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激光雷达行业展望
独角兽智库
长线持有的公社达人
2021-12-24 09:04:06

一、行业概况

1、激光雷达

激光雷达是激光测距系统,工作原理:激光雷达通过发射激光束探测目标,信号返回后做适当处理后,获得目标物距离及形状。激光雷达包含四个部分,发射系统、接收系统、信号处理系统、控制系统。当下激光雷达是比较火的概念,早期激光雷达很多领域已经有很多应用。激光雷达优点:非接触式、精度高,机械式能做到±2%,速度比较快,一秒转5-20圈,对环境要求没有那么高;缺点是成本非常高,受雾霾天气影响。

激光雷达出来前,很多传感器包括超声波、红外线、毫米波等传感器在车载已经应用。超声波雷达用在停车等,近距离效果非常好,价格10美金左右;红外线传感器用在夜视功能,100美金;摄像头,分辨率非常高,缺点算法要求很高,会受到光线的影响,抗干扰能力比较弱,成本几美金;华为做的毫米波雷达,成本2、300美金,用在变道辅助、测速等,优势不受天气影响、测距远,缺点是精度低,没办法做一些感知行人、道路指示等功能。激光雷达成本在千元美金以上,优势是抗干扰能力强、测距远、精度高,劣势在于受极端天气影响大。总体看,所有传感器各有优劣势,当下一些车企在做传感器方案时,都会把这些传感器做一些融合,除了激光雷达成本比较贵,其他传感器成本都是比较低的。

2、当下比较火的技术路线:机械旋转式、半固态、全固态。

1)机械式:机械旋转,国内禾赛、速腾,海外Velodyne。优点:扫描速度非常快,1秒转5-20圈,缺点稳定性较差,做到车规成本比较高,里面器件超过上千个。另外组装涉及人工,可靠性没法做到很高。单线束用在简单的避障、扫地机器人等;多线束高效、高精度,缺点成本高。机器人、无人驾驶用多线束。

2)半固态:MEMES(微振镜)、转镜(华为)、棱镜(大疆Livox)。(1)MEMS:方向炒得比较火。将原本体积较大的机械结构集成在硅基芯片上,用很小很小的可以旋转的微振镜反射激光器的光线,从而实现扫描。其他部件都是固定的,用微振镜扫动。优点:运动部件减少很多,只有一个镜子在振动,可靠性提升很多;成本降低很多,目前大家说能做到1000美金之内。缺点:探测角度有限,国内速腾是用多个MEMS拼在一起,每个镜子的拼接存在电镀调节,这个调节很难。目前大家说MEMS存在一定的寿命,我也这么认为。因为运动部件存在一定寿命,支撑这个镜子下面的轴也存在寿命。当下MEMS做的好的有Luminar(估值最高)、以色列的Innoviz,国内速腾;(2)转镜:转镜是一个轴在转动,带动镜子转动。全球第一个过车规的法雷奥SCALA是做转镜出身,华为在做转镜,据说禾赛也在做转镜,还有一些国外公司。目前来说,和振镜相比,步伐没有微振镜走的这么快,接下来一段时间可能超过微振镜,这个不好说。个人看法,现在振镜优于转镜。棱镜,棱镜优势点云密度更高,也能探测远距离,缺点是非重复式扫描,下游车厂接收程度可能有挑战,Livox成本能做到1000美金之内。

3)全固态:所有部件都是固定的,包括FLASH面振雷达、OPA相控阵雷达。(1)FLASH类似于一个照相机,尺寸可以做的很小、信息量很大。目前因为上下游产业链不成熟,测距没法做的很远。Ibeo在做,跟国内长城合作。(2)OPA,雷达都会集成在一个芯片上,通过控制光源发光时间差进行探测距离,优点是扫描速度非常快、精度非常高,成本非常低,据说未来几年能做到几十美金,尚处于实验室前期产品,美国Quanargy做了好几年,一直没有太大的突破。

