導讀:目前,全球激光雷達市場呈現百花齊放的競争格局。作為全球最大的汽車市場,由中國産業鍊孵化的激光雷達企業正在快速崛起。
(文/潘昱辰 編輯/周遠方)
“用激光雷達的都是傻子。”“(激光雷達)就像是人身上長了一堆闌尾。”
鼓吹特斯拉一以貫之的純視覺自動駕駛感知方案時,埃隆·馬斯克經常貶低激光雷達和多傳感器融合路線。
不過,随着輔助駕駛引發的事故數量逐漸增加,純視覺方案的先天不足也日益彰顯,特别是其對靜态物體的識别能力和由此引發的“幽靈刹車”問題,成為困擾特斯拉多年的頑疾。
特斯拉疑似刹車失靈頻發,引發外界對純視覺方案的質疑 圖片來源:視覺中國
“純視覺方案能不能測距?可以,但隻是‘副業’,需要用算法算,而且有局限性。激光雷達是測距的專業設備,測出的距離很準确,”峰瑞資本合夥人楊永成在接受觀察者網采訪時表示,特斯拉反對激光雷達、偏好以攝像頭為主的視覺方案,核心原因是技術成熟度和成本。
“如果激光雷達變得更便宜,廠家自然會向用戶和市場妥協。”楊永成說。
在中國市場豐富的應用場景和激烈的市場競争之下,現實并不如馬斯克預期的那樣發展,反倒是使用激光雷達的“傻子”們越來越多。
行業新風口,技術未成熟
作為高級傳感器的一種。激光雷達最早應用于軍事和太空領域,通過發射激光束,來探測遠處目标的位置、速度、結構等特征,并将信息反饋至接收模塊加以分析利用。
進入21世紀後,激光雷達開始逐漸下放至民用。2005年,Velodyne公司在參加由美國國防高級研究計劃局(DARPA)舉辦的自動駕駛挑戰賽時,首次在參賽車輛上搭載激光雷達,由此拉開激光雷達車載應用的序幕。
2005年DARPA挑戰賽 圖片來源:mistywest
與毫米波雷達、超聲波雷達等傳感器相比,激光雷達探測距離遠、受環境影響更小,因其更精确的感知能力而受到汽車行業的關注,包括自動駕駛、ADAS、車聯網、智能機器人等下遊領域均因此受益。
根據咨詢機構Yole發布的《2022汽車與工業領域激光雷達應用報告》,在過去的2021年,全球用于汽車與工業領域的激光雷達出貨量達30萬顆,市場規模達21億美元,同比增長18%。不過,其中有60%用于地形測繪,27%的應用領域為工業生産;車載激光雷達與其他領域一道隻占據剩下的13%。
但Yole同時預測,随着高級别自動駕駛技術的發展,車載激光雷達的應用将變得更為普及。到2027年,僅ADAS激光雷達市場規模将達到20億美元,是2021年的50倍以上,成為激光雷達行業最大的應用領域;與此同時,無人駕駛出租車(Robotaxi)2027年的市場規模也将增長近7億美元,是去年的6倍。
随着産業的不斷發展,車載激光雷達的市場規模将更加龐大 圖片來源:Yole
另一咨詢機構ICV則在《2022全球汽車激光雷達市場預測》報告中表示,到2026年,全球車載激光雷達出貨量将接近700萬顆,達到當下的40倍左右。
激光雷達滲透率的提升,與應用輔助駕駛能力的車企數量日益增多密不可分。據IDC預測,到2024年,全球自動駕駛汽車合計出貨量将超過5400萬輛,相比2020年翻一番,滲透率預計超過5成。
許多機構都認為,2021年是激光雷達上車元年。
這一年間,僅中國市場就有小鵬P5、蔚來ET7、理想L9、威馬M7以及智己L7等大量搭載激光雷達的車型集中發布或上市。
2022年成都國際車展 圖片來源:視覺中國
随着市場蛋糕的不斷做大,激光雷達公司與整車企業也在不斷合縱連橫:
8月末成都車展期間,國内頭部激光雷達供應商速騰聚創(RoboSense)宣布, 為長城魏牌旗艦車型摩卡DHT-PHEV提供激光雷達;
同樣在成都車展期間,搭載Luminar旗下1550nm激光雷達的飛凡R7正式亮相;
更早之前,長安汽車高端品牌阿維塔宣布搭載華為的激光雷達方案……
用于摩卡DHT-PHEV的速騰聚創第二代激光雷達 圖片來源:速騰聚創官網
華西證券統計顯示,2021年,國内搭載激光雷達的量産車型僅有一款,即小鵬P5;進入2022年,擁有激光雷達的量産車驟增至16款,其中搭載超過1顆激光雷達的車型多達9款,擁有激光雷達最多的長城沙龍機甲龍,足足搭載4顆。
但在業内人士看來,車企在激光雷達應用上掀起的“軍備競賽”,其實用意義,可能并不如營銷價值重要。自動駕駛的升級,是傳感器、計算平台、數據與算法等多方面因素共同作用的結果。當下,量産乘用車的自動駕駛能力普遍無法達到L3級以上。激光雷達作為高級傳感器,也不可能單方面決定整車的自動駕駛能力。
