李沐華

汽車(chē)智能化浪潮迎面而來(lái)！

2005年Velodyne創(chuàng)始人David Hall發(fā)明了3D實(shí)時(shí)激光雷達(dá)，開(kāi)創(chuàng)了激光雷達(dá)在無(wú)人駕駛領(lǐng)域的新紀(jì)元——通過(guò)光探測(cè)距離生成數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的數(shù)據(jù)點(diǎn)生成點(diǎn)云，為機(jī)器和計(jì)算機(jī)提供3D周?chē)h(huán)境的準(zhǔn)確展示和感知，讓“看見(jiàn)”和“看清”賦能新一代汽車(chē)。優(yōu)秀的車(chē)載激光雷達(dá)需要具備良好的測(cè)遠(yuǎn)能力、精度、高清晰度，高性?xún)r(jià)比和低功耗。

預(yù)計(jì)2023-2024年激光雷達(dá)將迎來(lái)重要拐點(diǎn)，到2025年中國(guó)車(chē)載激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將突破200億元。

自動(dòng)駕駛由感知、預(yù)測(cè)、規(guī)劃、控制四大關(guān)鍵部分組成。首先通過(guò)各類(lèi)傳感器獲得相機(jī)圖像、激光雷達(dá)點(diǎn)云等周?chē)紨?shù)據(jù)，得到車(chē)道、可駕駛區(qū)域、運(yùn)動(dòng)物體和交通信號(hào)等信息，之后預(yù)測(cè)移動(dòng)障礙物的意圖和軌跡，并根據(jù)獲得的信息優(yōu)化車(chē)輛的路線(xiàn)和行動(dòng)，最后控制車(chē)輛完成加速、減速、轉(zhuǎn)向等動(dòng)作來(lái)跟隨規(guī)劃路徑。激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛中屬于感知部分的重要信息輸入來(lái)源。

自動(dòng)駕駛按照車(chē)輛自動(dòng)化程度分為6個(gè)等級(jí)，L3級(jí)之后在使用自動(dòng)駕駛功能時(shí)駕駛員無(wú)需駕駛汽車(chē)。SAE和中國(guó)《汽車(chē)駕駛自動(dòng)化分級(jí)》均把L3級(jí)別作為輔助駕駛和自動(dòng)駕駛分水嶺，目前較為普及的為L(zhǎng)2級(jí)別輔助駕駛，主要具備ACC自適應(yīng)巡航、自動(dòng)泊車(chē)等輔助功能。3級(jí)自動(dòng)駕駛在系統(tǒng)接管后實(shí)現(xiàn)以系統(tǒng)為導(dǎo)向到自動(dòng)駕駛無(wú)需駕駛員控制，可以實(shí)現(xiàn)高速及部分市區(qū)路段自動(dòng)駕駛場(chǎng)景。駕駛主動(dòng)“人控”和主動(dòng)“車(chē)控”的是主要區(qū)別。

自動(dòng)駕駛感知方案分為輕硬件重算法的視覺(jué)方案和以激光雷達(dá)為主的多傳感器融合方案：特斯拉堅(jiān)持純視覺(jué)方案，采用來(lái)自多個(gè)攝像頭的圖像通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，利用海量數(shù)據(jù)來(lái)做出關(guān)于加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向的決定，輕傳感器重算法。其他廠商均采用激光雷達(dá)、相機(jī)、毫米波雷達(dá)多傳感器融合方案提升安全性能，重硬件輕軟件。

激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波傳感器和攝像頭各有優(yōu)缺點(diǎn)。高度自動(dòng)駕駛和完全自動(dòng)駕駛的車(chē)輛需要多傳感器融合，能在各種天氣和照明條件下創(chuàng)建精確的車(chē)輛周?chē)h(huán)境感知以及長(zhǎng)短距離地圖。

超聲波在幾米以外的空氣中會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的衰減，因此主要用于短距離物體檢測(cè)。毫末波雷達(dá)有不同距離范圍選擇，環(huán)境干擾能力強(qiáng)，可以滿(mǎn)足車(chē)輛對(duì)全天氣候的適應(yīng)性的要求，但由于分辨率較差無(wú)法識(shí)別物體。相機(jī)性?xún)r(jià)比高且易于使用，盡管能夠通過(guò)算法感知深度，但是強(qiáng)烈取決于周?chē)庹諚l件和需要大量數(shù)據(jù)處理以提取有用信息。相機(jī)是唯一能看到顏色的技術(shù)，并且可以應(yīng)用在車(chē)道保持輔助功能。激光雷達(dá)通過(guò)發(fā)射激光來(lái)測(cè)量物體與傳感器之間精確距離并在沒(méi)有大量后端處理的情況下獲取周?chē)矬w的精確距離及3D信息，以實(shí)現(xiàn)避障功能。結(jié)合預(yù)先采集的高精地圖，機(jī)器人在環(huán)境中通過(guò)激光雷達(dá)的定位精度可達(dá)厘米量級(jí)，以實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。