机械式已经大批量使用,机器人、Robotaxi基本用的机械式;半固态讨论比较多的是微振镜、转镜;纯固态生态还不是很成熟,看5年后,FLASH比OPA好一些。

行业规模:2020年12亿美金,2032年达到178亿美金,18-32CAGR27%。

当下关注车企跟激光雷达企业的定点合作:本田和法雷奥合作,目前已经实现量产,第一批只做了100台,在日本当地做一些出租,没有售卖。其他的在3-5年会量产,长城和Ibeo、北汽和华为、大疆和小鹏、蔚来和图达通、Luminar和沃尔沃卡车、现代早期和Velodyne(现在转到法雷奥),未公开的,华为、速腾、禾赛在车企做一些推进。市场来说,两年内没有过百万台可能,两、三年后会进入一个爆发期。

3、知名公司情况

1)Velodyne:激光雷达行业老大哥,国内激光雷达是分的他的市场。Velodyne83年成立于美国,早期做音箱起家,05年发明激光雷达,17年跟Tier奥托立夫达成合作。公司主要产品以机械式为主,车规这块没有太大进展,收入全部来自于机械式。截止2019年底,已经发售了超3万个激光雷达,销售额超5亿美金。客户情况,全球做自动驾驶、其他领域跟激光雷达相关的,都用过Velodyne产品,测绘领域也用到。融资情况,16年百度和福特投了1.5亿美金,2018年日本尼康投了2亿美金。

2)Lumianr:2012年成立,早期做车规级雷达。2017年跟丰田研究院战略合作,18年发布样品,同年跟奥迪签订合作协议。2020年拿下第一个量产订单——沃尔沃前装订单,跟Mobileye保持合作。全球Top车企中80%拿到了战略合作,像沃尔沃、丰田、戴姆勒奔驰、奥迪等。他们在乘用车、自动驾驶卡车都有布局,乘用车和沃尔沃、卡车和奔驰、robotaxi和丰田。17年融资3600万美金,大部分是丰田投的;18年沃尔沃投了,数额不小;19年完成1亿美金融资;去年戴姆勒卡车收购了一些他们的股权,去年上市。头部车企都是他们客户,当下特斯拉也在测他们产品。

3)Innoviz:16年成立,专注做MEMS激光雷达。18年发布样品,跟宝马达成L3量产合作目前看没有太大进展。17年完成B+轮融资,8200万美金,全球知名Tier1麦格纳、韩国三星等投资;19年完成5.7亿美金融资。主要客户是BMW,主要做微振镜这路线。

4)禾赛科技:13年在美国成立,14年迁到上海,禾赛发展路径和Velodyne很像,focus在机械式方向。17年12月份推出固态激光雷达,目前来说没有太多公开新闻。产品模式,先把机械式做到一定程度,然后再布局车规级。机械式销售额去年做到3个亿,客户反馈比较激进。19年完成5.73亿美金融资,博世等。客户跟Velodyne有很多重叠,Top的做Robotaxi的公司,国内自动驾驶公司文远等、国外Euro等都是禾赛的客户。

5)速腾聚创:14年成立,核心团队来自哈工大,研究生和博士生都是做这方面的研究。17年推出第一款机械式雷达,18年固态激光雷达对外展示。18年跟阿里、菜鸟达成合作,19年跟一汽达成合作,去年拿到两家定点合作。速腾是唯一一家既做激光雷达硬件,又做软件(算法)。基于硬件和算法,做了不同场景应用的解决方案,包括去年比较火的智慧城市,做了相应的解决方案。16年1月完成2000万融资,16年A+融资4000万,18年10月份融资3亿人民币,上汽、北汽、阿里领投。客户方面,配送机器人,阿里巴巴、京东都是客户;上汽、北汽是大客户;另外还有Robotaxi方面的客户。

二、问答环节

Q:长城和Ibeo合作用的FLASH方案,但您说FLAHS方案只有100米。这个为什么能量产呢,不是至少200米嘛?

