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固態補盲,2023年的鐳射雷達新戰場?

簡介亮道智慧產品戰略總監王石峰指出,如果MEMS鐳射雷達要提高視場角水平,必然需要改變鏡面設計,比如鏡面要做得足夠大,在5mm以上,這個運動部件的變化會給產品帶來疲勞耐久度的挑戰,純固態鐳射雷達就沒有這種底層技術瓶頸問題

沙場屬於什麼行業

鐳射雷達市場的火藥味愈發濃烈。

一個星期內,禾賽、速騰、亮道智慧相繼公佈了自己固態補盲鐳射雷達產品的新進展。

禾賽說,我的近距補盲鐳射雷達 FT120,目前

已拿到來自多家主機廠超過 100 萬臺的量產定點

,預計將於 2023 年下半年開啟量產交付。

速騰說,我的固態補盲鐳射雷達E1,

120°的水平視場角市面上最大

,綜合性能最強,SOP時間也在2023年下半年。

亮道智慧立馬跟上,說,亮道補盲鐳射雷達LDSatellite的

SPAD晶片已經透過AEC-Q100認證

,SOP時間則是在2023年Q3。

“目前國內市場上能用的補盲鐳射雷達只有一徑的ML-30s,明年大家可能會開始爭奪補盲鐳射雷達。”一鐳射雷達公司的高層對新智駕指出。

而近兩年發展態勢頗為疲軟的國外廠商也不甘落後。

跟不上市場迭代節奏的歐洲選手Ibeo剛無奈宣佈破產,11月7號,鐳射雷達老玩家Ouster和Velodyne就搞了個大動作,表示要合併,新公司雙方各持股50%,合併將在2023年上半年完成。

“國外鐳射雷達公司的技術儲備很深,他們一開始的戰略是像英偉達一樣,慢慢做,兩年出個產品,但現在被逼得把壓箱底的東西都拿出來,Ouster、Aeva都是這樣,他們預計5年甚至10年後才會上市的產品,結果現在已經做出了工程樣機。”另一業內人士則如此表示。

紛紛發力固態補盲,FOV越來越卷

基於ToF測距方法,鐳射雷達行業公認的技術發展路線,是從機械式→半固態(MEMS、轉鏡、稜鏡)→純固態(OPA、Flash),為了降低成本和更易過車規,行業追求收發、掃描模組的機械運動部件越少越好。

禾賽和速騰近期釋出的補盲鐳射雷達均是固態的,內部沒有任何運動部件。

不過據介紹,不管是禾賽的FT120,還是速騰的E1,在發射端採用的都並非是傳統的 Flash 技術方案。

Flash的概念最早從手電筒的閃光式叫法沿襲過來,從原理上來看,Flash 鐳射雷達透過在短時間直接發射出一大片覆蓋探測區域的鐳射,再以高度靈敏的接收器,來完成對環境周圍影象的繪製。

但速騰認為,這種泛光面陣式方案的能量利用率偏低,因為對於感測器而言,並不是所有環境都需要照到同樣亮,而是常常要需要設定感興趣區域(ROI)來專注或者簡化工作過程。

因此速騰E1的發射端晶片,採用的是二維可定址面陣VCSEL技術,可支援靈活的掃描模式。

”我們把需要感知的地方點亮,一些邊緣的地方(比如天空)並沒有放光去照,所以能量利用率會更高,“速騰聚創 CEO助理兼戰略規劃總監謝星對新智駕指出。

速騰的E1能對不同測距場景實時調節局部發射功率,禾賽的FT120,則是能對發光時間和發光方向進行調節。

不過對於補盲鐳射雷達來說,能量利用率高低還在其次,更重要的還是視場角、測距能力、解析度這些核心效能指標。

從效能上看,速騰E1的

水平FOV為120°,垂直FOV為90°

。在速騰的方案中,兩顆E1+一顆水平FOV為120°的前視鐳射雷達,就能讓整車實現360°水平視場的無死角感知。

固態補盲,2023年的鐳射雷達新戰場?

禾賽FT120的視場角則為

100° x 75°

,全域性解析度為160 (H) x 120 (V) 。

固態補盲,2023年的鐳射雷達新戰場?