特斯拉純視覺(jué)方案需要海量行駛數(shù)據(jù)支持，以激光雷達(dá)為主的多傳感器方案更適合大部分車(chē)企。特斯拉在2014發(fā)布自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)時(shí)激光雷達(dá)技術(shù)不成熟并且價(jià)格過(guò)于昂貴，于是選擇純視覺(jué)方案。在數(shù)據(jù)收集上有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前市場(chǎng)特斯拉存量已經(jīng)超過(guò)200萬(wàn)臺(tái)，并有累計(jì)超過(guò)2億英里的自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)。從純視覺(jué)方案角度來(lái)看，其他單一車(chē)企難以在短期超越特斯拉的累計(jì)數(shù)據(jù)量。隨著激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化，以激光雷達(dá)為主的傳感器融合方案是當(dāng)下大部分車(chē)企選擇的主流路徑。

目前越來(lái)越多的車(chē)企均配置1-2顆激光雷達(dá)，從算法層面來(lái)看，由于激光雷達(dá)探測(cè)距離精度高，算法公司評(píng)測(cè)感知能力的真值甚至深度學(xué)習(xí)真值來(lái)自激光雷達(dá)。采用前置激光雷達(dá)在感知融合時(shí)可以直接采用激光雷達(dá)的信息，拋棄視覺(jué)信息，直接判斷前車(chē)大小和距離。在不同光照條件下對(duì)障礙物的有效檢測(cè)，能夠降低急剎和晚剎概率，提升駕駛安全性和舒適性。在現(xiàn)實(shí)生活中動(dòng)靜物體分布和種類(lèi)都比較復(fù)雜，單一傳感器很難達(dá)到高的識(shí)別效果，以激光雷達(dá)為主的多傳感器融合將為駕駛帶來(lái)全新安全保障。

激光雷達(dá)通過(guò)三維建模提高精度，可補(bǔ)足其他傳感器弊端并加速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。激光雷達(dá)具有高清晰度、遠(yuǎn)探測(cè)距離、提供實(shí)時(shí)3D地圖的優(yōu)勢(shì)，在多傳感器融合方案受到奔馳、寶馬、大眾、日產(chǎn)、豐田、蔚來(lái)、理想、小鵬等新舊造車(chē)勢(shì)力的青睞。同時(shí)，由于所有傳感器類(lèi)型都有局限性，為了使不同傳感器在變幻莫測(cè)的駕駛條件下都需要作出正確的決策，多傳感器互補(bǔ)在不同維度保證了駕駛安全冗余。

L2自動(dòng)輔助駕駛通常采用攝像頭與毫米波雷達(dá)融合。L1、L2級(jí)車(chē)輛通常具有一個(gè)前置遠(yuǎn)程雷達(dá)和一個(gè)用于自適應(yīng)巡航控制、緊急制動(dòng)輔助和車(chē)道偏離警告/輔助的攝像頭，兩個(gè)后向中距雷達(dá)實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)檢測(cè)，以及4個(gè)額外攝像頭和12個(gè)超聲波傳感器可實(shí)現(xiàn)360度視野實(shí)現(xiàn)泊車(chē)輔助功能。

L2+是從輔助駕駛走向更高級(jí)別自動(dòng)駕駛的必經(jīng)之路。具體來(lái)說(shuō)，激光雷達(dá)也需要時(shí)間收集數(shù)據(jù)并更新軟件調(diào)整優(yōu)化，并不是自動(dòng)駕駛的靈丹妙藥，但由于其在不同光照條件下精準(zhǔn)的探測(cè)能力可以降低算法難度而受到歡迎。過(guò)去，由于需要采用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)訓(xùn)練模型識(shí)別物體，攝像頭即使有大量數(shù)據(jù)也難以避免邊角案例。毫米波雷達(dá)分辨率較差，通常在算法上會(huì)過(guò)濾相對(duì)于路面不移動(dòng)的雷達(dá)回波，以保證車(chē)輛在遇到隧道洞、路牌等情況下能正常行駛，但遇到白色卡車(chē)橫在道路中央的極端案例會(huì)導(dǎo)致相機(jī)和毫米波雷達(dá)雙雙失效化身馬路殺手造成不幸。不同于攝像頭需要訓(xùn)練模型，激光雷達(dá)在面對(duì)未知物品時(shí)至少能夠給予安全范圍指導(dǎo)，所以L(fǎng)2+級(jí)別的輔助駕駛配備激光雷達(dá)不僅極大提升駕駛安全性，全面保障駕駛員和乘客的安全，更能收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為L(zhǎng)3打下基礎(chǔ)。硬件預(yù)埋和后續(xù)OTA遠(yuǎn)程升級(jí)是當(dāng)下整車(chē)廠的常用方式。例如最早上線(xiàn)激光雷達(dá)的小鵬也采用了硬件預(yù)埋及后續(xù)OTA升級(jí)開(kāi)啟使用功能的路徑。

