近来,激光雷达行业事情很多,鼻祖德国Ibeo宣告破产,Velodyne和Ouster股价跌幅均超过90%;迫不得已之下,Velodyne和Ouster宣布合并,激光雷达赛道迎来新一轮洗牌,更突显激光雷达生意确实难做!
不过,在中国却是另一番景象:激光雷达企业融资、新品发布,特别是纯固态激光雷达“撞车”之声不绝于耳。这让我们不得不问:在这一细分赛道,他们究竟有什么解决自动驾驶安全问题的破解大法?
如何补缺国内企业短板?
激光雷达老牌企业Ouster与Velodyne合并说明,在经济遇冷时点的烧钱无异于“***”。
国外传统主机厂自动驾驶研发很早,在激光雷达使用方面有很多积累,也推出了相应的量产车型,但出于安全性、舒适性等方面的考虑,开发周期非常长,最早七年,现在至少也要四到五年。在德国主机厂有限,激光雷达硬件企业上车节奏难以把握。持续烧钱、等待窗口长,加上企业目标市场不尽相同,没有推出相应的产品,这些都是海外激光雷达行业面临窘境的原因所在。
反观国内,汽车智能化发展速度越来越快,相比德国汽车产业持续性的做事方法,国内对于新事物的理解和投入节奏形成了鲜明对比。近年来,更有融合东西方特色的“跨国”企业做得风生水起。
2017年成立的亮道智能翌年即开始“中德布局”,建立了亮道德国,走出一条与众不同的出海之路。亮道智能德国CEO冀旸博士称之为“德国的桥头堡”,其成立之初定位有三:发掘德国优质汽车资源,包括经验丰富的工程师和创新科技;搭建国际化激光雷达研发和商务团队,以本地化团队支撑德国业务;通过德国市场,包括主机厂和Tier1,在欧洲建立亮道的市场。
“在与德国客户接触中,我们发现,中德背景的企业是非常稀缺的资源,就像是桥头堡。”冀旸博士说。
成立几个月后,亮道德国成为了大众集团供应商,虽然初始项目不大,却颇具里程碑意义。其第一个项目是测评保时捷大灯灯罩对激光雷达光学的影响,并以此打开了德国主机厂的大门,也看到了激光雷达作为新型传感器未来的巨大发展潜力。
通过与大众集团紧密合作,德国团队用亮道自研的真值系统采集不同驾驶场景,建设了场景库。通过合作,亮道更加了解客户的真实需求,并在大规模驾驶场景采集中发现,侧向补盲方面还缺少一款合适的激光雷达,遂从2019年开始在欧洲布局硬件研发。
直到现在,亮道在欧洲场景库的采集还在继续,包括高速、城区、通畅、拥堵、雨雪天、白天和黑夜,积攒了非常多有意义的驾驶场景,以分析客户及市场需求,支持亮道场景库建设。
稀缺性特色融入中德合作朋友圈
在德国,亮道并非以销售为主,而是以技术为主导的技术创新企业。德国的强项之一在于汽车技术标准的影响力和很强的预研能力,更着眼于两年、三年、五年甚至十年后技术的重要革新。因此,亮道在德国努力与Bosch、AVL、CARIAD、dSPACE、Fraunhofer等大型企业合作研发前瞻技术。
“这对一家中国企业来说不是一件容易的事情,”冀旸博士说。首先,技术上需要得到认可,前瞻项目都与德国政府未来的科学技术发展方向相关,由政府主导,不同头部企业组成研发联盟去申请项目。在亮道负责核心任务的不同项目中,包括开发激光雷达感知算法和测试验证方法。
凭借技术实力和中德背景,亮道积攒了众多合作伙伴,建立了自己的朋友圈。至今为止,亮道成功申请开发的预研项目都是通过此前与主机厂的合作拿到的。在此基础上,亮道成功申请了多个大型政府项目,每个项目预算都在1亿人民币以上。
经过两三年软件、硬件技术、商务人才的精心准备,2021年欧洲疫情逐渐常态化之际,亮道开始进入了收获季,并实现了几个里程碑:
与宝马、Magna建立了合作关系,亮道在国内既做相应的数据合规采集和处理,在德国又有完整的工具链服务于德国主机厂的测试验证,提供本地化解决方案;
与德国政府持续合作,开始智慧城市项目尝试。亮道在车路协同方面与德国城市合作,将国内具有前瞻性的路侧感知方案布局在智慧城市发展项目;
亮道德国团队持续扩大,成为中资企业在欧洲独树一帜的标杆后,积累了大量人才库,成为今后可持续发展的重要储备。
经过多年探索,形成了亮道德国三个业务板块:量产合作项目;车路协同的智慧城市;在慕尼黑建立硬件开发实验室,进行硬件前瞻研发。
激光雷达量产项目并不好做,亮道在德国是怎么做的呢?冀旸博士表示:“中德两地市场需求不同,针对德国数据合规要求,需要打造自动化工具链,其核心基础同样适用于国内量产项目。”在数据采集车搭建、车辆标定、数据采集规划与管理方面,整个过程都要分别符合国内和欧洲两地的数据安全标准。亮道工具链经过德国和国内量产项目的成功验证,建立了“亮道数据工厂”,既可以服务欧洲客户,又可以服务国内客户。
“在任何一个国家扎根,都离不开和当地文化与社会的融合,亮道智能在技术、商务领域搭建起了强大的朋友圈。中德背景的稀缺性使许多不同岗位的人都团结到了亮道周围。”过去近四年,一步一个脚印走过来,亮道的中德发展由小到大,由两个人到一个团队,由没有产品到打开德国市场,由没有人认识到现在牢牢扎根德国。
为什么是纯固态?
