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激光雷达进入大爆发前夜

  众所周知,激光雷达是被特斯拉CEO马斯克极为嫌弃的车用传感器,马斯克曾多次公开表示,“傻瓜才用激光雷达”。但无论是从今年年初开始流传的“2021年将是激光雷达的量产元年”,还是年底分析师们认为的“2022年是激光雷达规模应用的元年”,似乎都暗示着激光雷达“正当红”。

  近日,日本索尼还推出了首枚自动驾驶激光雷达传感器,该产品价格为1枚1.5万日元(约合人民币835元),或将首先用在索尼的概念电动车Vision S上,有望在2022年3月开始对外供货。索尼的“杀入”似乎也证明了,激光雷达依旧热的发烫。

  据沙利文研究预计,2021年起全球激光雷达市场将迎来快速发展时期,到2025年全球激光雷达市场规模将达到135.4亿美元,2021-2025年复合增长率为61.3%。

  当前汽车行业已于百年变革节点起步,制造技术变革叠加5G的逐步应用,推动汽车由传统交通工具向移动智能终端演变,激光雷达作为自动驾驶的“眼睛”,是汽车行业向高阶智能化进军的必经之路。

  激光雷达是一种工作在光学波段(特殊波段)的雷达,最早发明于1960s,早期主要用于太空探测、气象监测、地形勘测、军事测距、武器制导等,自2005年美国DARPA挑战赛起首次搭载于自动驾驶车辆,此后广泛应用于自动驾驶、智慧交通等领域。而在量产汽车里第一个搭载激光雷达的则是奥迪A8,除特斯拉以外,当前主流车企通常选择搭载激光雷达以提升对环境的感知能力。

  激光雷达可分为激光发射、激光接收、光束操纵和信息处理四大系统,通过分析激光信号描绘三维点云图,实现环境实时感知及避障功能。相比摄像头和毫米波雷达,激光雷达可以增强感知系统的冗余性,准确感知周边环境的三维信息,探测精度在厘米级以内,补充毫米波雷达、摄像头缺失的场景。较短波长及主动激光技术赋予了激光雷达测量分辨率高、探测距离远、探测角度大、夜间工作能力强、抗干扰能力强等优势,在高阶自动驾驶方案中,激光雷达的点位还可以通过和高精地图数据匹配来实时定位车辆信息。

  激光雷达分类多样,可根据测距远离、发射、接收、光束操作等不同角度进行分类。

  按照测距原理,激光雷达可以细分为三角测距、飞行时间测距ToF 和调频连续波 FMCW。除了三角测距受制于较远距离分辨率下降难以配套汽车外,ToF 激光雷达技术成熟度高是配套汽车主流方式,FMCW 激光雷达理论性能优异,长期来看,有望成为装车破局新方向。

  根据激光发射装置的不同又可将激光雷达分成光源波长和发射器种类两种方式。光源波长主要分为 905nm 和 1550nm 两类,发射器又包含边发射激光器 EEL、垂直腔面发射激光器 VCSEL 与光子晶体结构表面发射激光器 PCSEL 三种主流方向。

  在激光接收层面,根据光电探测器性能主要分为 SiPM、SPAD、APD 和 PIN PD 四类。APD 技术较为成熟,是使用最为广泛的光电探测器件;PIN PD目前仅适用于 FMCW 测距激光雷达;SPAD 的理论增益能力是 APD 的一百万倍以上,但系统成本与电路成本均较高;SiPM 是多个 SPAD 的阵列形式,可通过大尺寸阵列的实现获得更高的可探测范围以及配合阵列光源使用,更容易集成CMOS技术,且电路结构简单,工作电压较低。禾赛科技、Innovusion、Ouster等主流厂商均已布局 SiPM 相关技术,未来有望代替 APD。

  根据光束操纵方式不同又可将激光雷达分为机械式、半固态和固态,机械式因成本及外观因素多应用于无人驾驶测试项目。半固态方案主流方向为 MEMS与转镜式,MEMS综合优势明显,有望搭载汽车商用;转镜方案最早通过车规,转镜方案的激光雷达也是首个车规级激光雷达,即上述奥迪A8在2017年时搭载的激光雷达。固态方案以 OPA 和 Flash方案为主,从趋势来看,激光雷达整体技术向固态演进。

  总体来看,激光雷达感知识别效果更好,且无须强大算法支撑,对主流高阶自动驾驶玩家来说,是必备选择。

  当前,汽车智能化趋势已不可阻挡,激光雷达在自动驾驶领域所拥有的不可替代的优势,使得它在汽车行业“打得火热”。

  从今年的车展来看,无论是4月份的上海车展还是11月份的广州车展,搭载激光雷达的车型依旧是大热门,包括极狐、沙龙、小鹏等在内,不少车企宣布搭载激光雷达的车型明年量产。

