控制輸出的激光束方向。這種方案可以做到更高的量產一致性,但就目前的工藝水平來説,OPA的製造加工難度較大,短期內實現大規模量產並不現實。

Flash激光雷達的原理其實近似於攝像機,該技術並非MEMS和OPA這樣的掃描式,通過單次脈衝實現全局成像,無需掃描器件,同樣是一種完全固態的方案,也更容易通過車規認證。但也正是因為如此,Flash激光雷達也集成了一些困擾攝像機的問題,比如在日光等環境光下性能降低、光學串擾引起的明亮物體幾何失真等等,要想解決這些問題的話反而會進一步限制了Flash激光雷達的探測距離和分辨率。

FMCW是否為潛在的最優解?

無論是OPA、Flash還是MEMS,目前市面上這些不同的固態激光雷達多數採用了TOF來進行測距,通過發送激光脈衝來測量與物體之間的距離。這種測量方式經過多年的發展已經相當成熟,數據可靠性相當高,而且對應激光光源的成本也不高,但仍存在一些侷限性,比如部分條件下測量時間較長和容易受到激光信號干擾等。

相較之下,FMCW(調頻連續波)解決了ToF的干擾問題,有效地將光能傳播到連續波信號中。除此之外,FMCW激光雷達可以在更低的功率下檢測到更遠距離的物體,這樣不僅解決了探測距離的問題,還解決了護眼問題。

Aeries FMCW激光雷達 / AEVA

不少人也認為FMCW可能是車用激光雷達的“優勝者”,連英特爾也打算與Luminar合作後,推出自研的FMCW激光雷達,只不過這個面世日期要晚至2025年。這是因為與ToF相比,FMCW依然是一個不成熟的測距技術,而且激光光源成本較高,對於本身就承受做到“一千美元以下”的激光雷達廠商來説,顯然不是當下的最優解。將FMCW集成到單個芯片上也吸引了不少廠商為之努力,但短期來看,商業落地依然存在較大難度。

市場的選擇

在車用激光雷達市場中,直接“上車”的前裝市場自然是最大的蛋糕,也是對激光雷達性能、量產與成本最大的考驗。OEM在對激光雷達選取上,必須要考慮到這些因素,而且影響大規模量產的一大因素還有車規認證。從市場選擇的角度上來看,MEMS憑藉成熟的技術、低成本以及車規量產,成了近年來出鏡率最高的激光雷達技術。

然而在不少追求“真自動駕駛”的方案上,後裝反而更加常見,比如Robotaxi這一領域。自動駕駛的方案商在選擇了車型後,會採用不同的激光雷達來改裝車型。比如英特爾在今年IAA Mobility上,就與SIXT合作推出了在德國運營的Robotaxi方案。英特爾採用了蔚來的ES8作為首發車型,長距激光雷達用到了Luminar的激光雷達,而短距激光雷達用到了一徑科技的ML-30sMEMS激光雷達。

ML-30s激光雷達 / 一徑科技

國內也有不少自動駕駛方案以及負責測試與標準制定的廠商,他們也紛紛開始了相關的道路測試與試運營,比如元戎啓行、AutoX和中科院深圳先進院等。與尋常的乘用車前裝不同,Robotaxi對於外形的需求並不算挑剔,所以加裝在車頂和周身的激光雷達模組並沒有對體積提出過高要求。此外,因為用於“真自動駕駛”,實際性能要求要高出一截,因此機械激光雷達反而在此類應用中得以廣泛應用。

結語

我們分析了激光雷達各個技術優劣以及市場的選擇,從短期來看,不同技術的市場佔比依然難以做到懸殊的差距,無法判別出誰才是真正的勝者。那麼對於激光雷達廠商來説,他們在技術路線的選取,除了技術儲備之外,還需要考慮什麼呢?答案其實也在成本和量產上。

做到更好的性能固然重要,但汽車行業成本是一個不可忽視的關鍵,只有先做到產品降本才能實現快速商業化,加快“上車”進程。接着繼續積累優勢、降低成本,並通過獲得的數據來優化軟件和算法。

MEMS從目前來看是符合這一趨勢的,但FMCW這樣的技術依然有潛力,未來成熟之後會不會驅動技術轉型呢?不少車廠、激光雷達廠商也在走一步看一步,但他們的要務依然是儘快實現商業落地,並非每家廠商都有大把時間與成本來做研發。就拿禾賽科技來説,據瞭解其終止科創板上市的部分原因就是短期內需要資金投入產能與研發中,因此終止後不久就進行了3億美元的D輪融資。

激光雷達作為又一大傳感器市場,已經把主戰場設在了汽車領域,展開了成本與量產等一系列大戰,但幾大“主戰方”並沒有出現實力懸殊的局面,這也是一件好事。無論這一競爭是否會持續十年,最終帶來的必將是更成熟的技術。
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