自動(dòng)駕駛采用激光雷達(dá)可以獲得高安全冗余。車(chē)輛通常會(huì)配備前置遠(yuǎn)距激光雷達(dá)在其他傳感器受限時(shí)可獲得安全冗余，例如攝像頭在夜晚或強(qiáng)光下無(wú)法識(shí)別時(shí)。同時(shí)由于激光雷達(dá)具有高分辨率、廣角大和精度高的特點(diǎn)，是檢測(cè)、分類(lèi)物體、跟蹤地標(biāo)以進(jìn)行定位的必備功能。在高速公路應(yīng)用通常還需后向長(zhǎng)距激光雷達(dá)檢測(cè)高速公路上的接近車(chē)輛，提供更全面的感知。對(duì)于L4/L5級(jí)車(chē)輛通常需要使用不同傳感器獲得360度視圖，以提供冗余并消除每個(gè)傳感器的缺點(diǎn)，可能會(huì)采用5-10個(gè)攝像頭、8-12個(gè)毫米波雷達(dá)和5-12激光雷達(dá)。當(dāng)然，技術(shù)創(chuàng)新和突破可能會(huì)改變無(wú)人駕駛傳感器配置。

激光雷達(dá)從快速上車(chē)角度來(lái)看，需要平衡性能、可靠性、可量產(chǎn)、低成本四大方向。

激光雷達(dá)作為車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品關(guān)乎生命安全，對(duì)可靠性要求極高，十分考驗(yàn)廠商的研發(fā)和制造能力。車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品需要滿(mǎn)足-40-105°C使用環(huán)境和15年使用壽命，同時(shí)要保證0失效率，難度較高。在制造過(guò)程中也需要設(shè)計(jì)安全冗余保證量產(chǎn)良率，同時(shí)也能降低成本。在滿(mǎn)足使用性能的前提下，車(chē)規(guī)級(jí)可靠性是保障安全的技術(shù)，可量產(chǎn)和成本也是上車(chē)關(guān)鍵。

激光雷達(dá)可通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、量產(chǎn)、自主研發(fā)降低成本。從技術(shù)路徑發(fā)展來(lái)看，從機(jī)械式到混合固態(tài)再到純固態(tài)，通過(guò)減少動(dòng)態(tài)部分，壓縮產(chǎn)品體積、提高集成度都是降本的主要方式。例如Velodyne機(jī)械激光雷達(dá)在2007年首次推出的產(chǎn)品單價(jià)為75000美元約合50萬(wàn)人民幣，如今已上車(chē)的混合固態(tài)激光雷達(dá)價(jià)格在800-4000美元，從結(jié)構(gòu)上已經(jīng)能大幅降低產(chǎn)品價(jià)格和成本。另外一方面，隨著供應(yīng)鏈成熟度提高以及企業(yè)量產(chǎn)能力提升，隨著采購(gòu)量提升天然會(huì)有成本降幅。同時(shí)通過(guò)ASIC自主開(kāi)發(fā)解決FPGA貴和進(jìn)口依賴(lài)的痛點(diǎn)，未來(lái)實(shí)現(xiàn)更高自主可控性和更有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。下游車(chē)廠普遍認(rèn)為當(dāng)激光雷達(dá)價(jià)格到達(dá)500美元以?xún)?nèi)時(shí)，有望獲得更大批量裝車(chē)。

激光雷達(dá)廣泛應(yīng)用于多領(lǐng)域，車(chē)載激光雷達(dá)市場(chǎng)成長(zhǎng)最快。激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模較大且處于快速發(fā)展期。由于其精準(zhǔn)的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛汽車(chē)、工業(yè)、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人和3D測(cè)繪等終端市場(chǎng)中。