A:FLASH是做短距的,因为原理或者供应链问题,没法做到很长。Ibeo和长城合作,不是用在主雷达,主盲雷达需要200米以上,长城主盲雷达目前看用的是毫米波雷达。

Q:转镜方案有哪些车企用?

A:北汽和华为用的转镜;本田和法雷奥也属于转镜,现代和法雷奥也属于转镜,包括奔驰和法雷奥也是转镜,这是过车规的转镜;华为也属于转镜;Livox属于棱镜;图达通属于类似一个多棱镜的感觉。

Q:大疆Livox和图达通的激光雷达雷达寿命?

A:Livox做这个方案挑战性比较大,据说内部在考虑这个方案的可行性。因为是非重复式扫描,会做算法匹配,客户做这个匹配难度比重复式扫描的难度高很多。过车规这块,寿命最少5万个小时以上。寿命是很重要因素,过车规还涉及高低温测试、湿热测试、振动测试、对人的安全测试等等。

Q:速腾是MEMS方案?

A:目前看,速腾是国内MEMS方案做的比较靠前的,目前没法给一个确定答案它是否过车规;第二梯队华为,个人觉得落后于速腾;再往后是禾赛、图达通等等。

Q:华为说要把激光雷达成本做到200美金。按照您的理解,这种半固态产品成本您估计能做到什么水平?

A:华为要把成本做到200美金,前提是量要过百万台。华为做半固态产品,他的供应链相对比较成熟的。成本方面,我觉得降低到500美金之内都是可以的,但前提是量做到多大来支撑这个成本。华为在上海车展跟北汽极狐有展出一款车型,他的雷达不是华为的,用的是速腾聚创的,华为的雷达还是比较初期的,没法拿出来用。华为是站在Tier1的角度和车厂合作,用哪家都无所谓。目前看,进度跟速腾差的有一段距离。

Q:做到200美金,MEMS是最有可能的?

A:短期看,振镜和MEMS都有可能,在3-5年之内,但一定是需要有一个量的支撑。车企关注四个因素,成本是最不关注的,第一个是关注性能、第二个是能否过车规、第三个关注量产能力、最后才是成本。

Q:转镜和棱镜能不能再详细解释一下在结构上的区别?

A:棱镜方案,是个多边形、不规则的镜子在做转动,是非重复式扫描。下游再做算法匹配的时候,难度确实是很大的。优点目前来看,在做的是Livox,好处在于点云密度会更高,因为是多面棱镜。缺点是,车厂做匹配的时候需要重新开发一套算法来支持这个硬件,对于公司的投入还是非常大的。

Q:MEMS各个方案未来的成本?

A:大方向看,未来MEMS、棱镜、转镜成本都差不多。MEMS、转镜、棱镜只是在光学方面做了一些微调。

Q:MEMS只有棱镜在转,本质上还是机械的?

A:机械式里面有一个轴,轴上面有一些发射器,还有一些电子部件。16线机械式激光雷达,是16个发射器、接收器,依次镶嵌在轴上面高速旋转,1秒转5-20圈,成本非常高。半固态,90%部件是固定的,核心部件还是在动的(转镜)。

Q:现在产业里面,MEMS方案的寿命能到多少?

A:现在过车规就卡在这里,转动跟产品寿命相关。转镜、振镜在动,下面有东西支撑他,就一定有寿命问题。目前最少要做到50000个小时。

Q:MEMS寿命多少小时?

A:5万个小时没问题,但是最终还要看车企买不买单,因为车上的环境跟其他不一样,环境更恶劣。现在做MEMS方案的激光雷达公司都在往这个方面努力。

Q:业内做的比较好的公司,德国Ibeo、以色列Innoviz怎么样?

A:2019年法雷奥的车规级雷达是Ibeo做的。17年正式发布Scale产品,18年装在奥迪A8上面。19年跟长城就固态激光雷达合作。Ibeo是一个Tier1(采埃孚持股40%),比其他激光雷达企业强很多,是固态激光雷达的鼻祖。

Q:各个技术路径的难点在哪些环节?从底层逻辑看,哪些公司能够胜出?