2022年,亮道智能的脚步可谓紧锣密鼓,开发进展顺利,并取得了一系列阶段性成果:
今年5月,发布了国内首款纯固态侧向补盲激光雷达LDSatellite;
侧向补盲激光雷达核心元器件SPAD(单光子雪崩二极管)芯片成功通过AEC-Q100认证;
自有工厂全自动化生产产线积极建设中,计划2023年第一季度投产验证;
亮道智能对于激光雷达市场和应用的态度可见一斑。
纯固态侧向补盲激光雷达LDSatellite
纯固态激光雷达是目前最前沿的技术,但在开发和成本控制方面存在着各种挑战。亮道智能为什么在这个节点推出补盲激光雷达呢?是不是意味着激光雷达量产上车阶段已经到来?
亮道智能CEO剧学铭博士解释说,三年前行业就开始探讨固态技术,也有公司提出用OPA方式做纯固态,“虽然Flash路线跟OPA有一些差异,但它更适合完成工程化,实现量产突破。”
从上游看,亮道智能用SPAD芯片做相关的一些测试尝试最早可追溯到2019年,当时拿到了配合激光雷达的SPAD早期的实验DEMO件。亮道最早是基于Tier1的硬件做激光雷达的开发,包括感知功能的测试验证和数据闭环。2020年亮道开始硬件搭建,致力于固态Flash技术的上车应用。
大视场小尺寸为侧向补盲而生
此时此刻,之所以用Flash技术做补盲,剧学铭博士这样解释,因为之前是前向为主,如法雷奥Scala在奥迪A8上车,现在不管什么技术路线,已有更多高线束前向激光雷达在国内车型落地。逻辑上讲,补盲肯定出现在前向之后,而用Flash技术做补盲具有一些优势。他认为,基于SPAD组合更适合中近距离激光雷达的产品定义,兼顾高性能、可靠性和低成本,同时实现非常好的功能。
虽然车上也有摄像头和毫米波雷达,已覆盖目前的L2+以上前向感知,但大量测试表明,“侧向只基于摄像头可靠性与安全冗余不足,特别在一些横向快速切入、强光照摄像头致盲等情况下,而毫米波也有某些目标识别反应不过来的场景,所以补盲是一个刚需。”剧学铭认为。
据介绍,LDSatellite具有120°×75°超大视场角,组合方案可360°近场感知车辆周围环境的减速带、马路边沿、宠物、锥桶、孩童等低矮目标,精准探测奇形车位、路障栏杆、路牌等高处物体,能够赋予车辆无盲区近场信息感知能力,大幅提升车辆行泊安全。
LDSatellite 的核心元器件是可靠性及使用寿命已通过AEC-Q100认证的SPAD芯片。其测试标准和条件极为严苛,包括功能与性能加速环境应力测试、加速寿命模拟测试、可靠性测试、密封性测试等七大类40多项。这意味着LDSatellite产品已经进入车规验证阶段。
在保证近场高感知性能的同时,LDSatellite 高度集成,纤巧轻量,外露窗口仅48mm×88mm,大小与信用卡相当。它支持多种集成方案,可根据客户整车开发需求灵活嵌入车身、前保险杠两侧、左右翼子板、车顶两侧、后保险杠等位置,如卫星般环绕车身,兼顾功能实现与外观审美。
LDSatellite 高度集成,纤巧轻量
LDSatellite实现的补盲+前向组合探测使近场环境尽在掌握,解决了大部分激光雷达集中于前向长距检测垂直视场角不足、障碍物检测仍存在一定近场盲区、难以应对影响安全驾驶的近场复杂多变障碍物等问题。该产品的上车可有效补强前向主雷达的探测不足,例如在行人横穿马路时精准探知左右两侧靠近的行人,保障出行安全。
LDSatellite补盲激光雷达与前向主雷达组合感知
LDSatellite最显著的优势在于,其超大视场角赋予车辆近场低矮物体的超强感知能力,哪怕一个篮球突然滚落至车前盲区,也能清晰捕获其行动轨迹。
多维度对比孰优孰劣?
