特斯拉的自動駕駛技術規劃沒有采納激光雷達(下文簡稱LiDAR),CEO馬斯克認為價格昂貴的傳感器并非自動駕駛所需;反觀國內車企對于激光雷達顯得更加“包容”,激光雷達在乘用車的定點項目遍及主流品牌。
圖注:已公開乘用車LiDAR定點項目(芯查查制表)根據信通院《車載激光雷達技術與應用研究報告(2023年)》統計,截止到2023年第三季度,已有36家中國車企宣布使用激光雷達,預計國內將有高達106款搭載激光雷達的車型上市,占全球同期預計發布搭載激光雷達新車型總數量近90%,國內搭載激光雷達的車企數量和規模將在未來一段時間長期領跑。從已經公開的乘用車激光雷達定點項目來看,國內激光雷達應用有幾個特點:(1)搭載LiDAR的車型大部分集中在20萬元價格以上,特別是30-40萬元的中高端車型。20萬元以下車型可以視為LiDAR有待于開發的增量市場。(2)盡管有許多定點項目,不表示LiDAR已經進入應用成熟期。DIGITIMES Research的數據顯示,2022年乘用車LiDAR出貨量約為15萬顆,主要來自我國本土汽車制造商推出和交付的車型,這些車型通過LiDAR實現了L2自動駕駛。預計2023年全球車載LiDAR出貨量達到50萬顆,中國將貢獻80%至90%的交付量。以中國汽車工業協會統計數據,2022年乘用車產銷分別完成2383.6萬輛和2356.3萬輛,那么即使2024年的車載LiDAR出貨量翻倍,其滲透率仍然很低。(3)供應商格局較為集中,國內LiDAR常見的供應商為禾賽科技和速騰聚創。過去Velodyne一度壟斷LiDAR市場,2020年敗走中國市場之后,本土廠商進入激光雷達領域并快速崛起。
圖注:車載LiDAR廠商定點車型數量占比(圖片來源:天風證券)汽車OEM更看重LiDAR成本和可靠性
最初汽車產業引入LiDAR,看重的是其可以彌補攝像頭等現有傳感器的不足,但是這種性能的優越性并沒有換來廣泛采用。
特別是2023年以來,汽車產業籠罩在“價格戰”的氛圍中,背后綜合多種因素,包括一季度受特斯拉降價影響、“國六A”清庫存等,降價涉及的面廣泛,據統計有近50家主流車企的上百款車型加入。在這種背景之下,LiDAR相對其他傳感器原本就不具備成本優勢,汽車終端市場降價進一步阻礙LiDAR的普及。
降本增效成為汽車OEM廠商首要任務,在選擇LiDAR的時候,廠商可能不再優先考慮性能,而更多地考慮成本、可靠性、車規級認證、供應鏈、大規模生產能力、可擴展性和易于集成等,再疊加LiDAR系統中的每個組件都充斥著大量技術選項,這些都影響LiDAR的應用。
圖注:LiDAR產品的技術組合(圖片來源:IDTechEx)LiDAR的成本與其結構有關聯,為簡單起見,LiDAR硬件可分為四部分:發射器、接收器、光束控制(Beam steer)、信號控制/處理模塊。其中,業界在光束控制系統投入了大量精力,因為這是3D LiDAR的一項關鍵創新,多數LiDAR初創公司強調其在光束控制系統方面的獨特性。光束控制對LiDAR的可靠性和點云的規律性起著重要作用,但是LiDAR性能參數,如精度、探測范圍和每秒點數,主要依賴于收發器,收發器也在很大程度上決定了LiDAR成本。
車載LiDAR成本:單價100美元是終極目標?另據中信證券的預測,2030年LiDAR車型滲透率達10%,對應的高性能主LiDAR平均價格約450美元;而樂觀情況下,滲透率和平均價格分別為40%和300美元。
影響LiDAR的成本和價格的因素很多,除了滲透率之外,競爭和市場需求條件、以及規模制造也會影響車載LiDAR的因素。
LiDAR的價格和成本要降低到多少,才符合車企的性價比需求,業界沒有一個標準。不過,華為此前就高調宣稱,未來計劃將LiDAR成本降低至200美元,甚至是100美元。業界也存在一種說法是,當每年量產100萬臺,LiDAR成本可以降至500美元,甚至低至100美元。
此外,降低LiDAR價格和成本的最根本途徑還是技術和產品的革新。無論怎樣,如果車載LiDAR要在更廣泛的自動駕駛市場中普及,都要設法降低LiDAR的成本,從國內車載LiDAR領先廠商來看,通常有幾個做法:
(1)自研芯片
自研芯片是降低LiDAR成本的方法之一。例如,禾賽科技自研專用驅動芯片、模擬前端芯片、波形數字化處理芯片、SoC片上系統芯片,將實現更優的性能、更高的集成度、更低的生產成本。該公司已完成芯片化V1.0研究成果并應用于PandarXT之中,PandarXT是國內收發端均使用自研芯片的架構領先的多線旋轉機械式LiDAR產品。
圖注:禾賽科技自研多通道驅動芯片、模擬前端芯片
(2)芯片化
業界的共識之一是,使用半導體工藝的芯片,代替LiDAR傳統的分立式架構,倘若這種產品形態得以實現,能夠達到指數級降低成本。芯片化的本質是通過集成電路的手段將通用的、低集成度的電路元器件和系統根據應用的需要,加工成高集成度的專用模塊。
采用芯片化思路之后,禾賽科技2022年開始量產的AT128,如今的LiDAR單線收發成本僅有原來分立式系統的1/20;此外,北醒LiDAR技術架構所使用的發射器數量,僅為1D掃描架構的1/32,接收器數量僅為1/8,模組數量極大降低;探維旗下Duetto系列產品至2024年的尺寸可能將縮小1/2,單價降至200美元。
(3)激光波長傾向于選擇905nm
激光波長的選擇集中在905nm還是1550nm。1550nm的歷史較長,但不是由于1550nm的檢測范圍較長,而是發散角較小,另一方面與905nm相比,1550nm具有更強的吸水性。但是就供應鏈成熟度和量產規模而言,905nm占主導市場地位,目前對905nm的投資會越來越大。905nm波長的技術選擇,有利于降低光電探測器的成本,此外,905nm激光器可以使用相對便宜的半導體材料生產,有助于節省制造過程中的成本。除非調頻連續波(FMCW)技術大量采用,因為1550nm與FMCW是比較好的技術搭配。
(4)從機械式向純固態演變
傳統機械式LiDAR成本較高,半固態LiDAR和全固態LiDAR應運而生。市面上絕大多數車規級LiDAR均為半固態方案,且對外報價已經下探到了1000美元以內,是目前很多LiDAR廠商發力的領域。目前,轉鏡和棱鏡式已具備車規級量產案例,MEMS也有望2022年快速迎來量產。
純固態方案的特點是激光收發模塊、掃描模塊沒有機械運動,依靠電子部件控制激光的發射角度,大大降低成本。固態LiDAR分為OPA和FLASH兩種方案。由于技術難度相對較大,固態方案短期內應用難度大。
圖注:機械式、半固態、全固態LiDAR的主要廠商(芯查查制表)小 結車載LiDAR下沉到中低端車型的“敲門磚”仍然是成本,考慮到汽車對于可靠性有著天然的需求,加上自動駕駛的級別越來越高,因此車載LiDAR的降本措施要從多個方面著手,本文講述了降低車載LiDAR成本的幾種做法。
審核編輯 黃宇
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