相較之下,“好就是貴,貴就是好”已經成為新勢力品牌不斷堆料,加劇行業内卷的底層邏輯。成都車展期間,高合汽車在新車HiPhi Z上搭載多達32個駕駛輔助傳感器,其中包括一顆來自禾賽科技的128線激光雷達,其整車價格也随之水漲船高至60萬元以上。
此外,由于研發投入巨大,目前激光雷達公司普遍難以實現盈利。去年1月,國内頭部企業禾賽科技在科創闆提交IPO申請,但兩個月後便撤回申請,業内普遍認為與其财務狀況有關。2019-2020年,禾賽科技的年均虧損在1億元以上,而其年研發費用占比通常達到營收的一半以上,高于同行平均标準。
因此,持續的融資輸血成為激光雷達企業當下的生存之道。而在成為行業新風口後,激光雷達也順理成章地受到資本市場的熱捧。
2020年10月,Velodyne于納斯達克SPAC上市,成為激光雷達公司第一股。近一年以來,國内也有多家激光雷達産業鍊企業宣布獲得新融資。2020年1月,禾賽科技完成1.73億美元的C輪融資,由光速中國、博世集團領投,累計融資數額位居全球第四,也是前十公司中唯一的中國企業;今年6月,速騰聚創宣布新一輪戰略融資完成交割,背後除各路資本基金外,也包括比亞迪、上汽、北汽、宇通等汽車龍頭。
循序漸進的技術路線
市場競争的日趨激烈,也在驅使激光雷達公司根據企業自身情況,持續改進産品的研發和技術推進路線。
目前根據掃描方式的不同,激光雷達大緻可分為機械式、半固态和固态三種類型。
機械式是當下應用最多的激光雷達,技術也最為成熟。其原理是通過内部發射和接收模塊橫向360°的旋轉,從而覆蓋周圍環境,激光線束則通過豎向排列形成照射面,分辨率與線束數量成正比:發射的激光線束越多,接受的信息量也越大。
盡管如此,機械式激光雷達仍存在許多局限性。因其内部結構複雜,機械式激光雷達體積較大、調試複雜,因而難以滿足車規級要求,使用壽命也相對較短。更為重要的是,機械結構生産成本較高,導緻其難以規模量産裝車。
速騰聚創機械式激光雷達 圖片來源:速騰聚創官網
随着技術的不斷演進,半固态和固态激光雷達逐漸登上舞台。相較機械式,半固态和固态激光雷達不僅精度更高,而且因為結構件的縮減,大大降低了成本。國信證券研報認為,機械式激光雷達朝半固态及固态方向的演進,其平均價格将由2021年的1500美元/顆,降至2025年的400美元/顆。
半固态激光雷達以MEMS振鏡和轉鏡為主,相當于将機械式的旋轉結構微型化;固态激光雷達則更進一步,内部不再需要機械運動結構,使其掃描速度更快,精度更高,可控性更好,成本也更為低廉。
根據形式的不同,固态雷達可分為泛光面陣式(FLASH)和光學相控陣(OPA)兩種類型。其中FLASH通過高密度的激光源陣列,在短時間内直接發射區域激光,再以高靈敏度的接收器,來完成對環境周圍圖像的繪制;OPA則通過多個光源組成陣列,通過控制各光源發光時間差,形成特定方向上的主光束,實現對不同方向的掃描。
相較機械式和半固态,固态激光雷達的精度能夠達到毫米級,由于取消機械結構,雷達的體積進一步縮小,不僅降低了成本,也延長了使用壽命,更容易滿足車載應用的實際需求。
圖片來源:人人都愛物聯網
楊永成認為,測距是激光雷達相較攝像頭視覺方案最大的優勢所在。“人眼本身對測距不敏感,攝像頭想測距,得用算法算半天,而且在特殊情況下還會失靈。激光雷達能直接帶來準确的測距,固态激光雷達更是如此。”
在許多企業看來,OPA是車載激光雷達最完善的使用方案,但技術壁壘也相應最高。OPA陣列密度越高,能量越集中,因而要求陣列單元尺寸在波長的一半以内,由于激光雷達的工作波長均在1μm左右,所以陣列單元的尺寸必須不大于500nm。這也意味其對加工精度有着極高的要求。
與一般激光雷達相比,車規級激光雷達需滿足更嚴苛的質量标準,使用環境在-40-105℃的溫度範圍内,而消費級和工規級一般在100℃以下;車規級的使用壽命需達到15年,而消費級和工規級一般在10年以下。對于高精度要求的固态雷達而言,達成以上标準無疑更具挑戰。
除此之外,激光雷達同時涉及光、電等領域;由于OPA需要芯片支撐,還包括集成電路材料學;同時因為其本質是通信,又關系到軟件協議。楊永成在接受采訪時表示,激光雷達尤其是固态雷達,是集中度非常高的行業,需要彙聚大量行業相關人才共同開放,這也使車載固态雷達的規模化應用難度陡增。
目前,從事固态激光雷達研發的公司包括力策科技和洛微科技等,但由于車載激光雷達的高門檻,至今未能實現規模化車載應用。
2022年世界人工智能大會上展示的激光雷達 圖片來源:視覺中國
