激光雷达：智能汽车背后的暗战？_汽车激光雷达工作原理

文丨行者

BT财经原创文章

头图来源丨创客贴

激光雷达行业正出现巨变。

近日，激光雷达上市公司Quanergy Systems公告显示，纽约证券交易所监管人员已决定启动对该公司的退市程序，因其连续30天交易市值不满足交易所规定的1500万美元的下限。无独有偶，下半年以来，数个曾经风靡资本市场的国外激光雷达企业均被曝出经营困难。10月，被誉为激光雷达鼻祖的Ibeo公司宣告破产，11月后Velodyne、Luminar、Ouster等头部公司纷纷传出裁员与亏损扩大的消息。

值得注意的是，Velodyne一直被认为是激光雷达领域绝对的龙头。Velodyne在2020年上市后，股价曾于当年底达到最高峰22.82美元/股。但2021年下半年开始，该公司股价开始持续滑坡。目前，Velodyne的股价已经跌至不足1美元，今年内累计跌幅约79.1%。

与国外市场“寒冬”不同，国内市场的赛道则愈加火热。一个星期内，禾赛、速腾聚创、亮道智能相继公布了自己固态补盲激光雷达产品的新进展，不得不说激光雷达行业确实变天了。

中国的激光雷达企业为何能在逆境中实现逆袭？

墙外开花墙内香

2016年因“油耗门”事件引咎辞职的三菱汽车原社长相川哲郎，并没有想到自己作为三菱长期汽车研发的负责人，曾推动的一个不起眼技术，现在却成为主导全球自动驾驶产业发展的关键。

1991年，刚刚上任负责三菱汽车研发的相川哲郎，就接到了一个重要的任务。

被称作三菱汽车崛起之基的钻石（debonair）车型，公司决定开始进行第3代的研发。毕竟这款车第2代跟第1代之间上市相隔了22年，而准备研发第3代的时候，与第2代之间的时间也超过了27年。

虽然由于钻石（debonair）车型第2代过于成功，让很多日本高端企业家都将这款车作为了自己的座驾，但60年代上市的车型，毕竟很多技术已经跟不上时代。而注重科技实力研发的相川哲郎被赋予重任，一个重要的原因就在于三菱汽车当时的高层，希望这款顶配车型将集成世界上最好的汽车技术，打造三菱汽车不可磨灭的名片。

相川哲郎不负众望，一年后上市的第三代钻石（debonair）车型，成长为和丰田皇冠、日产公爵等日本国产顶级豪车对标的三菱旗舰车型，配置上也体现了作为旗舰的豪华水准。尤其值得称道的是，第三代钻石（debonair）车型配备了一个激光雷达，可以显示跟车距离，并在距离过近时发出预警。

这其实是有据可查的激光雷达在汽车领域首个应用。

虽然毫米波雷达由于在恶劣天气可靠性更高，而且可以同时探测距离和速度，在后续厂商追逐相应功能实现的时候被积极采用，成功取代了第1代汽车车载激光雷达的地位。但ACC（自适应巡航功能）是由于激光雷达才出现的，这是一个不争的事实。

“激光雷达到现在实际上已经成为自动驾驶必须使用的核心探测器件”，一家在激光雷达领域创业三年公司的负责人王赛认为，三菱最早在汽车上使用激光雷达“炫技的成分更多”。

2004年，美国军方为了解决伊拉克路边炸弹问题举办的第一届DARPA无人驾驶挑战赛，在美国莫哈维沙漠地区举行。这次没人能完成赛事，却推动真正意义上有实用价值的激光雷达在汽车上布局。

当时参赛的一家名为Velodyne音响设备公司老板霍尔，敏锐的意识到了激光雷达的巨大潜力以及当时单线固定视线激光雷达的局限性。比赛结束后霍尔着手发明了一台64线机械旋转式激光雷达，一改之前激光雷达仅扫描单一固定视线的思路，通过360度旋转扫描得到的点阵，还原周遭环境的三维信息。

