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诸神之战,激光雷达概念谁是终极大咖?
时间:2021-08-09来源:点击:319分享:
2021年激光雷达概念股集体走强。中国最早涉足激光雷达的北科天绘,已经在媒体上“沉寂”了相当一段时间。近日,据一家智能驾驶行业公司爆料:他们正在测试北科天绘推出的全球首款256线车规激光雷达C-Fans-256。


价格高、体型大、量产难,这些一直困扰和阻碍激光雷达发展的桎梏是否已被打破?前年美国一套128线激光雷达售价9万美金,如今北科天绘的256线价格几何?激光雷达技术路线是怎样的?哪条更接近车规级,从而助力激光雷达更快“上车”量产?就让我们来听听在激光雷达技术前沿深耕整整15年的北科天绘CEO张智武的解读。


性能方面,256线产品满足了车辆高速行驶状态下,远距离感知和分辨人、车、物的要求。以纵横都最少5个点为稳定检测标准来看,0.1°×0.1°的分辨率可以将有效测距提高至近200m,150°水平视场角可以在自动驾驶汽车无保护左转等难点场景下提供宽阔的视野,从而照顾到右侧来车或者行人,而超高的帧频可以快速捕捉异常事件,同时精细的灰度识别可以提供强大的车道线感知能力。


来看看该款256线激光雷达的参数:

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“其实早在2017年秋天,北科天绘已经率先采用微转镜技术路线推出了C-Fans-64线原理样机。2018和2019年,北科天绘根据客户要求,开发了C-Fans-128和C-Fans-32两款产品”张智武说。


纵观目前车载激光雷达市场可以发现,国际上已经有几家巨头公司紧随其后,在产品中采用了微转镜技术路线,只是在线束方面,北科天绘做到了256线,目前还无人可及。


北科天绘的C-Fans系列产品瞄准前装量产市场,兼顾了性能,可靠性和寿命。“我们已经通过了16949(汽车行业质量管理认证体系),并在《ISO 16750》标准下通过了一系列车规可靠性实验。C-Fans经历过野战用户将其置于东北极寒之地零下40度和夏日戈壁暴晒车体至70多度的非结构化道路的严苛考验。C-Fans被车路协同用户安装在路端24小时不间断工作至今一年多,经历风霜雨雪,日晒雨淋,也没有出现任何问题。”张智武表示。

在价格方面,北科天绘256线产品报给车企的十万台批量采购单价已经足以让人惊喜。可以说,北科天绘已经为车规量产做好了充分准备。


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“近年来,国内外激光雷达探测器领域创新创业者众多,大批玩家纷纷涌入,都希望把激光雷达带入每一辆车,让资本变现,让产业落地,这已经成为汽车产业发展的新趋势。”张智武表示。

值得一提的是,众多其它领域的头部科技企业,也纷纷转战到激光雷达领域。在尝试了各种技术路线的探索和试验后,大部分行业巨头选择了类似于北科天绘C-Fans的多面棱镜扫描技术体制,也被称作“微转镜扫描器构架”,这让北科天绘感到既欣慰又有些压力。

“2017年前后,只要做激光雷达,创业团队就没有融不到钱的,而且至少1000万元起步,融3000万元非常容易。”张智武介绍说,那两年受资本热钱追捧,激光雷达炙手可热,国内一下诞生了至少上百家激光雷达创业公司。

在资本的追捧下,汽车激光雷达领域泛起层层涟漪,各种激光雷达“上车”测试的新闻霸屏宣传,冲击着人们的眼球。毕竟,激光雷达与汽车一起上产线量产,才是车载激光雷达的终级目标,否则就会被业界视为吹嘘。

眼下,车载激光雷达还处于产业发展初期,技术发展路径之争还没有定论。比如特斯拉就一直依赖计算机视觉技术,用车载摄像头来实现相关的自动驾驶辅助技术。特斯拉没有选择激光雷达路线的原因之一就是要控制成本。然而,“在智能驾驶上,特斯拉也只能算作辅助驾驶,而非高级别自动驾驶。”张智武如是说。