A:机械式不会做车规,不具备过车规的条件。聊一聊MEMS、转镜这一块,MEMS个人认为生态是相对比较成熟的,MEMS在其他领域都有应用。最大的挑战是,在过车规的时候,稳定性、寿命挑战难度是很大的。MEMS很小,只有5-8cm,拼接的时候如何做到零瑕疵,这个挑战比较大,因为MEMS镜头会用多个。MEMS下面的轴在做振动测试的时候也是个挑战。

Q:新材料部分?

A:用在车里面,环境是不可预测的,温度、湿度以及额外的环节都会影响。过车规会牵扯到高低温测试、湿度测试、振动测试、延误测试、碎石冲击测试等等,都会对传感器产生影响,过车规挑战会非常大。只要过了这些测试,车企都会接受。但是每个车企在底层之上有一些新的要,国内和国外车规又不一样,国外要求更高一些。

Q:固态的难点在哪?

A:FLASH距离做不远,激光器、上游供应链发展的原因。OPA问题更多,可以理解为一个芯片,上游供应看,什么都不成熟。

Q:华为在固态还有机会?

A:华为是半固态方案——转镜。转镜挑战在电机这块,华为每次都说自己在电机有多年的经验,就是想说自己在这一块没有问题。但是电机和振镜是一样的逻辑,也有寿命。

Q:车企关注点?

A:车企关注点方面,目前卡在性能和稳定性方面。激光雷达是个新技术,光从MEMS雷达这部分研究成果看,国内目前还是领先国外的,速腾把后面几家厂商甩的还蛮远的。

Q:激光雷达研发成本?

A:研发投入都高。投入资金是次要的,投入人力试错这是更重要的。华为上海车展激光雷达不是自己的,对外公开19年就在做,现在产品还不能拿出来给大家看,说明是不成熟的。

Q:需要几十亿?

A:用不了这么多。这个行业拿钱不一定是买的到,赛道不缺钱,缺人。速腾、禾赛是做的最早的两家,18年产品推出市场已经有3年多。首先是时间,其次是资金,几个亿左右。速腾、禾赛不缺钱。

Q:华为进展?

A:华为资金、人力是最强的。再给他3个季度时间,应该问题不大。试错的过程比别人快一些。

Q:激光雷达方案跟其他方案的区别?

A:每个传感器包括摄像头、超声波、毫米波、激光雷达,每个都有自己的优劣势,没有哪个说谁能取代谁。本田的车型全都用了,5个激光雷达、10个以上雷达、无数个摄像头。本田卖60、70万人民币,所有传感器成本加起来20万多,成本占到1/3。高成本在激光雷达这一块,激光雷达的好处,跟摄像头比,晚上摄像头用不了,激光雷达可以用;毫米波雷达不能感知,激光雷达可以3D建模。所以目前看,没有办法去掉哪个传感器,目前只有特斯拉不用激光雷达。

Q:毫米波雷达也在进化,包括3D、4D毫米波等。这个技术不断发展,会不会影响激光雷达本身技术的确定性

A:特斯拉在美国早就用激光雷达做测试了,因为激光雷达成本贵太多了,这是最主要原因,用激光雷达的车都是大几十万、100万的。激光雷达信息是3D的,汽车能做一些预测,其他传感器做不了。跟摄像头比,前面是个白色卡车,摄像头识别出来是个云,而激光雷达能够预判,而且摄像头晚上用不了。

Q:摄像头有前融合和后融合的方案。激光雷达会否会出现同样情况,前期是模组厂商配套,后面买一些元器件配合算法自己做?

A:元器件就是四部分,接收、发射、处理、控制。车企直接买一个发射器、接收器等,这几个系统缺一不可,每个东西都很重要,每个东西都有,但拼在一起都不一定做的出来,需要很多试错,另外还需要软件配合。车企优势是把车企做好、卖好,其他更多是Tier1来做。

Q:车企筛选激光雷达标准,现在主机厂决定激光雷达给谁做,看哪些?现在有一些智能车马上要上市,实际落地程度?华为今年下半年是否能按照之前的进度把产品量产出来?