同時,半固态和固态激光雷達仍有其局限性。國盛證券研報認為,半固态和固态隻能做到 120°的水平視場掃描;而機械式能夠達到360°掃描,且視場範圍内測距能力的均勻性也更有優勢。
由于機械式技術相對成熟,成立時間較早的Velodyne、法雷奧、禾賽科技、速騰聚創等行業先行者多應用此類方案,但與此同時,這些主流供應商也不忘逐漸向半固态和固态的技術路線過渡。如法雷奧、速騰聚創等公司均在近一兩年推出半固态産品。
而行業中的後起之秀,如Luminar、華為、大疆旗下的覽沃科技(Livox)等,則更傾向于直接進行半固态、固态方案的研發,以期實現“彎道超車”。目前,Luminar的方案已應用到蔚來ES7、飛凡R7等新車型上;Livox首度搭載于小鵬P5;華為憑借Huawei INSIDE整體解決方案,将激光雷達集成于北汽極狐、長安阿維塔等品牌旗下車型。
《全球汽車激光雷達市場預測》指出,目前機械式激光雷達仍然占據絕對主導地位,2021年出貨量達到1.69萬顆,市場規模為12億美元,占據整個市場的98.3%。不過,2021年機械式的市場份額為94%,相較2020年略微下降了1個百分點。這些下降的市場份額正是被半固态、固态不斷占據,也表明了行業的技術趨勢所在。
在機械式占據主流的同時,(半)固态激光雷達的份額也在不斷提升 圖片來源:ICV
據ICV預測,到2026年,汽車激光雷達的市場規模将達到212億美元,機械和(半)固态激光雷達的數量将分别增加到570萬顆和120萬顆,分别占93.4%和6.6%。
崛起的中國力量
目前,全球激光雷達市場呈現百花齊放的競争格局。由于起步較早,以機械式汽車激光雷達為主的歐美發達國家企業,仍占據全球市場的70%。不過作為全球最大的汽車市場,由中國産業鍊孵化的激光雷達企業正在快速崛起。
當下,中國已彙聚一批具有一定市場規模的激光雷達企業。Yole披露的數據顯示,自2018年以來,全球範圍内ADAS前裝定點數量約有55個,其中來自中國的激光雷達公司占到一半,禾賽科技以27%反超法雷奧排名全球第一,速騰聚創以16%的數量排名中國第二、全球第三。
該機構預計,2022年将有超過20萬顆的激光雷達交付上車,出貨量前五名占全球總量的84%,其中來自中國将達到三家,依次為禾賽科技、速騰聚創和華為。
2022年,中國激光雷達企業前裝定點數量将占全球一半 圖片來源:Yole
值得一提的是,中國激光雷達産業的擴張并不局限于激光雷達公司本身,而是朝着完整生态系統的方向發展。Yole高級技術和市場分析師Pierrick Boulay表示:“中國有幾家企業專門盯上了提供組件、設計和軟件的蛋糕。"
目前,除中遊的速騰聚創、禾賽科技、覽沃科技、賽瞳科技、圖達通、鐳神智能、華為等激光雷達公司外,用于組建激光雷達的激光器、探測器、芯片、掃描模塊和其他部件等闆塊,均有大量中國企業入局:如面向激光器的炬光科技、瑞科激光、創鑫激光;面向探測器的阜時科技、光特科技、宇稱電子;面向芯片的芯視界、安路科技、聖邦等,形成了規模龐大的上遊産業鍊。
而位于下遊的除乘用車制造商外,還包括物流、智能基礎設施、Robotaxi和配送機器人等多個應用領域。這些領域在中國的密集發展,也為激光雷達産業營造出強大而多樣的需求。
更重要的是,相較依賴于外部制造的海外激光雷達公司,諸如速騰聚創、禾賽科技等中國汽車頭部企業,已經發展了自身的制造能力,Yole認為,中國激光雷達企業将在實現大規模生産方面擁有更多控制權。
中國激光雷達公司的崛起,也直接影響到海外品牌的市場份額及生産環境。2019年末,激光雷達Velodyne決定裁掉中國辦公室,并将在華銷售模式從直銷模式恢複到“代理模式”,基本放棄中國市場。分析人士認為,Velodyne的退出表明,面對技術、質量上升、成本更低的中國對手,海外品牌優勢不再,在競争中已經難以為繼。
國信證券研報預測,到2025年,中國乘用車激光雷達市場規模将達到241億元,是2021年的18倍以上,占全球規模的45%。從需求量及滲透率角度,2025年國内乘用車激光雷達需求量預計達到948萬顆,是去年的73倍,滲透率則由去年的0.2%增至2025年的14.7%。在市場的熱烈需求下,随着産業鍊生态系統的不斷健全完善,中國激光雷達有望占據更高的份額,并在汽車産業的智能化、自動化轉型中進一步确立主導地位。
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