Flash Lidar,a Further Upgrade in the Technological Game

Time:2023-08-22 Reading times:1458

前不久,特斯拉向其他汽车制造商开放FSD授权登上热搜;接着华为余承东在2023重庆车展阿维塔科技发布会上表示,“中国L3级自动驾驶标准即将出炉”,再次掀起自动驾驶技术热潮。据不完全统计,理想L9、极狐阿尔法S全新HI版、智己L7、哪吒S、阿维塔11等车型都采用了激光雷达。甚至最近,加州硅谷开放Robotaxi,大街小巷7×24小时运营的各品牌无人出租车也搭载了激光雷达。

重大利好接踵而至,为自动驾驶的加速发展提供了背书。但自动驾驶加速落地的背后,激光雷达的重要性愈发明显。作为车用传感主要器件之一,激光雷达一直被比喻为自动驾驶车辆的“眼睛”,是帮助汽车实现高阶智能辅助驾驶功能的重要硬件配置之一,近年来,激光雷达市场赛道日渐成熟,国内一批具有自主核心技术的企业也不断涌现。

目前在自动驾驶的感知方案上主要有两种,一是特斯拉的纯摄像头方案,二是国产主导的多传感器融合方案(激光雷达+摄像头+毫米波雷达)。随着高级别自动驾驶的日益普及,确保行驶舒适安全的激光雷达作为其核心器件,受到越来越多的重视。

自动驾驶不是单一的某领域技术,而是多技术融合的成果。激光雷达分辨率高、可成像,摄像头可识别道路场景及目标分类,毫米波雷达测距,测速准确,受环境影响较小。三种传感器各有优势,相互融合感知才能更准确。因此相互融合、取长补短,构建一个更加高效精确的传感系统成为必然的发展趋势。而如何让小型化,低成本,车规级,长寿命的激光雷达配合其他传感器让自动驾驶更加快速的落地,也成为激光雷达市场的阶段性主旋律。


激光雷达,正加速奔跑


回顾固态激光雷达发展历程,十几年前,第一颗激光雷达被安装在实验车顶,进入大众视线,激光雷达上车浪潮随之而来,一直席卷至今。2016年被誉为车载激光雷达元年,此时,Velodyne公司将核心业务激光雷达部门剥离,成立新公司Velodyne LiDAR,其开发的LiDAR传感器一度成为行业标配。

国外激光雷达研究热潮渐起,国内也不甘示弱,中国激光雷达赛道开始嗅到汽车智能化风口的商机,陆续出现了禾赛科技、速腾聚创、Innovusion、一径科技、飞芯电子等一众创新型激光雷达企业。

只是当时的技术路径各不相同,禾赛科技选择传统国内科技公司打法,先基于国外机械式扫描激光雷达引进国内解决有无问题,再进行降本技术迭代,一度让禾赛科技获得了大量的样车订单;速腾聚创早期是以机械式激光雷达入局,2016年底,面对即将爆发的自动驾驶市场,速腾聚创开始调整战略,将重心向MEMS(微电机系统)技术方案倾斜。同时利用MEMS技术的优势,速腾聚创在保证性能的同时将产品做得更加小巧,极大地提高了制造上的一致性,并降低了生产成本,一时订单客源不断。

其他激光雷达企业也“各出奇招”,全面布局市场,而飞芯电子作为当时独树一帜的Flash纯固态芯片级车载主雷达公司,因该技术路径的芯片设计难度,技术的全球独创性,在以“贸工技”为常规硬件创业公司的商业逻辑的中国市场里,并不被大家看好。

进入2017年,多家激光雷达企业宣布推出Flash方案,特别是丰田汽车已经率先在丰田Mirai和雷克萨斯LS500 系列上实现了量产。

最早宣布将量产Flash激光雷达的是美国科技公司TriLumina,其在2017年CES展上发布Flash激光雷达产品。同一年,宣布布局Flash激光雷达的还有北醒光子,在2017年底发布了Flash激光雷达CE30,不过这款产品的垂直视场角仅有9°,应用于AGV小车、物流机器人等领域,没有在乘用车上搭载。

在随后的几年里,LeddarTech、Ibeo、Ouster等几家企业先后发布了Flash激光雷达产品。

2022年后,国内固态激光雷达发展如火如荼,亮道智能、禾赛科技、速腾聚创更是先后发布Flash激光雷达,且普遍将2023年下半年作为量产关键时间节点,并开始了不同程度的布局,但一时间各种技术路径层出不穷,市场呈现百花齐放、百家争鸣的场景。

除了机械式激光雷达,混合固态激光雷达(MEMS、转镜、棱镜),国内的禾赛科技、速腾聚创和国外的ouster还竞相推出基于SPAD阵列的dToF探测技术,虽然能够实现机械结构上的全固态,但dToF探测机理和面阵接收模式,却决定其难以实现完全的同类设备抗干扰,随着同一场景中激光雷达数量的增多,这种隐患将被放大,而为了减小激光发射和数据处理压力,这种雷达还采用了电扫描发射方式,但作用距离大多在40m以内,只能用于近距离补盲。