从此，激光雷达开始走入汽车辅助驾驶领域，Velodyne公司也成为激光雷达当之无愧的“老大”。甚至2009年谷歌第一辆自动驾驶原型车，用的也是Velodyne的激光雷达。

然而，谁都没想到，激光雷达在海外却一直不温不火，反而近三年内在国内成为资本和市场的焦点。

据天眼查数据显示，2021年我国激光雷达企业共发生66起融资事件，融资总额超过56亿元，数量与金额均刷新历年纪录。

王赛的公司也是去年拿到了一大笔投资。对于资本的蜂拥而入，他认为最重要的是当下中国领先世界迎来激光雷达普及的关键节点，原因是中国很快将迎来L3级别的自动驾驶普及高潮。“根据IDC的数据，2022Q1中国L2级自动驾驶乘用车新车渗透率达23.2%，较2021年一季度的7.5%大幅提升。根据工信部《智能网联汽车技术路线图（2.0版）》指引，国内2025年L2级和L3级新车要达到50%，到2030年要超过70%，且L4占比20%。”

在他看来深圳刚刚推出的关于城市测试道路L3级别自动驾驶放开的地方法规和出行建议，就是拉响了国内城市L3级别自动驾驶的号角。

而对于为什么说L3级别以上自动驾驶的出现必然推动激光雷达的普及，他认为随着自动驾驶能力的提升，相应高精度传感器在汽车上的数量就必然增加。“根据麦肯锡一个报告，自动驾驶从L2到L4/L5级，车载传感器的数量将从约8个上升到超过24个，其中激光雷达搭载数量将从0上升至最少4-6颗。”

某种程度上，他表示摄像头和毫米波雷达的组合，对静态车辆或障碍物的识别会有问题（如特斯拉曾撞上白色货车的可能原因），这方面激光雷达的效果是最好的。“相比摄像头等传感器，激光雷达探测距离可在200~300m+，分辨率更高，在夜晚、雨天等能见度较低的环境下性能更优，可显著提升自动驾驶系统的可靠性。”

这其实正是王赛在三年之前毅然舍弃研究所的事业编，押上全部身家准备下海一搏，在激光雷达行业分一杯羹的底气。

问题是，进入激光雷达这个赛道三年，他发现这个看起来特别新的产业，现在内卷极其严重，技术投入和对市场的争取成为各家国内大佬和创业企业纷纷押注的重点。而且经过这几年的发展和庞大市场需求的推动，在这个领域国产企业份额逐渐追上，而且有了领先发展的趋势。

据Yoel Development数据，2021年全球车载激光雷达市场中，法雷奥（产品线数较低）市场份额位列首位为28%；自主厂商中速腾聚创份额最大达10%，览沃（大疆）、图达通、华为、禾赛的份额分别为7%/3%/3%/3%。

关键，由于自主厂商与下游主机厂深度合作，竞争优势逐步凸显，已进入量产爆发期。例如速腾聚创拿到40余款量产车型的定点订单；禾赛科技最新产品AT128拿到数百万台车的订单。

因此，为满足量产需求，各家企业纷纷升级产品线、建设生产基地，全面加强激光雷达产能建设。再加上为了抢占各家车企装车的资源，国内企业竞争日益激烈。“激光雷达的装机价每年下降将近20~25%，这对于一个新兴产业来说是无法想象的。”

王赛觉得，正是庞大的市场需求催生了竞争的激烈，而竞争的激烈，又让所有参与的企业必须重视技术突破，降低成本推动自己市场份额的上升，“这虽然是一个良性循环，但大家卷的可以”。

这意味着，谁都没想到这个曾经美国人一直领先甚至独家开创出的产业，现在却最终在中国打成了一锅粥。

成本，还是成本

在王赛看来，现在中国企业份额相加已经超过海外巨头，甚至有越来越领先的趋势，背后就跟激烈竞争的市场局面脱不开关系。

“很多行业都是一样，中国企业进入掌握核心技术必然会大幅降低价格冲击市场，激光雷达市场也是一样”，王赛表示在2016年获得百度与福特1.5亿美元投资、估值超20亿美元之后，激光雷达的曾经领军者Velodyne公司开始愈发沉寂，甚至份额都被法国企业取代。