随着技术不断进步,从新“贵”到新“宠”,再到站上风口受热捧,激光雷达前景诱人。数据显示,到2022年,全球激光雷达市场规模预计将达到50亿美元,2035年预计突破800亿美元。可见,车载激光雷达市场足够大。所以,瞄准汽车前装市场,布局车规级产品也是激光雷达企业顺理成章的发展方向。

“需要注意的是,相比于后装市场,激光雷达前装市场(上产线量产)是一件大体量的活,实现量产不易。”张智武提醒创业者,车厂要上一个新车型,耗时耗力耗钱,是一场全程冲刺的马拉松。

北科天绘工程师符晓勍举例说,假如一个车上有10万个零部件,一个好车型一年至少要卖出3万到10万辆车,这家车企要保证10万辆车上的10万个零部件都不出错,这才叫量产。

无论怎样,激光雷达已经被推上高台,“上车”的进程在加速,甚至箭在弦上。

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激光雷达被业界誉为“无人驾驶之眼”。从2016年开始,随着人工智能和自动驾驶概念的兴起,激光雷达就作为了自动驾驶车辆必备的核心传感器。汽车界专家表示,高级别自动驾驶领域中,激光雷达在L3级别自动驾驶量产车型上,已经成为主要辅助传感器;而对于L4—L5级别的自动驾驶汽车,激光雷达将成为必备主传感器。


“其实,激光雷达技术非常新,新到目前还没有公认的最好最成熟的技术体制,没有完善成熟的供应链,更没有国家标准可言,整个产业处于探索、突破、再创新阶段。”张智武说。

那么,激光雷达是如何工作的,有哪些技术路线?

激光雷达是由激光发射接收系统、光学系统和信号处理系统三部分组成,它可以帮助汽车上的计算机快速、高效、精准地拍摄周围三维立体图像,测量物体的距离和速度。

其工作原理是,通过驱动激光发射器主动将光源(可见光和近红外光波)反射到探测物体上,当光线返回时,激光雷达可以计算出物体的距离以及物体是否在移动。所以,激光雷达是自动驾驶中不可或缺的重要传感器,是智能化汽车的眼睛和全天时感知系统。
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从器件结构来分,激光雷达有机械激光雷达和固态激光雷达。具体而言,机械激光雷达的激光发射和接收模块在工作中都发生旋转,并通过转动来获取360°视场,这使得机械激光雷达的可靠性和稳定性较差,此外,价格高、体型大、不能过车规,工艺繁复,生产效率低等都是机械激光雷达大规模量产的瓶颈。

再来看固态激光雷达。它的激光发射和接收模块在工作中是静态的,但光学机构可以是静态的,也可以用电路(如MEMS微振镜)或微型电机(如微转镜)来驱动控制和调整角度。其中,MEMS技术路径,一度因低成本的优势被许多厂家看好。

然而,目前MEMS的三个瓶颈有待突破:一是它的视场比较小,MEMS单个镜片视场角只有30度左右。视场角小,盲区大,需要多个激光雷达才能实现水平视场360度覆盖。虽然现在有些公司可以将MEMS视场角做到120度,但需要用4个MEMS振镜拼合达到,这使系统的复杂性和工艺难度增加,振镜交叠产生的点云接缝使自动识别算法难度增加。

二是它的测距能力不够,目前采用905nm纳米半导体激光发射器的MEMS最远只能达到80米,与自动驾驶汽车需要的200米测距相差很远。为了克服这一弊端,某些公司采用1550nm纳米的光纤激光器来弥补,而“昂贵”的光纤激光器又成为业界不能承受之痛。

第三,光纤激光器不耐高低温,仍然过不了车规。此外,巨大的功耗无疑也是汽车传感器的“致命软肋”。

“对于汽车消费电子类产品而言,除了便宜、小巧和环境适应性强,别无选择。”张智武直言。

凭借自身对激光雷达多年的探索和底蕴,北科天绘“独辟蹊径”推出C-Fans 的微转镜构架,率先将激光雷达的激光发射接收模块及信号处理模块微型化和固态化,采用微型电机驱动多面镜扫描,实现了大视场、长测程、高分辨、低成本的车规型激光雷达技术路径。

