劉皖媛

先不論車企宣傳語(yǔ)里L(fēng)2.9還是L3+，汽車?yán)锏膫鞲衅鞯拇_是越裝越多了。

無(wú)人駕駛?cè)蝾I(lǐng)軍者Waymo的第五代自動(dòng)駕駛系統(tǒng)共有40個(gè)傳感器，其中包含29個(gè)攝像頭、6個(gè)毫米波雷達(dá)和5個(gè)激光雷達(dá)。國(guó)內(nèi)造車新勢(shì)力們?cè)谄囍悄芑⒆詣?dòng)化上也不遑多讓，蔚來(lái)ES8搭載了23個(gè)傳感器，小鵬P7的數(shù)量則是31個(gè)，超過(guò)特斯拉。

隨著汽車智能化變革的到來(lái)，全球的汽車科技公司，無(wú)論大小，都在致力于去掉汽車的方向盤，或者減弱人類駕駛員的作用。有的玩家在進(jìn)擊L4級(jí)自動(dòng)駕駛，有的循序漸進(jìn)從L1和L2級(jí)自動(dòng)駕駛做起，但車載傳感器解決方案的市場(chǎng)蛋糕已經(jīng)越做越大。

市場(chǎng)研究公司YoleDéveloppement發(fā)布的《2020年自動(dòng)駕駛傳感器報(bào)告》預(yù)測(cè)，用于自動(dòng)駕駛車輛的傳感器將在未來(lái)15年內(nèi)以51%的年復(fù)合成長(zhǎng)率增長(zhǎng)，感測(cè)硬件的總營(yíng)收將在2032年達(dá)到170億美元，約合人民幣1115億元。

車載傳感器的千億級(jí)市場(chǎng)里，中國(guó)在研發(fā)和市場(chǎng)占有率上失了先機(jī)，攝像頭、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)等車載傳感器行業(yè)被外商品牌壟斷多年，但已經(jīng)有部分國(guó)牌摩拳擦掌，力圖奪回國(guó)產(chǎn)傳感器的江湖地位。

攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)如何讓汽車像人類一樣感知環(huán)境？只依靠圖像識(shí)別能讓汽車達(dá)到全無(wú)人駕駛的級(jí)別嗎？車端之外，路端傳感器將怎樣幫助自動(dòng)駕駛汽車更快實(shí)現(xiàn)落地？

汽車的“眼睛”與“耳朵”

與傳統(tǒng)汽車相對(duì)比，自動(dòng)駕駛汽車的感知系統(tǒng)的主要工作是替代人類駕駛員的視覺(jué)系統(tǒng)：通過(guò)將感受的信息按照特定規(guī)則轉(zhuǎn)為電信號(hào)，傳輸?shù)狡嚨闹醒肟刂茊卧獏f(xié)助汽車自動(dòng)駕駛。

自動(dòng)駕駛歸根結(jié)底是要讓汽車變得智能，而關(guān)于人工智能如何幫助人類，業(yè)內(nèi)常有這樣的說(shuō)法：當(dāng)前人工智能系統(tǒng)所擅長(zhǎng)的領(lǐng)域與人類所擅長(zhǎng)的領(lǐng)域恰恰相反。人類的邏輯分析能力遠(yuǎn)超AI，但人類在記憶和大數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域卻與AI相差甚遠(yuǎn)。

汽車感知系統(tǒng)也存在這樣的現(xiàn)象。人類司機(jī)只需憑借常識(shí)和認(rèn)知即可識(shí)別道路上的行人、車輛、信號(hào)燈等，并對(duì)應(yīng)做出加速減速、轉(zhuǎn)向等決策。而計(jì)算機(jī)想要完成同樣的操作卻非常困難，感知、識(shí)別就是第一大關(guān)。

目前自動(dòng)駕駛的核心傳感器包括車載攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)，在ADAS系統(tǒng)中主要以攝像頭與毫米波雷達(dá)為主，而激光雷達(dá)則已成為大部分L3級(jí)以上自動(dòng)駕駛汽車的必選品。

車載攝像頭，扮演的是人類“眼睛”的角色。

作為自動(dòng)駕駛里最不可或缺的一個(gè)傳感器，攝像頭能分辨出障礙物的大小和距離，識(shí)別行人、車道線、交通標(biāo)識(shí)等，并將圖像信息通過(guò)算法分析，實(shí)現(xiàn)眾多預(yù)警和識(shí)別功能，如行人警示、車道保持、交通信號(hào)燈識(shí)別等等。根據(jù)鏡頭個(gè)數(shù)的不同，攝像頭可以分為單目、雙目和多目攝像頭。