在禾賽的方案中,實現360°的環視感知,則需要四顆FT120和一顆水平FOV為120°的前視鐳射雷達。

測距方面,E1和FT120的探測距離均為30 米 @10%反射率,即鐳射雷達發射光束到30米的距離可以看清最低10%光線反射率的物體。

除了速騰和禾賽,亮道智慧也公佈了其固態補盲鐳射雷達LDSense Satellite的最新進展,宣佈Satellite的核心元器件SPAD晶片已透過AEC-Q100認證,其自有工廠全自動化生產產線將於2023年第一季度投產驗證。

LDSense Satellite早在今年5月就已釋出,是國內首款純固態補盲鐳射雷達,視場角

為120°×75°

,同樣計劃在2023年下半年SOP。

另外,目前國內市場上已實現量產交付的補盲鐳射雷達,則是一徑科技的ML-30s。

不過一徑的補盲雷達走的是MEMS+905nm波長的路線,並不是純固態雷達,FOV

為140°×70°

,等效線束為160線,角度解析度小於0。4°。

而此前,大陸已推出了兩代短距固態 Flash 鐳射雷達:短距鐳射雷達 SRL121(探測距離 1-10 米)、固態短距鐳射雷達 HFL110(50 米以內),其中HFL-110已上車豐田的部分車型。

除了鐳射雷達供應商、Tier1巨頭,整車廠也開始整活。

新智駕獲悉,蔚來在去年已開始自研補盲鐳射雷達,由硬體VP白劍主導,他們對效能要求激進,比如FOV水平方向要做到150°-160°,垂直方向則要求做到120°,被知情人士吐槽現在“打死都做不出來”。

固態鐳射雷達:遠測距+大FoV難兼得

出於成本考慮,馬斯克很早就表達過對鐳射雷達的不屑,稱之為“foolish”。

而在特斯拉最新公佈的方案中,自10月起,北美、歐洲及中東地區交付的Model 3、Model Y的智慧駕駛感知方案已率先移除超聲波雷達,只剩下8個攝像頭。

再依靠特斯拉的視覺處理能力,車輛也能實現360°感知,並且對周圍環境的監測距離最遠可達250米。

但目前國內車企構建全感知體系,還得依賴半固態鐳射雷達提供前向的測遠功能,乘用車兩側的近距環視感知,則一般由攝像頭、毫米波雷達負責。

“我們在做E1的產品定義時,

最開始看到的一個剛需場景就是自動泊車

。”謝星透露。

自2020年以來,國內ADAS市場滲透率快速上升,各車廠正越來越把自動泊車、ACC自適應巡航等智慧駕駛核心功能作為自身車輛的賣點。

但用攝像頭或毫米波雷達來提供側向補盲感知功能,都各有不足。

攝像頭作為被動感測器,接收的是環境反射的被動光,成像效果受光線情況影響大,遇到逆光、強光容易瞬盲,另外攝像頭也無法對未經訓練的障礙物進行檢測。

毫米波雷達則解析度不高,對靜態物體特徵很難提取,碰撞邊界不準確,也無法識別車道線,“能告訴車主快撞了,卻不能告知哪個地方會被撞,離車有多遠,相當於一個沒有經驗的司機”。

那為什麼不用半固態鐳射雷達做補盲?

其實這更多是一個關於收益與成本對比的商業決策問題。

“在沒釋出E1之前,也有客戶試過用半固態鐳射雷達來搭建全感知體系,方案是前邊三顆後邊三顆,但這樣就會給客戶帶來很大的成本壓力。”謝星表示。

為了精簡鐳射雷達感測器的數量,並且實現0盲區,目前各鐳射雷達廠商都在追求更廣的水平視場角,而為了兼顧地面小物體感知與大型障礙物感知,補盲鐳射雷達垂直FoV也在逐步擴大。

固態補盲,2023年的鐳射雷達新戰場?

但對於目前的半固態鐳射雷達來說,

遠測距和大FoV二者難兼得

亮道智慧產品戰略總監王石峰指出,如果MEMS鐳射雷達要提高視場角水平,必然需要改變鏡面設計,比如鏡面要做得足夠大,在5mm以上,這個運動部件的變化會給產品帶來疲勞耐久度的挑戰,純固態鐳射雷達就沒有這種底層技術瓶頸問題。

同樣地,目前,Flash主流方案採用VESCL發射 + SPAD接收組合,由於VESCL單點發射功率遠低於EEL,導致Flash鐳射雷達也很難兼顧大FoV和遠測距。

比如Ibeo NexT就是用Flash方案做的中長距雷達,能實現150m@10%反射率,但其水平FoV僅為30°左右,遠不及主雷達需要的水平FoV 120°效能表現

所以當下Flash做中長距不具備競爭力,但如果測距僅做到幾十米,Flash鐳射雷達就可以實現大視場角,非常適合補盲鐳射雷達的定位。

“怎麼樣在現有的視場角範圍內,去增加Flash鐳射雷達的識別探測距離,這個就要用新一代的晶片,從發射端提高發射的效率、能量、密度,接收端也要做得更好,包括軟體處理訊號濾波也要做得更好。”