  据笔者统计,截至目前,宣布搭载激光雷达的车企已超23家,这些车型的交付时间基本集中在2021年底到2022年,从售价上来看,豪华轿车价格普遍在 80 万以上,其余售价也大多在30-80万之间。

  上图虽然从一定程度上证明了“2022年是激光雷达规模应用的元年”,但也反应出一个问题,那就是搭载激光雷达的汽车售价并不便宜。

  不得不说,成本高确实是激光雷达上车路上最大的绊脚石。当前激光雷达产品均价普遍在1000美元左右,而其他传感器价格均已下探到150美元以下,单个车载摄像头价格最低甚至已降至30美元左右。正是由于价格昂贵,激光雷达迄今还未达到大规模车规级应用。

  激光雷达每个部分都包含着大量的精密部件,复杂的结构需要众多高精密设备,加上核心部件的价格,使得激光雷达尤其是机械式激光雷达成本较高。一般激光雷达的成本可分为研发成本、生产成本与 BOM 成本(物料成本)。其中,扫描系统作为激光雷达的主要部件成本占比最高,以法雷奥为例,包括激光模块、光学模块和主板,其中激光单元成本占比23%、光学单元占比13%、激光硬件占比10%、主板占比45%。扫描组件包括主板以及激光单元,合计成本占比接近70%。

  为了尽快降低激光雷达的成本,各大分析机构纷纷提出来大规模量产、控制上游元件成本、技术路径迭代等降本方向,而整车厂也在积极寻求降本策略。

  由于激光雷达技术路线众多最快开奖现场结果,不确定性较大,若为并购或自行成立事业部会存在内部排他性约束,为了避免这种情况的产生,整车厂多通过投资或合作的方式参与激光雷达领域中。

  据笔者统计,国外福特沃尔沃、戴姆勒、奔驰等,国内上汽、北汽、长安汽车、哪吒、小鹏等整车厂多通过投资或合作的方式积极参与到激光雷达领域中,不仅可以提高参与度,通过定制化或自研软件算法满足上车要求,还可以通过这种方式加快激光雷达规模量产和技术更新的速度,进而降低成本。

  近期最为热门的当属小米投资禾赛科技。11月,禾赛科技获得了来自小米的七千万美元追加融资,加上此前已获得的超3亿美元融资,截至当时禾赛科技的D轮融资总金额已超3.7亿美元。而这次投资也是小米自6月以来第二次加持禾赛,可见小米激光雷达上车的决心。

  当前小米造车事业正在如火如荼得进行中,小米Q3业绩公告显示,其智能电动车业务推进顺利,团队成员已超过 500 人。此外,小米还与北京亦庄签订合作,将在北京经开区建设小米汽车总部基地、销售总部和研发总部,并将建设年产量 30 万辆的整车工厂,其中一期、二期产能分别为 15 万辆。

  除了小米外,百度也选择了禾赛科技,已宣布将与禾赛科技共同研发新一代激光雷达产品并将其搭载于第五代Robotaxi上。

  吉利集团旗下智能纯电品牌极氪智能科技,作为一个成立不久的品牌,选择与速腾聚创达成合作。12月1日,速腾聚创与极氪品牌宣布达成战略合作。速腾聚创在激光雷达领域的地位是毋庸置疑的,号称亚太地区市占率第一。Yole Development数据显示,2021年速腾聚创在全球以10%的市场份额位列法雷奥之后,超过其他厂商排列第二。早在2018年的时候,速腾聚创就获得了北汽产投、上汽旗下尚欣资本等的投资。

  而长安汽车和哪吒汽车则是选择与华为合作。确实华为激光雷达实力不容小觑,Yole Development数据显示,2021年华为激光雷达以3%的全球市场份额排在第五。从去年8月华为透露在武汉光电研究中心有10000+人在研究激光雷达技术,并计划将激光雷达的成本下降到200美元左右,短短一年时间,华为就已抢占了3%的市场份额,从上文可以看出,已有哪吒S、极狐阿尔法S、沙龙汽车机甲龙三款汽车搭载华为的激光雷达。

  随着自动驾驶级别的提高,激光雷达已成为大多数车企实现L3及以上级别自动驾驶的必备传感器,上车已是弦上之剑。根据 Yole 预测,到2025年中国乘用车领域激光雷达市场空间将会达到378.8亿元,全球乘用车激光雷达市场将达到1082.2亿元,中国市场占全球比重较高,将达到 35%。

  我国乘用车自动驾驶领域激光雷达市场空间(单位:百万元) 来源:光大证券研究所

  可见,车载激光雷达市场仍处于野蛮生长阶段,再加上整车厂抢滩布局,搭载激光雷达车型集中量产上市,市场需求提升带来的大规模量产,以及技术的迭代更新,激光雷达有望快速降价,迎来历史性发展新机遇。“梦之队”再揽双金中国速度再献惊喜