攝像頭的主要優(yōu)點(diǎn)在于其分辨率高、成本低，人眼能夠快速捕捉海量信息，攝像頭也能夠獲取豐富的信息，但和人眼一樣受視野和環(huán)境影響。一個(gè)單目攝像頭最多能捕捉到50°范圍內(nèi)，能觀察的距離有限;在夜晚和雨雪等惡劣天氣下攝像頭的性能會(huì)迅速下降。

2018年3月，Uber的一輛自動(dòng)駕駛汽車在亞利桑那州與一名橫穿馬路的女士相撞并致其死亡，主要原因是由于夜里光線條件差，經(jīng)過(guò)的路段又處于陰影中，沒(méi)有準(zhǔn)確辨認(rèn)行人。

毫米波雷達(dá)彌補(bǔ)了攝像頭的缺陷。相比人類的眼睛，它更像是蝙蝠的耳朵：蝙蝠幾乎不靠眼睛，而是通過(guò)耳朵發(fā)射超聲波，根據(jù)其反射的回音辨別物體，避開障礙飛行，因此也不受光線條件影響。

人們?cè)谡箷?huì)上體驗(yàn)自動(dòng)駕駛等新科技。圖/視覺(jué)中國(guó)

與蝙蝠飛行原理相似，毫米波雷達(dá)使用天線發(fā)射波長(zhǎng)1-10mm、頻率24-300GHz的毫米波，通過(guò)處理目標(biāo)反射信號(hào)獲取汽車與其他物體相對(duì)距離、相對(duì)速度等環(huán)境信息，并根據(jù)信息對(duì)目標(biāo)追蹤分類，由電子控制單元結(jié)合車身動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行決策。

毫米波雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)降雨、沙塵、煙霧等離子的穿透能力高于激光和紅外，但也存在如信號(hào)衰減大、易受到建筑物等阻擋、傳輸距離短等缺陷。

激光雷達(dá)與雷達(dá)工作原理類似，但其最大優(yōu)勢(shì)在于能夠利用多譜勒成像技術(shù)，創(chuàng)建出目標(biāo)清晰的3D圖像。

通過(guò)測(cè)量激光信號(hào)的時(shí)間差和相位差確定距離，并利用此過(guò)程中收集到的目標(biāo)對(duì)象表面大量密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，快速得到被測(cè)目標(biāo)的三維模型以及線、面、體等各種相關(guān)數(shù)據(jù)，以達(dá)到環(huán)境感知的目的。

國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)制造商禾賽科技安全及質(zhì)量工程部總監(jiān)趙鑫告訴《財(cái)經(jīng)》記者，激光雷達(dá)是汽車要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛不可或缺的傳感器，尤其是針對(duì)L4級(jí)及以上。激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)明顯，分辨率高、精度高、抗干擾能力強(qiáng)。激光雷達(dá)線數(shù)越多，測(cè)量精度越高，安全性就越高。

“無(wú)論是探測(cè)精度、信息豐富程度和對(duì)外界的實(shí)際感知，對(duì)于無(wú)人車來(lái)說(shuō)都是必不可少的?！壁w鑫表示。

由于激光雷達(dá)屬于精密儀器，工作原理涉及多個(gè)專業(yè)學(xué)科，尤其是頂級(jí)的頭部企業(yè)在相關(guān)領(lǐng)域都有多年的深耕和積累，且成熟的產(chǎn)品具備很高的精度，這也導(dǎo)致了激光雷達(dá)成本較高、價(jià)格更貴。但是作為自動(dòng)駕駛汽車上的智能硬件，整個(gè)自動(dòng)駕駛行業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈的打通與合作成為助推激光雷達(dá)降本的重要力量。

另一方面，越多線數(shù)的激光雷達(dá)所能感知的環(huán)境細(xì)節(jié)越多，其接收的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量越豐富，對(duì)硬件和軟件的能力要求也越高，擁有足夠的計(jì)算能力來(lái)處理傳感器捕捉的環(huán)境信息，已成為自動(dòng)駕駛解決方案中的重要一環(huán)。

外商統(tǒng)治，國(guó)牌挑戰(zhàn)

車載傳感器行業(yè)曾是海外廠商絕對(duì)統(tǒng)治的江湖。

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)逐步推廣，車載攝像頭、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)市場(chǎng)需求亦快速提升。由于技術(shù)壁壘高、對(duì)硬件與軟件系統(tǒng)均有較高的要求，外資Tier1們無(wú)論是研發(fā)還是品牌信賴度、市場(chǎng)占有率上都有著明顯的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