在自動(dòng)化、智能化的大背景下，根據(jù)Yole測(cè)算，激光雷達(dá)整體市場(chǎng)將從2020年1.8億美元增長(zhǎng)到2026年的57億美元，復(fù)合年化增速高達(dá)23%。在激光雷達(dá)下游應(yīng)用中車(chē)載激光雷達(dá)增速最快，從2020年2600萬(wàn)美元增長(zhǎng)至2026年23億美元，復(fù)合增速達(dá)94%，呈現(xiàn)爆發(fā)趨勢(shì)。

在無(wú)人駕駛快速發(fā)展的背景下，2030全球用于ADAS/AD系統(tǒng)的傳感器市場(chǎng)規(guī)模將超千億人民幣。根據(jù)麥肯錫預(yù)測(cè)，2020-2030年用于ADAS/AD系統(tǒng)傳感器總規(guī)模將從2020年130億美元增長(zhǎng)至2030年430億美元，年化復(fù)合增速為13%;其中增長(zhǎng)主力為激光雷達(dá)，將在2030年增長(zhǎng)至120億美元，年化復(fù)合增速為80%。

2022年是激光雷達(dá)上車(chē)元年，自動(dòng)駕駛加速滲透帶動(dòng)激光雷達(dá)放量。目前激光雷達(dá)廠商均以初創(chuàng)公司為主，截至2021年第三季度一共有29個(gè)產(chǎn)品獲得汽車(chē)行業(yè)采納，其中法雷奧、速騰聚創(chuàng)、Luminar為前三名。中國(guó)企業(yè)速騰聚創(chuàng)市占率為10%，大疆、賽瞳科技分別占7%。

根據(jù)調(diào)研結(jié)果來(lái)看，中國(guó)激光雷達(dá)在全球搶跑，車(chē)載激光雷達(dá)行業(yè)確定性極高，2022年預(yù)計(jì)出貨量20-30萬(wàn)臺(tái)，2023年預(yù)計(jì)出貨100萬(wàn)臺(tái)，從0到1的突破走向1到N的大規(guī)模量產(chǎn)上車(chē)。

2017年法雷奧上車(chē)奧迪A8打響激光雷達(dá)上車(chē)第一槍;2021年激光雷達(dá)選配導(dǎo)入市場(chǎng)，上車(chē)小鵬P5、寶馬ix、摩卡和銀狐阿爾法S;2022年蔚來(lái)ET7全系標(biāo)配并量產(chǎn)出貨，目前交付超過(guò)4000臺(tái)，也讓圖達(dá)通成為全球范圍內(nèi)第一款量產(chǎn)上車(chē)的高性能激光雷達(dá)的產(chǎn)品。

海外方面，沃爾沃將在2022版電動(dòng)XC90 SUV上標(biāo)配Luminar激光雷達(dá)，Nissan也宣布將在2030年之前達(dá)成新車(chē)全系標(biāo)配激光雷達(dá)。目前大部分車(chē)企宣布合作幾乎都是選配，說(shuō)明部分車(chē)廠將激光雷達(dá)作為銷(xiāo)售亮點(diǎn)，可能對(duì)于激光雷達(dá)有所保留或者處于觀望的狀態(tài)，未來(lái)量產(chǎn)后有望實(shí)現(xiàn)全系標(biāo)配。

中國(guó)激光雷達(dá)企業(yè)上車(chē)速度領(lǐng)先于海外。在國(guó)外大部分激光雷達(dá)廠家仍處于定點(diǎn)階段到情況下，中國(guó)激光雷達(dá)已有選配和標(biāo)配激光雷達(dá)汽車(chē)出貨。從公開(kāi)的2021-2022年量產(chǎn)車(chē)型中可以看見(jiàn)大部分可選配激光雷達(dá)的車(chē)型為中國(guó)新能源車(chē)，并且大部分在20萬(wàn)元以上，配備1-5個(gè)激光雷達(dá)，大部分車(chē)企采用了MEMS和轉(zhuǎn)鏡掃描方式的激光雷達(dá)。從激光雷達(dá)企業(yè)角度看，速騰聚創(chuàng)在定點(diǎn)和量產(chǎn)上目前位列第一。

從車(chē)廠規(guī)劃來(lái)看有望2025年達(dá)成L4/L5級(jí)別自動(dòng)駕駛，下游裝機(jī)量、率齊升。從區(qū)域上看，歐美日韓主機(jī)廠在L4級(jí)發(fā)展最為領(lǐng)先，奔馳、通用等已進(jìn)入L4級(jí)試點(diǎn)運(yùn)營(yíng)階段，寶馬、大眾、奧迪等主力廠商有較詳細(xì)落地計(jì)劃。中國(guó)車(chē)企目前在L2和L3級(jí)別較多，L4、L5仍在遠(yuǎn)期規(guī)劃中。2020和2021年中國(guó)自動(dòng)駕駛功能裝配量和裝配率都有大幅提升，具體來(lái)看L2+自動(dòng)駕駛功能裝配量從2020年303萬(wàn)輛增加至2021年479萬(wàn)輛，滲透率從2020年16%增加至2021年24%。2022Q1中國(guó)乘用車(chē)L2及以上自動(dòng)駕駛功能裝配率達(dá)30.1%，同比增加12.7%，可以明顯看出L2+自動(dòng)駕駛滲透量和滲透率均有顯著提升。

