据报道,目前激光雷达的项目需求超过十多个。显然,激光雷达已经进入了ADAS市场。但汽车行业的观察者们认为不会有供应商独占所有的生意。
在所有为了改善感知和目标探测的汽车传感器范式中,目前激光雷达是最复杂、技术路线最多的。每个激光雷达技术不仅在光源上不同,更在“测距”和“成像”方法上有所不同。一些成熟的激光雷达方案正在接近量产水平。但新的激光雷达技术经常被宣传为更加具有前景,但实际上更多是处于研发或是设计验证阶段。显然,这些激光雷达在成本、大小和表现上差异巨大。
更加复杂的是,激光雷达玩家众多(预计有70-80家公司),市场也趋于拥挤。合并收购多如牛毛。一些激光雷达公司找到了SPAC的方式上市。许多初创公司把SPAC看做一个募集资金进行上市的渠道。
但真实的故事更加复杂。由于激光雷达公司正在研发不同的技术路径,车厂和Tier在如何部署激光雷达和针对什么功能要求不一。
目前车厂和Tier1的要求不一,比如要求不同的视场、距离,集成的位置都各不一样。
AEye的CMO Stephen Lambright认为激光雷达不是赢家通吃的市场。Lambright认为许多激光雷达公司还在测试不同的设计。
但汽车市场行业对激光雷达的需求是切实存在的。Lambright透露,对于ADAS的应用,他的公司收到了15-16个不同的报价需求,这些ADAS车辆都是预计在2025-2026年量产的。
本文中我们也汇总了一些目前和未来激光雷达市场的信息,包括已知的定点以及一些新的玩家,比如AEye和Opsys。
技术矩阵
最好的验证激光雷达技术多样性的方式是画两条轴:一条轴代表成像技术,另一条代表测距技术。成像技术可以分为机械、MEMS、OPA,以及Flash。测距技术包括Pulse波、FMCW,以及phase shift技术。
上图汇总了不同技术路径以及不同的主要激光雷达玩家。
不同种类的激光雷达使用的光源是不同的。主流的激光雷达供应商目前使用边缘发射和基于905nm的雪崩电子二极管,因为这些器件已经做好了量产的准备。一些激光雷达供应商,比如Luminar,已经开始使用1550nm的纤维激光光源。
然而边缘发射器和纤维激光器并不是唯一的选择。激光雷达公司正在快速接受VCSELs发射器,苹果在iPad Pro 11上首次使用了VCSELs扫描。德国的Ibeo使用的是奥地利Ams公司的VCSEL技术,Ibeo已经获得了长城汽车的定点,搭载车型会在2022年量产。Ouster首先发布了机械式激光雷达,去年也发布了应用于ADAS场景的VCSELs结合SPADs的激光雷达,预计在2024年开始生产。总部在以色列的Opsys也在开发一款全固态扫描的激光雷达,这款激光雷达使用了VCSEL的发射器和SPAD的接收器,宣称今年晚些时候可以落地。Opsys宣称可以达到200米的探测距离和1000Hz的扫描频率。
优势和劣势
目前的激光雷达正在从机械式向MEMS、基于Flash以及FMCW进行迭代。但是这个迭代过程很复杂。
比如,许多机械式激光雷达还是市场的主要角色,因为他们更加便宜。但他们很大的问题在于机械部件可能成为失效的一个源头。MEMS一个主要的优势是其较小的尺寸。其固态的形式让其更加可靠,不过还是有许多微小的运动部件。
与此相比,Flash激光雷达没有旋转部件,更加可靠,但是这代还是有感知距离的局限。
上图中将FMCW放在了R&D阶段。目前认为FMCW在2025年前很难落地。去年Waymo讲到未来自研激光雷达时提到了FMCW。最近Mobileye也在年初的CES上讨论了FMCW,可能会在未来的无人车里布置在研的FMCW激光雷达。
相干探测比直接探测要敏感许多,可以提供更好的性能表现。比如单波的速度测量和避免其他光源干涉方面尤为如此,包括其他车辆激光雷达光源发出的光。但是面对FMCW激光雷达的重大挑战是相关器件的制造能力以及成本。但Mobileye相信这些困难可以通过英特尔的相关研发和制造技术得到解决。
目前的定点项目
目前预测激光雷达市场最好的方法是看一下目前的定点。目前官宣的定点有:法雷奥–奥迪A8;法雷奥-奔驰;Innoviz-宝马;Luminar–沃尔沃。虽然目前许多定点聚焦在将一颗激光雷达安装在ADAS或者全自动驾驶车辆上。目前车厂的需求是在同一辆车上安装短、中、长距离激光雷达。