以攝像頭為主導(dǎo)的圖像識(shí)別技術(shù)供應(yīng)商中，以色列公司Mobileye占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)位置。Mobileye為整車廠提供“車載攝像頭+算法+視覺(jué)處理芯片”的整體解決方案，2019年手握全球26個(gè)車企45個(gè)合作項(xiàng)目，并新獲得22款車型的超1600萬(wàn)輛訂單，市場(chǎng)滲透率超過(guò)70%。

而在毫米波雷達(dá)領(lǐng)域，由于軟硬件關(guān)鍵技術(shù)被外商壟斷，全球毫米波雷達(dá)市場(chǎng)主要由博世、法雷奧、海拉、大陸、德爾福、電裝等國(guó)際巨頭廠商主導(dǎo)。據(jù)中國(guó)高科技行業(yè)綜合門戶OFweek統(tǒng)計(jì)，2018年全球毫米波雷達(dá)市場(chǎng)出貨量前三的企業(yè)為博世、大陸和海拉，市場(chǎng)占有率分別為19%、16%和12%。

激光雷達(dá)的市場(chǎng)壟斷更加明顯，曾掌握核心技術(shù)的美國(guó)Velodyne科技公司幾乎是激光雷達(dá)的代名詞。成立于1983年的Velodyne一度是國(guó)內(nèi)外全無(wú)人駕駛技術(shù)公司的唯一選擇，與谷歌、通用汽車、福特、Uber、百度等都有合作，占據(jù)了車載激光雷達(dá)大部分的市場(chǎng)份額。

近年來(lái)，伴隨著中國(guó)的汽車智能化浪潮，車載傳感器的蛋糕越做越大，國(guó)牌挑戰(zhàn)者們也隨之崛起。

近日召開的2020世界智能網(wǎng)聯(lián)汽車大會(huì)上，《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖2.0》正式發(fā)布，規(guī)劃稱我國(guó)到2025年L2級(jí)、L3級(jí)自動(dòng)駕駛的智能網(wǎng)聯(lián)汽車占汽車總銷量達(dá)50%。中信證券預(yù)測(cè)，傳感器需求將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，汽車傳感器市場(chǎng)有望在2023年突破340億元。

三種傳感器的國(guó)內(nèi)供應(yīng)商們正力圖奪回外資Tier1們的市場(chǎng)份額。

Mobileye封閉的“黑盒子”模式對(duì)車企的研發(fā)限制極大，卻也給了國(guó)內(nèi)攝像頭解決方案供應(yīng)商們彎道超車的機(jī)會(huì)。Mobileye將算法與芯片“捆綁銷售”，合作的下游廠商只能獲取其輸出的信號(hào)，但不知道具體的識(shí)別算法，也不能針對(duì)性地修改算法。另一方面，Mobileye還未能證明其在更高級(jí)別自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的運(yùn)算和多傳感器整合能力。

在攝像頭系統(tǒng)解決方案上，中國(guó)的德賽西威、百度Apollo、華為等廠商已有布局。德賽西威是站在小鵬、理想兩家車企背后的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)供應(yīng)商，也是英偉達(dá)在中國(guó)支持的第一家本土自動(dòng)駕駛Tier1。

小鵬汽車告訴《財(cái)經(jīng)》記者，小鵬 P7搭載的自動(dòng)駕駛輔助感知系統(tǒng)充分考慮了中國(guó)本土路況對(duì)感知能力的要求而設(shè)計(jì)。小鵬P7攝像頭數(shù)量足有11個(gè)，但結(jié)合英偉達(dá)DRIVE Xavier計(jì)算平臺(tái)和德賽西威開發(fā)的自動(dòng)駕駛域控制器IPU03，算力可達(dá) 30 TOPS（萬(wàn)億次/秒），足以達(dá)到處理海量數(shù)據(jù)信息的算力要求。

此外，一大批視覺(jué)感知技術(shù)公司也涌現(xiàn)出來(lái)，如MAXIEYE、極目智能、MINIEYE等，從視覺(jué)感知、環(huán)視感知等不同角度切入。盡管距離Mobileye仍有差距，但隨著國(guó)內(nèi)公司的積極研發(fā)并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，這一差距正在縮小。

走在國(guó)內(nèi)毫米波雷達(dá)前列的公司有德賽西威、華域汽車、森斯泰克等，但中國(guó)車載毫米波雷達(dá)行業(yè)尚未掌握核心技術(shù)，市場(chǎng)滲透率依然較低。數(shù)據(jù)顯示，大陸、博世和德爾福仍占據(jù)我國(guó)77GHz雷達(dá)市場(chǎng)80%以上的出貨量。