不过,此时飞芯电子却没走常规路线,反而选择了基于折叠积分和伪随机编码的新型固态激光雷达技术,该技术侧重于在保证同类设备抗干扰的前提下,通过大幅简化探测系统架构、降低数据存储和处理压力从而提高作用距离和低成本控制,进而解决抗干扰、远距离和低成本问题。


战场硝烟四起,Flash技术成焦点


随着国内激光雷达商业化驶入快车道,入局者如雨后春笋般涌现,激光雷达行业正·半固态-全固态路径不断发展。在当下几大激光雷达技术之中,相对更早的机械式激光雷达已经因体积大、成本高和装配困难市场份额不断下降,而量产车型之中,虽然采用混合半固态激光雷达的产品更多,但纯固态激光雷达还是普遍被认为是未来发展的重点方向。

从纯固态激光雷达的两个主流技术方向来看,OPA技术工艺要求苛刻,生产难度大,预计短期内难以实现规模量产;而选择结构相对简单、技术更成熟的Flash激光雷达会更早实现落地。此外,经过多年发展,以905nm为主的ToF技术逐渐完善,不仅产业十分成熟,并且成本较低。与之相比,FMCW在车载应用方面,为了满足其对点频和距离的需求,必须使用多通道的解决方案,系统格外复杂,高额的成本也令不少车企“退避三舍”。

综合对比下,走Flash+ ToF的技术路线无疑是车载激光雷达的最佳选择。不仅结合了Flash方案的体积小、精度高、速度快等优点,在ToF技术加持下,也能极大地降低成本。直到此时,走Flash+ ToF技术路线的飞芯电子才真正浮现在人们眼前。


降成本增产量,打响崛起之战


自动驾驶正成为影响未来行业的关键技术,在2023年的上海车展中,作为智能汽车的关键传感器,高感知、高精度的激光雷达更是成为了各大车企比拼智能化“成绩”的“赛场”之一。

一边是相对清晰的结论,激光雷达是高阶智驾的必备传感器;另一边却是冰冷的现实,由于激光雷达的高昂成本,越来越多智驾方案正在考虑摒弃激光雷达。

光大证券在研报中指出,大部分性能优良的激光雷达价格在1000美元左右;与之相比,4D毫米波雷达价格在200美元左右,而摄像头更低至几十美元。

尽管特斯拉为代表的部分车企依然坚持基于摄像头的纯视觉技术路线。然而,很多汽车产业从业者及行业专家认为,未来高级别的自动驾驶一定是以激光雷达为主导的“多传感融合”方案,而不是以摄像头主导的“纯视觉感知”。因此,亮道智能、禾赛科技、速腾聚创、飞芯电子等激光雷达厂商们,不得不竭力破局。

固态激光雷达赛道长坡厚雪,当前大部分企业只是在传统的CMOS传感器上做了改进,但原理性上并没有关键性突破,要想满足车载Flash的要求,必须设计出具有强抗干扰能力的Flash方式芯片。

值得注意的是,飞芯电子在2016年就提出了芯片级的方案,通过自主研发的芯片设计、电路设计、信号处理、系统集成等核心技术,研制出低成本、体积小、高可靠且具有高抗干扰性和对人眼保护的激光雷达产品,并将关键核心技术牢牢掌握在自己手里,而不是简单的组装。

不过,即使当前激光雷达赛道上新老玩家众多,但要想满足低成本和抗同类设备干扰的要求,完全火力全开迎接激光雷达量产潮,还有很长的路要走。市场格局终点未定,生死竞速才刚刚开始。由于激光雷达结构精密,对生产的精度和一致性要求极高。在完成产品设计到批量化交付之间,还有大量的工作要做。要想进入前装实现商业化量产,涉及到功能定义、硬件设计、软件开发与测试验证、系统集成这几大重要环节,缺一不可。

如今,经历了机械式、半固态、固态等扫描方式后,依然没有一项能在成本、技术上占据显著优势。无论是Ibeo量产的固态方案,还是国内的禾赛科技、速腾聚创、亮道智能几乎都是沿用Flash纯固态补盲雷达融合解决方案,借助成熟的标准CMOS工艺持续降本,快速实现规模量产。即使飞芯电子在自研接收和发射芯片领域有一定把握,但要想实现真正上车的固态激光雷达,测距瓶颈仍有待突破!

伴随智能汽车市场份额不断增长且持续扩大,越来越多用户对于自动驾驶技术充满期待,显然,拥有更强自动驾驶技术的汽车将成为企业发展的关键,激光雷达技术决战下半场,“群雄逐鹿”的时代正在到来。

本文来自微信公众号:激光行业观察