亮道智慧CEO劇學銘表示,

現在這一代的Flash鐳射雷達晶片,還無法在不犧牲視場角水平的情況下,提高測距能力

因此謝星透露,從產品策略上,速騰的方向是在中長距感知場景,沿著MEMS技術路線做鐳射雷達產品的迭代,在短距感知場景,則沿著純固態路線做產品迭代。

關於鐳射雷達,全球並不同涼熱

曾經,Robotaxi用的鐳射雷達市場,國外廠商無疑是第一梯隊。2015年以前,只有Velodyne才出售64線的鐳射雷達,且售價相當昂貴,為8萬美元。

在供需最失衡的2016年,Robotaxi企業要想買下Velodyne的一顆鐳射雷達,不僅要全款下單,還得等上足足7個月。

這幾年,國外鐳射雷達廠商的日子並不好過,上市了的Velodyne(市值1。86億美元)、Ouster(1。84億美元)、Aeva(3。92億美元)、Luminar(26。3億美元)、Innoviz(6。14億美元)不僅歸母淨利潤均未走正,市值也是相比於上市時暴跌,比如Luminar上市時市值約為78億美元,如今已跌去近三分之一。

鐳射雷達鼻祖Velodyne則不斷地和各個公司進行著專利訴訟。

“Velodyne將專利視作商業競爭的武器,為提高自己業務的市場份額服務。如果在北美市場,Velodyne有絕對的信心打敗禾賽的話,是不會動用專利武器的,現在Velodyne又在起訴Ouster,說明Velodyne的產品競爭力是偏弱了。”提到Velodyne為何頻繁陷入專利官司,一業內人士如此指出。

Quanergy更是在11月9日宣佈退市。

德國選手Ibeo則因無法獲得進一步的融資,在近期正式對外宣佈申請破產。

亮道智慧在中德均有研發團隊和業務,對於Ibeo的境況,劇學銘直言,這是由於國內外智慧汽車的發展已經呈現出非常明顯的差異,在全球鐳射雷達市場中,中國車企是難得有強烈意願上車鐳射雷達的。

因此國外傳統的老牌鐳射雷達公司和國內的同行

,確實處於完全不一樣的季節

以德國為例,大眾、戴姆勒和寶馬這德系三強在自動駕駛方面的積累、對鐳射雷達的使用(全球第一款搭載鐳射雷達的量產車型就是奧迪A8)、對L3功能的開發和上車其實開始得早,但由於它們更注重功能的安全性、舒適性,認證標準更加嚴格,定點決策謹慎,所以一款車型的開發週期非常長,從四年到七年的開發週期都有。

“德國的OEM數量有限,車型開發週期又長,對於國外的鐳射雷達公司來說,一旦錯過這一代車型,就會有很長的等待視窗,就需要持續燒錢一段時間。”劇學銘認為。

而如果是服務中國車企,國外鐳射雷達公司的工作節奏又難以適應。

但這並不代表國外鐳射雷達公司已再無競爭力。

現下,Ouster和Velodyne已化干戈為玉帛,宣佈二者要合併,一起繼續在鐳射雷達市場做大做強。

Velodyne 的執行長 Ted Tewksbury 表示,透過合併,兩家公司希望聯合力量並創造規模“以推動盈利和可持續的收入增長”。

“國外鐳射雷達公司的技術儲備很深,但現在一些公司的產品離SOP還有幾年,它們的進度緩慢也讓外界認為量產固態鐳射雷達需要很長時間,導致大企業沒有專門加快投資。”一業內人士認為,“但真正有實力的公司現在是默不出聲的,計劃等直接做出來後,讓其他家措手不及。”

他指出,接下來Ouster、Aeva等公司產品的釋出,會讓部分對鐳射雷達有所研究的車企或Robotaxi公司,決定再等等,放棄ToF雷達,而選擇Flash雷達。

不過由於目前固態鐳射雷達還未進入商業驗證階段,當下純固態鐳射雷達還面臨著不少挑戰。

比如從硬體自身來看,作為Flash鐳射雷達中的核心晶片,SPAD晶片和VCSEL晶片二者間的驅動和控制邏輯非常關鍵,但由於傳統的SPAD和VCSEL半導體供應商當下並不理解補盲鐳射雷達的應用場景以及中間的控制邏輯,鐳射雷達廠商就需要和產業鏈上下游各方進行長期的摸索、磨合,才能定義出一款真正符合功能需求的產品。

這非一日之功。

什麼時候才能讓消費者真正感受到鐳射雷達上車後的功能和安全性的提升?

劇學銘指出,當下只是鐳射雷達上車量產的階段,真正要讓消費者對鐳射雷達有所感知,除了硬體,還需要對感知和功能開發不斷進行迭代和積累,“國內市場,更好的鐳射雷達功能的出現,我認為是在2025年”。

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