北科天绘自主研发的5大系列激光雷达信号处理芯片,是北科天绘C-Fans激光雷达性能和成本优势的保障,也是我们独有的核心技术和能力。北科天绘C-Fans-32是目前唯一一款已经通过“本安”认证的激光雷达产品,从侧面验证了北科天绘自主芯片在产品功耗低、启动电流低、产热量低方面的贡献,保障了在煤矿等易燃易爆环境内机器人和无人车运行的安全性。

张智武表示,不去碰有明显理论缺陷、性能达到天花板和成本瓶颈的技术路径,让我们省了不少研发时间。北科天绘车规型激光雷达在设计之初就瞄准了以下目标:一是便宜;二是小巧;三是功耗低;四是环境适应性强;五是可靠性高;六是适合大规模量产。

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“熬出一个产品可不容易。”张智武坦言,比如做微转镜产品可靠性实验,我们的产品要历经振动、冲击、跌落、疲劳、高低温、浸泡、电磁干扰等等“折磨”,车规符合性就是这样一点点打磨出来的。

“更重要的是创新和融合。”张智武说,激光雷达用途很广,可以用在安防、巡检车、叉车、客货车等各种车上,包括巡检机器人,还可以在智慧城市、车路协同等领域得到很好的应用。这些都需要创新驱动,需要技术融合。

以车载激光雷达和毫米波激光雷达融合为例,毫米波雷达的优势在于全天时和全天候,但分辨率低,精度低,它只知道有无,分辨不出具体是什么物体;而激光雷达是全天时,但不是全天候,分辨率却很高,精度也高,缺少的是毫米波雷达的优点,受雨雪天气影响大,探测距离会衰减,会容易丢失掉一些反射回来的信号。如果将这两种激光雷达连接在一起,就可以起到互补。还有摄像头,可以分辨颜色,这是激光雷达不能胜任的。所以,将来传感器都要实现互补,各司其职,共同发挥作用,为国家的社会治理能力和治理现代化出力,这样的创新越多越好。

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激光雷达市场非常大,产业链也很长,需要全领域、全行业、全生态通力合作,才能共同努力把产业做大做强。

第一,要围绕解决用户痛点实现创新驱动,创造有价值的产品。如果研发的产品只能起到锦上添花的作用,那一定不会成功,或者说不会轻易实现设定的目标。所以,它一定是解决用户痛点的刚需,且这个痛点是真实存在的。

比如我们比较看好的两个行业,一个是国防,一个是农业。现代国防和公共安全一定是高度自动化的,这里面激光雷达有大用处。目前农村劳动力稀缺,尤其是养殖业招工困难,无人驾驶正好针对农村用工荒这一痛点,很好地解决养殖业用工难题。

第二,要算经济帐,为用户创造价值。面对2020年经济下滑,北科天绘实现了正增长,其中,无人机激光雷达产品同比增长了80%。这是如何做到的呢?就是因为很好地解决了机载激光雷达的门槛之痛、效率之痛,解决了用户痛点。我们的产品采集数据合格率高,不仅帮用户省钱,还能帮用户赚钱。

以电力巡检真实案例为例,北科天绘研发的“蜂鸟”无人机机载激光雷达系统,搭载无人机日均可巡检30公里输电线路。假如一个公司平均一年能接3000公里的电力巡检订单,基本上两个人两三个月活就干完了,既省人力又高效,收益非常明显。此外,我们自主研发的芯片对加深产品护城河(竞争优势)也起到了至关重要的作用。

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“蜂鸟”无人机机载激光雷达系统

有人说,激光雷达产业很大、产业链很长,大到“相当于手机产业+相机产业合起来才是激光雷达产业链。”我认为,激光雷达产业确实比摄像头还大,竞争激烈会淘汰一批护城河不深的创业公司,未来市场上应该有5—10家成规模的激光雷达企业存在。

当下,车载激光雷达已进入中场之战。无论怎样,企业都要保持活着才能等到激光雷达“上车”落地的那一天。换句话说,激光雷达车规量产是一件需要产业链、供应链、技术端协同创新才能完成的大事,绝非一朝一夕之功,也绝非某一个企业可以办到的。