比较好的例子是:雷克萨斯用了4个激光雷达(电装*1,大陆*3),现代用了2个激光雷达(Velodyne,目前正在切换到Valeo);本田用了5个法雷奥的激光雷达;长城用了3个Ibeo的激光雷达。混合是未来的趋势,比如雷克萨斯使用一颗长距离的电装和3个中距离的大陆的激光雷达。
目前ADAS汽车接受的新的激光雷达技术是MEMS、纤维光源和SPAD的Flash激光雷达。
“高速公路自动驾驶”已来
几年前,激光雷达技术还是一项只有无人车可以承受的昂贵技术。现在情况改变了。虽然Elon Musk对于激光雷达极力抵制,但今天激光雷达还是在ADAS新车的规划上。
通过对OEM的RFQ的研究,我们发现ADAS的需求正在向“高速自动驾驶”过渡。AEye的Lambright认为主机厂希望司机可以“有信心地”手离开方向盘。主机厂需要当车辆在高速公路上行驶的时候,车辆可以在150米到200米外探测到小目标、轮胎和砖块。
目前300米内的探测足够了,但是看得更远、精度更高对于激光雷达性能和安全的改进都至关重要。
在高速自动驾驶特别是L3级别的车辆,脱手功能至关重要。你可以看得越远就可以给司机更多的时间来做交接并进入安全模式。长距离探测小物体是放在主机厂面前的主要问题。
VSI Lab是一家致力于主动安全和自动驾驶技术应用研究的公司,在加州的Byron对AEye的激光雷达性能进行了评估,确认其产品在一辆未改装的Chevy Bolt上可以在一公里外形成点云。
VSI Lab的创始人Phil Magney 认为:“我们认为激光雷达探测1公里外的物体是很不同寻常的。我们从未见过这样的传感器”。
对比激光雷达和其他高速自动驾驶的传感器,Magney说问题在于“摄像头看不到那么远。摄像头的输出是估计”。那么毫米波雷达如何呢?“毫米波雷达很好,但是横向定位很难”,但是,激光雷达是可以给你探测到精确值的仪器。
但如果用于高速自动驾驶的ADAS车辆需要变道,那么中短距侧向激光雷达是必须。
灵活度需求
假设激光雷达有不同的应用场景,那么在构架、波长,以及视场上的灵活度就显得愈发重要。
虽然Opsys不是第一家研发高性能SPAD和VCSEL激光雷达方案的公司,这个公司宣称其Micro-flash激光雷达可以提供超过4倍Flash激光雷达探测精度,同时拥有超强分辨率和扫描速度。在一个访谈中,Opsys董事会的执行主席Eitan Gertel许诺可以提供探测距离200米的纯固态micro flash激光雷达,可以扫描在全视场范围内每秒1000帧的图像。
Opsys比Ouster还要年轻,但是其团队背景很好(Opsys的领导层都来自Finisar,Finisar是光学通信零件和系统的供应商),他们都是光电学的专家。
Opsys的micro-flash激光雷达的关键是将一系列传感器集成到一个单一的激光雷达系统,提供集成的4D点云以及灵活的FoV。这使得micro-flash激光雷达可以“定制化”,车厂和Tier1在不同车型上寻求不同的FoV。
更好的是,Opsys专有的多波长技术可以使不同波长的传感器集成到同一辆车上并且互相没有干扰地工作。
激光雷达装在哪里?
另外很重要的是,激光雷达的安装位置对于车辆外观而言非常重要。说到在路上测试的无人车,Magney谈到:“当我们的测试车遇到积雪的时候,车顶的激光雷达是第一个遭殃的。”
他解释道:“我们需要明白要提供多少热量给传感器来化冻。当你的激光雷达在车顶的时候,他是完全暴露的。于是传感器的清理就成为一个问题了”
当评估AEye的激光雷达性能的时候,AEye可以将其激光雷达放在挡风玻璃后面,令VSI Lab印象深刻。AEye说,由此产生的影响不过是性能下降不到10%。考虑到玻璃(尤其是挡风玻璃)的分散性很强,Lambright怀疑它会对诸如FMCW之类以频率为导向的激光雷达会产生“巨大的干扰”。
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