原因也很简单，这家美国公司骨子里还是走着垄断思维，认为机械式激光雷达技术自己独步天下，别人只能花高价购买产品，所以这家公司将64线扫描的激光雷达价格定在了8万美元，而且还不断涨价。

关键由于是机械式的激光雷达，所以这家公司激光雷达设备的体积还比较庞大，对于很多汽车厂商的研发来说并不友好，但他们并没有关注到这一点。

这给了后来居上中国公司机会。

禾赛科技和另一家速腾聚创的崛起，也恰恰是因为对他们技术的模仿和争取市场的行为，尤其是禾塞科技针对原价8万美元的美国产品，通过自身研发和产业链迭代把价格降到50%左右，彻底占领了市场。

王赛就是在2019年CES（国际消费电子展）上看到国内企业禾赛发布Pandar 40P产品，售价居然只有4万美元，赢得了大批量海外客户的订单，就知道激光雷达市场的机会来了。

在这次消费展上，禾赛科技赢得了阿波罗的订单。原因除了价格的优势以外，还有就是傲慢的Velodyne公司并不关注激光雷达的质量，他们认为这还是小众的玩具离普及期相当远，所以手工作坊式的生产带来产品质量问题，让这家公司的激光雷达大批量装车难以实现。

百度相关的研发人员曾表示，收到过这家公司寄来金标也就是水平最好的产品，但因为简单测试就发现一些问题，由于之前提供的很多版本产品错误率和故障率太高，使得百度阿波罗不敢使用这家美国公司的雷达。

而百度的阿波罗事实上是全球第一大无人驾驶技术嵌入平台，很多车企跟他签有协议，所以百度阿波罗指定的许多配件就会被国际大型车企采购。这在禾塞科技取代美国企业成为百度阿波罗供应商后，间接推动了禾赛的产品迅速进入到大型车企的备件名单。

另外一家核心国产激光雷达厂商速腾聚创，早在2018年10月的北京车展上就对外表示，国外有的产品他们都有，而且最少便宜1倍。

这些变化，逼的Velodyne 产品2020年开始从80000美元腰斩降价至40000美元，这是该产品发布3年来首次降价。但价格战美国公司根本跟不上。听到消息之后，中国企业马上跟进。此后中国中国激光雷达产品价格一直比Velodyne产品低500-1000美元左右。

这成为压倒骆驼的最后一根稻草。

关键这些中国公司的服务更好，国内主流自动驾驶系统系统提供商文远知行COO张力在接受媒体访问时曾表示，一些国产雷达虽然问题多一些，但如果硬件有问题，1-2天就能换上新的，“Velodyne中国只有二十几个人，纯粹是做销售和市场的，技术支持都没有。产品有问题就要发到美国去修。一来一回耽误半年的时间。”

正是这些价格加服务的优势，再叠加中国高速发展的激光雷达需求，从此激光雷达装车市场就进入中国企业时代。

战略错误和技术迭代

“Velodyne公司被市场淘汰有两方面的原因，既有创始人对海外市场的战略误判，又有对于技术顽固的坚持”，一家知名商业咨询公司负责人李雨晨表示，Velodyne公司激光雷达的成败历史，完全可以做成MBA的负面教材。

他进一步介绍，从2019年开始Velodyne公司在中国原本人数不多的员工又经过一轮裁减，而且不光中国，所有新兴国家的分部都遭到了裁员。“原因居然是老板霍尔判断欧美将是自动驾驶首先落地的市场，决心集中精力维护在这些市场的优势地位”。

根据媒体披露出的霍尔在董事会相应发言可以看出，这个激光雷达商用第一人认为在Waymo等高级别自动驾驶公司的小规模需求被满足之后，真正打开激光雷达市场空间的是车企的批量采购；而能率先把激光雷达放到量产车型上的会是欧美或日韩车企。