首先看,在传感器融合方面,摄像头、激光雷达和毫米波之间关系如何?剧学铭博士认为,要实现自动驾驶,安全非常重要,所以感知要多加冗余,这是比较长期的趋势。对比4D毫米波雷达和激光雷达的分辨率、距离和使用场景,“这是两个不同定义的传感器,要根据客户到底做什么功能或什么价格的车型,以及感知预留成本来选择。这是一个综合决策的结果。”他说。
其次,固态激光雷达的技术组合非常多,比如被视为机械式向纯固态进军必经之路的MEMS激光雷达,它采用固定发射单元和微振镜,毕竟有运动部件,所以是半固态。而Flash激光雷达是真正意义上的纯固态激光雷达,所以被Ibeo、Ouster、大陆集团等采用;半固态激光雷达阵营厂商速腾、禾赛等也在加大Flash的研究和投入。随着技术的成熟,纯固态在规模化、成本、可靠性上都有明显优势,将成为激光雷达远期最主流的技术形态。
第三是成本,Flash激光雷达跟传统激光雷达比也有优势。在结构上,Flash激光雷达内部器件更标准化,包括发射、接收、驱动芯片和光学模组,大多采用半导体工艺制造。规模化生产的芯片价格比较低,随着芯片价格下降,更适合在车上大规模部署,甚至可以下探到15万的车型,“甚至可以在一辆车上装两颗、四颗甚至更多颗,”剧学铭博士说。
亮道智能产品战略总监王石峰表示:“纯固态激光雷达也面临一些技术挑战,壁垒还是比较高的。”首先要有各种各样场景足够的数据积累,产品定义才有可能符合市场要求,这来自于测试验证和算法开发能力的长期积累;从硬件看,补盲或Flash激光雷达涉及核心光学,像SPAD芯片及驱动或控制逻辑,也是主要难点。传统SPAD和VCSEL半导体厂商并不理解产品的应用场景和控制逻辑,需要激光雷达厂商长期摸索来定义一款符合最终功能需求的产品。当然,因为Flash没有任何运动部件,所以过车规相对容易。
纯固态激光雷达结构
他认为,跟MEMS激光雷达对比,如果是近距离补盲,Flash是一个优解。MEMS做补盲需要足够大的视场角,镜面设计必然更复杂,运动部件也会带来疲劳耐久度的挑战,纯固态没有这些底层技术瓶颈。
在主机厂特别关注的成本方面,尤其是批量化生产,Flash固态激光雷达结构非常趋近于摄像头,只是多了一个激光发射单元,所以有助于在批量化生产过程中降低成本。另外,SPAD芯片也是采用和摄像头相同的CMOS工艺,Flash固态激光雷达也会遵循摄像头的发展路径,性能不像传统MEMS或机械的线性逐步提升,而是基于底层半导体性能的成倍或指数级提升。
激光雷达是一个系统工程,软硬件双管齐下,才能发挥真正作用。亮道团队最擅长的就是感知算法开发。依托多年激光雷达测试验证经验,亮道智能自研满足功能安全的激光雷达感知算法,可以高效处理激光雷达点云数据,高精度识别汽车、卡车、货车、自行车和行人等不同类别交通参与者,探测车道线、路牌标识、隧道、高速出入口等静态目标物,提高激光雷达系统感知的可靠性、检测率和准确度。
亮道智能感知算法可横向兼容多种主流激光雷达硬件产品技术,适配不同主机厂差异化开发需求,实现基于主流算力平台的算法集成,提供软硬一体化的激光雷达系统量产解决方案。
终局量产交付
事实上,大家关注产品发布,更关注上车量产。对激光雷达来说,发布只是一次正式对外亮相,能否量产才是真正较量。亮道智能自始至终关注量产交付的最终实现。
目前,亮道智能自有杭州智能工厂已在积极部署中,全自动化智能产线正在紧锣密鼓地建设,首期产线设计产能50万台/年,全自动化产线计划在2023年第一季度进入投产验证。
剧学铭博士认为,激光雷达的大规模产业化已进入车载量产阶段,一些国内车型已经前装激光雷达,“更大规模上量应该在2024年往后,通过感知功能的开发迭代和积累,更好的功能实现将出现在2025年。”他说。
对于行业终局他这样判断:“激光雷达未来上车的趋势是主逻辑,不会发生改变。我们将基于未来的功能开发相应的产品,满足高可靠性、高性价比要求。”
他认为,未来激光雷达的标准化程度会逐步提升,不是说某个技术路线一家独大,有可能会存在2到3个主流技术路线,针对某一个方向实现相应的标准化,比如Flash会向类似摄像头的方向发展,由核心模组厂商提供更高的价值。
剧学铭博士最后强调:“亮道在德国和中国都在‘坚持做有价值的事情,直至成功’。我们会做调整,会做改变,但是我们的初心一直是坚持做有价值的事情,直至成功。”
审核编辑 :李倩
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原文标题:激光雷达:新一轮洗牌下的发力
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