中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量整體較為穩(wěn)定，25萬(wàn)以上車(chē)型銷(xiāo)量占比有所提升。從汽車(chē)銷(xiāo)售結(jié)果來(lái)看，25萬(wàn)以上車(chē)輛占比從2019年21%上升至截止2022年5月的29%，占比上升明顯。15-25萬(wàn)占比從2019年25%提升至27%，略有增長(zhǎng)。10-15萬(wàn)占比從2019年32%下降到26%，10萬(wàn)以?xún)?nèi)占比從2019年23%下降到18%，說(shuō)明15萬(wàn)以?xún)?nèi)車(chē)輛銷(xiāo)售占比有明顯下降。從銷(xiāo)售價(jià)格比例來(lái)看，有一定車(chē)輛消費(fèi)升級(jí)趨勢(shì)。從銷(xiāo)售映射到激光雷達(dá)上車(chē)角度來(lái)看，我們?cè)谡{(diào)研中發(fā)現(xiàn)通常20萬(wàn)以上的車(chē)型會(huì)配備激光雷達(dá)，35萬(wàn)以上較為高端車(chē)型會(huì)配備2-3個(gè)激光雷達(dá)，部分高端車(chē)型或選擇具有更強(qiáng)探測(cè)精度和體驗(yàn)的1550nm波長(zhǎng)激光雷達(dá)?？傮w來(lái)看，目前25萬(wàn)以上車(chē)輛占比超過(guò)29%，15萬(wàn)以上車(chē)輛占比已超過(guò)55%。

預(yù)計(jì)2023-2024年激光雷達(dá)將迎來(lái)重要拐點(diǎn)。從激光雷達(dá)企業(yè)出貨調(diào)研以及下游主機(jī)廠對(duì)激光雷達(dá)需求推斷，到2025年中國(guó)車(chē)載激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將突破200億元。

全球激光雷達(dá)領(lǐng)先企業(yè)均擁有從硬件到感知軟件的服務(wù)能力和解決方案，實(shí)現(xiàn)感知回流融合的閉環(huán)，一站式解決車(chē)輛從“看到”到“看懂”的難題。多數(shù)車(chē)廠選擇激光雷達(dá)硬件預(yù)埋，激光有效數(shù)據(jù)收集為后續(xù)多傳感器融合及模型訓(xùn)練提供海量數(shù)據(jù)。頂級(jí)激光雷達(dá)企業(yè)應(yīng)當(dāng)具有良好的技術(shù)能力、量產(chǎn)上車(chē)能力和軟件應(yīng)用迭代能力，使公司在短期中期和長(zhǎng)期都具有良好的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

從短期量產(chǎn)角度來(lái)看，未來(lái)5-8年轉(zhuǎn)鏡和MEMS都是出色的解決方案。轉(zhuǎn)鏡和MEMS的混合固態(tài)解決方案是目前最適合量產(chǎn)上車(chē)的技術(shù)路徑，能夠滿(mǎn)足車(chē)規(guī)級(jí)要求，并具有較長(zhǎng)的壽命和可靠的穩(wěn)定性，非常適合上車(chē)采集數(shù)據(jù)為多傳感器融合提供海量數(shù)據(jù)訓(xùn)練基礎(chǔ)。在此階段，能夠量產(chǎn)上車(chē)的激光雷達(dá)企業(yè)能獲得階段性勝利，并由上路收集到的數(shù)據(jù)回流模型筑起護(hù)城河。由于長(zhǎng)期技術(shù)路徑暫未收斂，競(jìng)爭(zhēng)格局尚不明晰。

長(zhǎng)期來(lái)看數(shù)據(jù)為王。具體來(lái)看，上車(chē)更多更早的公司更能夠發(fā)現(xiàn)激光雷達(dá)在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的缺陷和弊端，自動(dòng)駕駛乘用車(chē)需要綜合能力持續(xù)穩(wěn)定量產(chǎn)交付，先賣(mài)車(chē)出去才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回傳閉環(huán)體系。在此基礎(chǔ)上有望在下一步模型訓(xùn)練中獲得更多優(yōu)勢(shì)并擁有更強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。