A:激光雷达跟车企是直接合作,直接对接。技术路线,车企一定有一个布局,甚至自己都在研发,包括丰田,下面有很多部门在做自动驾驶研发,丰田研究院专门做前瞻技术研发。车企更看重哪一个,自己团队在做哪一个会有到影响。目前不是车企选激光雷达厂商,是激光雷达厂商选车企。目前只有法雷奥过车规,今年年初现代和Velodyne出了问题,后来现代又在找法雷奥。其他没过车规的,都说自己能过车规。车企和激光雷达厂商合作,本田和法雷奥合作在16年就开始合作。激光雷达不单单卖一个标准品,还要考虑产品性能、软件等,是一个很长的过程。量产落地程度,目前还没有一家落地。国内最早说是小鹏下半年落地量产,我在这个行业怎么看这个问题?一台车也叫量产,没有大批量生产,而且现在都是高端车选配。

Q:实际上车进度?

A:如果极狐已经开始卖了,高端车有激光雷达,这就算落地。大方向,我认为近两年不会有太大量。激光雷达都没有过车规,怎么能量产?我的疑问在这里,所以量产我个人觉得不太乐观。

Q:华为进度?

A:华为19年在武汉投入上万人做激光雷达研发。目前看,进度已经是很快的,短短2年有样机出来,效率已经是赶超全球其他激光雷达的水平了。进度看,可能要等到今年年底、明年年初。跟同行了解到,他们内部有个节点,今年的目标把所有的Bug解决掉。产品在做个半年时间,如果产品做到很稳定性,产量做到1年10万台,那市场都是他的了。

Q:禾赛,前装没有人用他们的。具体卡在哪一块?

A:个人理解,跟公司文化有关。禾赛文化欧美化,在宣传上不会台激进。内部猜测肯定是在做MEMS方案,阶段可能是1年前的速腾。目前可能是样品阶段,到处找客户。但是因为他有很强积累,研发实力很强,效率不会很慢,到明年上半年可能也会有所突破。

Q:转型的过程也有失败的,比如Velodyne?

A:Velodyne车规产品没有突破,可能他们跟一些大的车企做一些秘密研发。我觉得这些公司肯定是在做一些秘密研发,他们05年就开始做激光雷达,现在没有太多新闻出来,18年一统江湖,占据80%-100%市场。这个行业人才太稀缺,看团队实力,激光雷达跟光学有关、信号控制系统相关,这些东西是通的。速腾做机械式算法,某种层面可以把框架移植到固态车规这块。还有人员也是可复制的,市场经验、客户需求也是可复制的。

Q:算法会不会成为速腾很大的优势?

A:大方向,汽车分三大系统,感知、控制、决策。速腾我说的算法是感知算法,没有算法,雷达看到的是一堆障碍物。算法是做一些数据积累、深度学习。速腾机械式产品就已经有算法了,算法是一个产品。从做机械式开始,速腾专门有团队在做这个,做了10年以上。机械式同行中,只有速腾在做这一块的自研。车规级方面,Innoviz、Luminar在做,大家意识到硬件成本在逐渐走低,算法需要数据积累。早期在做这个的话,优势会越来越大。车企更多是买你的硬件,车企算法会自己开发。像自动驾驶公司,肯定会做算法的,甚至感知算法都会自己做,不亚于激光雷达做的感知算法。

Q:每一家车厂都会做算法,由速腾来做这个的意义在哪呢?

A:速腾跟国内车企合作,算法会开放一部分。速腾做的算法是在一个层级上面,拿到这个算法可以在这个基础上开发一些自己想要的东西,车企会省去3-5年的成本,算法可以做二次开发、二次学习。因为硬件产品一定需要算法才能使用,没有算法的产品就是个废品。

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