“毫米波雷達(dá)最早應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，國(guó)外很早就開始研發(fā)并應(yīng)用在了汽車領(lǐng)域，尤其是對(duì)77GHz的技術(shù)封鎖下，國(guó)內(nèi)品牌很難突破。這些外商Tier1已經(jīng)與車企建立了長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作關(guān)系，國(guó)產(chǎn)品牌很難繞過(guò)它們?nèi)ズ蚈TM合作，因?yàn)閯e人已經(jīng)有很全面的應(yīng)用方案了?！蓖瑵?jì)大學(xué)汽車學(xué)院人車關(guān)系實(shí)驗(yàn)室汽車產(chǎn)業(yè)專家王小斌告訴《財(cái)經(jīng)》記者。

另一個(gè)限制在于攝像頭和毫米波雷達(dá)的技術(shù)相對(duì)成熟，成本較低，價(jià)格也比激光雷達(dá)便宜很多，國(guó)產(chǎn)品牌很難從性價(jià)比入手。

從產(chǎn)業(yè)鏈的價(jià)值分配來(lái)看，激光雷達(dá)由于技術(shù)壁壘、廠家稀缺，產(chǎn)業(yè)附加值更高。

激光雷達(dá)是三種傳感器中成本最高的一種，也是高級(jí)自動(dòng)駕駛必不可少的組成部分，過(guò)去一直是賣方主導(dǎo)定價(jià)，但近年來(lái)國(guó)產(chǎn)品牌在激光雷達(dá)領(lǐng)域已呈現(xiàn)后來(lái)者居上的勢(shì)頭：禾賽科技和速騰聚創(chuàng)等國(guó)內(nèi)玩家都推出了不同的產(chǎn)品線和解決方案，在滿足車規(guī)級(jí)要求同時(shí)主打性價(jià)比，以價(jià)格優(yōu)勢(shì)搶占Velodyne市場(chǎng)份額。

同樣規(guī)格的國(guó)產(chǎn)機(jī)械式激光雷達(dá)比Velodyne便宜得多。Velodyne的64線激光雷達(dá)售價(jià)一度達(dá)到10萬(wàn)美元，降價(jià)后也需50多萬(wàn)元人民幣，而禾賽在今年1月推出的64線產(chǎn)品PandarQT建議零售價(jià)定在了4999美元。

趙鑫認(rèn)為，盡管目前限制全無(wú)人駕駛車落地的因素還有很多，但對(duì)于運(yùn)營(yíng)公司來(lái)說(shuō)成本也許不是排在第一位的，性能是否達(dá)標(biāo)、穩(wěn)定可能更加重要。

“推出承載更多信息量的激光雷達(dá)能加快Robotaxi運(yùn)營(yíng)的落地。有的激光雷達(dá)探測(cè)距離有200米，但實(shí)際上感知距離到不了200米，都可能導(dǎo)致無(wú)法感知或者感知錯(cuò)誤。”趙鑫表示。

事實(shí)上，不僅僅是國(guó)內(nèi)滴滴、小馬智行、文遠(yuǎn)知行的全無(wú)人出租車裝上了禾賽的激光雷達(dá)，國(guó)牌正打入硅谷。截至2019年，加州DMV獲得自動(dòng)駕駛牌照的公司中，有超過(guò)一半是禾賽的客戶。公開信息顯示，全球自動(dòng)駕駛測(cè)試?yán)锍膛琶?5的公司中，有12家選擇禾賽的產(chǎn)品作為主傳感器，包括通用Cruise、Zoox、Aurora等曾與Velodyne深度合作的頂級(jí)自動(dòng)駕駛企業(yè)。

車內(nèi)多傳感器融合，車外路端數(shù)據(jù)協(xié)助

車載傳感器如何組合、為高級(jí)輔助駕駛甚至L4級(jí)以上全無(wú)人駕駛提供解決方案，多年來(lái)一直有著兩種不同的路徑。

第一種是由攝像頭主導(dǎo)、配合毫米波雷達(dá)等低成本元件組成，構(gòu)成純視覺(jué)計(jì)算，典型代表為特斯拉、Mobileye等，另一種是由激光雷達(dá)主導(dǎo)，配合攝像頭、毫米波雷達(dá)等元件組成，典型代表為Waymo、Apollo等主流自動(dòng)駕駛廠商。

從價(jià)格控制上看，激光雷達(dá)的成本遠(yuǎn)高于攝像頭和毫米波雷達(dá)，特斯拉選擇圖像感知技術(shù)主導(dǎo)的路線很大程度上也有出于成本的考慮。

業(yè)內(nèi)認(rèn)為，兩種路線的決策方法存在差異，以攝像頭為主傳感器的自動(dòng)駕駛方案“輕感知、重計(jì)算”，而以激光雷達(dá)為主傳感器的自動(dòng)駕駛方案具有明顯的“重感知、輕計(jì)算”特征。