“实际上正是这个看好传统车企自动化技术发展的决策，让这家公司从高峰到低谷只用了不到三年”，李雨晨认为有时候战略出错误，怎么弥补可能都会有问题。

而这个战略决策已被认定是美国高科技企业做出最可怕的误判。

霍尔到现在还不改口，依然认为自动驾驶应该是谷歌方案在海外的汽车厂商率先实现，李雨晨觉得，他并没有想到百度阿波罗却因为便宜和开放，“比谷歌方案在海外汽车厂商的接受度还要高，甚至合作落地签约数量成为全球第一大自动驾驶平台”。

当下，中国已经成为自动驾驶和激光雷达应用最活跃的市场，而且从金额到市场份额、增速方面都遥遥领先其他国家。尤其是造车新势力选择和国产厂商合作，例如蔚来+图达通，小鹏+速腾聚创，理想+禾赛科技等，紧密的合作进一步加速行业发展。

按照华西证券的测算，L3和L4&L5级别自动驾驶在全球乘用车中的渗透率将于2025达到8%和1%的规模，2030年达40%和20%的规模，彻底成为主流。而根据现有数据推算，乘用车用激光雷达市场规模将在2025和2030年达217亿元与1122亿元，其中国内市场规模为155亿元和630亿元的规模。

这种程度上激光雷达也应该得中国市场得天下才对。

李雨晨还认为，另一个激光雷达企业在国内现在占据主流、国产替代已经完成全产业链布局的关键，是中国制定的新车载雷达的标准。“这些标准绝对不是应对机械式的雷达，反而是固态或者半固态的混合雷达。”

这也成为Velodyne公司最终失去中国这个主要市场的另一个重要原因。

一直以来霍尔就认为机械式扫描是激光雷达唯一可靠的解决办法，他并没有在这个上面花费太多迭代的研发投入，反而把精力放到了对于专利维权和诉讼上。

2019年8月，Velodyne公司在加州起诉禾赛和速腾专利侵权。禾赛此后分别在德国和中国起诉Velodyne专利侵权。

纷争结果是，Velodyne和禾赛在第二年年中达成全球和解，双方承诺2030之前不在机械旋转式激光雷达领域对对方提起任何诉讼，Velodyne的专利届时也将过期。禾赛为和解付出的代价包括一次性支付1.6亿元人民币专利和解费，2020-2030年连续十年支付专利许可费。

这种技术垄断性也倒逼中国企业抛弃了机械式雷达的方案，转而寻求更加先进的电子激光雷达布局和技术模式。

“某种程度上，正是海外巨头的施压让中国企业走了一条跟国外公司不太一样的技术路线，也实现了跨越式的技术发展”，李雨晨表示目前中国国内激光雷达的主流，已经转移到半固态和固态激光雷达上。

其实在扫描方式上，激光雷达以机械式—混合固态—固态的技术路线逐次演进。

Velodyne紧抱不放的机械式激光雷达在三者之中技术最成熟，兼具360°水平视场角和测距能力远的优势，但因成本较高、装配困难、机械零部件寿命不长等缺陷，一直难以达到自动驾驶汽车量产的要求。

而国内现在主流的混合固态激光雷达，在现有技术和工艺水平下更能满足量产车型对雷达稳定性和寿命的要求，其中MEMS微振镜方案具备可靠性高、分辨率高等优势，是当前最为主流的激光雷达量产方案。

相对前两者，大家都在研发的固态激光雷达取消了全部运动部件，具有体积小、量产成本低的特点，但技术尚未成熟，现有的产品功率较低，还满足不了实际上路的技术需要。

当然，从长期来看，固态方案是车载激光雷达的最终发展方向，在可量产性、性能、成本方面均具备优势。

Velodyne公司也许看到这个方向，倔强的霍尔最终低下了头，2020年下半年他们也推出了固态激光雷达的产品，售价甚至定在了100美元一颗。但单个雷达功率太小，如果完全实现自动驾驶L3级别的能力，整车要部署超过20颗的激光雷达，这对于中心算法和供电系统都是个不小的考验，因此产品应用还远未达到需求。

然而这个时候霍尔想在领着公司进军半固态雷达的市场，却发现中国企业和法国企业对他筑起了一面专利墙。

一步错步步错。

装车之战演变成芯片之战

最新的消息显示，特斯拉宣布将取消所有雷达，全部用8颗摄像头来解决自动驾驶的数据搜集问题。

固然特斯拉这么做显示的非常狂妄，而且是在技术还没有完全实现，甚至很多软件功能要到明年年中才能最终解决的背景下，提前宣布消息有提振股价的思维在里面；但特斯拉能这么做的底气就在于全球拥有特斯拉车辆的数量，以及每辆车每日产生海量的数据，可以帮助系统去了解视觉，解决自动驾驶数据采集问题的算法关键。

从这个角度说自动驾驶的实现，是跟数据与算法相关，而数据获取部件尤其是激光雷达的技术迭代和发展，也跟装车的数量密切相关。

所以现在激光雷达厂商，尤其是国内的这些创业企业，都不约而同进入争夺汽车品牌的大战之中。

而2021年10月，小鹏P5作为全球首款量产激光雷达智能汽车正式下线交付，彻底拉开了这场大战的帷幕。

“不论是传统还是新势力，只要汽车厂商有智能汽车设计新车型的消息，各家激光雷达厂商的高管就会蜂拥而至，拉关系、打友谊牌、提供从开发阶段到试车全部雷达备件免费试用，甚至技术人员驻场也是常态”，作为服务国内一家造车新势力的战略咨询公司老板，李雨晨对这些激光雷达厂商最近两年的动向非常关注。

在他看来，这样的打成一锅粥的状态很正常，“所有人都清楚，只要车型研发成功，激光雷达装车之后随着车辆的销售变成一门长久的生意，而一个车型的成功必然会引发同一品牌甚至不同品牌其他车型研发的跟进，从而打开整个市场。”

站在汽车厂商来说，这种买方市场必然感到非常爽。“汽车厂商关注激光雷达，其实就两个部分，一个是性能一个是价格，在性能尽可能满足条件的背景下，价格还要限制到最低，这其实是汽车厂商最需要解决的痛点。”

而这两点也成为当下国内激光雷达产业企业，正在努力研发和产品设计的方向。

李雨晨表示，激光雷达的成本主要包含研发成本、BOM成本及生产成本，“研发成本与生产成本可随量产规模的扩大显著分摊；真正对价格影响最大的是生产成本，尤其是芯片。”

目前希望雷达厂商有一些的主控芯片还需要外采，而且需要多个芯片的共同努力，在算法调度之下完成所有的工作。因此，李雨晨表示芯片集成设计能力将成为整机厂核心竞争壁垒。“厂商基本上都开始自己设计芯片，只有自己设计才能将将整个系统简化为几颗芯片，装配工艺完全可以自动化；同时大幅降低物料及调试成本。”

在这种背景下，芯片化是重要的降本途径，也是实现激光雷达高性能、高可靠性的关键效技术。在他看来，激光雷达主控芯片将从FPGA向高集成度的ASIC/SoC方案发展。

据禾赛科技招股书，其自研多通道发射芯片使得发射端驱动电路成本降低70%，自研多通道模拟前端芯片使得接收端模拟电路成本降低约80%。

这就是一个例子。

当下，智能汽车是最有可能引领全球产业发展的行业，而激光雷达作为智能汽车感知系统的核心，已经成为中国真正在新10年发展的杀手锏，在其中市场的作用和技术的突破都有相应的加成。

真正能引发这一切恰恰是整个产业对于技术迭代的需求。

某种程度上正是由于我们拥有一个庞大的国内市场和相应的海量需求，才激发出一个超越全球发展水平的产业。