重点内容速览:
1. 激光雷达的结构及车载激光雷达的主流方案
2. 车载激光雷达市场格局,中国企业合计占了88%的市场
今年可以说是智能驾驶普及之年。2月9日,长安汽车发布了“北斗天枢2.0”智能化战略;2月10日,比亚迪推出“天神之眼”高阶智驾解决方案;3月3日,吉利发布了“千里浩瀚”智能驾驶系统;3月18日,奇瑞公开了“猎鹰智驾”解决方案;再加上推行智能驾驶多年的特斯拉、华为、小鹏、蔚来等,2025年各大车企都纷纷加码智能驾驶。
作为智能驾驶的核心零部件,具备感知精度高、识别距离远等优点,更适应黑夜、逆光和大雾等环境的激光雷达也迎来高速发展期,比如尊界S800与改款的M9搭载了4颗激光雷达;比亚迪的天神之眼A/B搭载激光雷达;零跑将在12.98万元的车型上采用激光雷达;长安汽车更是宣布将在10万元级别的车型上搭载激光雷达。再加上奔驰、宝马、奥迪、丰田等在内的国际头部主机厂在2025年也均有激光雷达车型的发售计划。车载激光雷达今年注定是一个高速增长的年份。
据Yole统计,2024年全球激光雷达市场规模为8.61亿美元,预计到2030年将增长至38.0 4亿美元,年复合增长率高达28%。 特别是随着L3,L4级别自动驾驶汽车时代的到来,车载激光雷达的用量将倍增,因为一般L2或L2+级别的自动驾驶车辆一般会采用1~2颗激光雷达,L3级别将采用1颗前视加2到3颗补盲激光雷达实现360°覆盖,而到了L4级别,由于车企或运营商需要负全责,一般会要求更大的安全冗余,或将采用2颗长距激光雷达加上周边4~6颗补盲激光雷达实现车身视角全覆盖。
激光雷达的结构及车载激光雷达的主流方案
激光雷达是一种利用激光来探测与测距的一种技术,其测量原理主要有两种,即飞行时间法(ToF,Time of Flight)和调频连续波法(FMCW,Frequency Modulated Continuous Wave)。这两种方法能够实现较远距离的测量,比如100至250米。
具体来说,ToF是通过直接测量发射激光与回波信号的时间差,基于光在空气中的传播速度得到目标物的距离信息。具有响应速度快、探测精度高的优势,但可能受到其他激光雷达或者环境光的干扰,在高反射率目标上可能出现信号饱和的问题。目前,ToF法已经达到了较高的技术成熟度,具有完整产业链,成本也相对较低,因而实现了广泛应用。
而FMCW则采用了相干检测技术,使用频率来测量距离,将发射激光的光频进行线性调制,通过回波信号与参考光进行相干拍频得到频率差,解调出被检测目标的距离及速度,具有可直接测量速度信息,以及抗干扰的优势。FMCW目前技术成熟度较低,对ADC、DSP等元器件的性能要求较高,成本较高,仍处于发展初期。
也就是说,激光雷达一般由四大核心模块组成,分别是激光发射模块、激光接收模块、扫描模块和信息处理模块。
- 激光发射模块
包括激光驱动、激光器和发射光学系统,主要的功能是产生并发射激光信号。虽然激光器的种类有很多,但目前车载激光雷达主要采用半导体激光器,包括边发射激光器(EEL)和垂直腔面发射激光器(VCSEL)。VCSEL因其低成本和高可靠性逐渐成为主流。按照发射激光的波长,可以分为905nm为 代表的近红外激光器和以1550nm为代表的短波红外激光器。
因为半导体技术成熟,而且成本优势显著,早期激光雷达系统(包括Velodyne在2005年推出的3D实时激光雷达)主要采用905nm波长的激光器。就算是现在,905nm以及新兴的940nm半导体激光器仍然是主流,预计未来5年都不会有所改变。也有少数厂商,比如图达通和Luminar在使用1550nm的半导体激光器,但由于成本较高,难以满足车企的需求。
在激光发射器方面,早期激光雷达厂商主要采用EEL,因为它具备高功率和远距离优势。但是由于EEL体积大,功耗高等劣势,它正逐渐被VCSEL所取代。VCSEL具有小尺寸、低功耗和阵列可扩展性等优势越来越受激光雷达厂商所青睐,再加上其2D可寻址阵列能提升视场角和点密度,以及多结结构增强输出功率,正逐渐成为业界主流。
供应商方面,目前激光器市场主要参与者仍以海外厂商为主,包括Ams OSRAM、Lumentum(鲁门特姆)等;国产厂商包括深圳瑞波光电子、常州纵慧芯光半导体、炬光科技和长华科技等。
- 激光接收模块
主要用来接收漫反射回来的光,利用光电效应将光信号转化为电信号,从而实现对光信号的探测。主要由接收光学系统、光电探测器、放大器(前置放大器、主放大器等)等组成。通过光电探测器(比如APD、SPAD、SiPM)捕获发射激光并转化为电信号。
光电探测器方面,早期主要以APD为主,但现在APD已经开始被灵敏度更高的SiPM和SPAD所取代,新的接收器具备更好的噪声抑制、紧凑的设计和量产优势。特别是SPAD-SoC结构(将SPAD与处理器芯片堆叠)正在兴起,其主要优势包括更高光子探测填充因子和更小的尺寸,通过垂直集成SPAD阵列与定制ASIC实现信号处理,降低尺寸、延迟和成本。
光电探测器供应商方面,海外厂商主要包括索尼、First Sensor、Hamamatsu(滨松光子)、安森美、量芯集成等;国内厂商包括灵明光子、南京芯视界等;信息处理模块:将接收到的光信号处理成高精度的三维点云数据,支持自动驾驶系统的环境感知。核心算法包括点云分割、目标识别和SLAM。信息处理模块的主芯片一般会采用FPGA,但近几年由于降本及性能需求,头部激光雷达厂商都是在定制自己的ASIC芯片和驱动芯片。供应商方面,主要有Altera、AMD、TI、ADI、紫光国微、智多晶等。
- 扫描模块
决定激光雷达的探测范围和分辨率。扫描方式包括机械式、混合固态(如MEMS)和纯固态(比如OPA,Flash)。也就是说,按照扫描方式的不同,激光雷达可以分为机械式、混合固态和固态激光雷达三大类。其中,机械式激光雷达是通过电驱动扫描部件旋转,实现360°全景探测,其缺点是体积大、成本高,且容易受到振动影响,不适合车载应用;混合固态激光雷达又分为转镜式、棱镜式和MEMS式激光雷达,比如MEMS式就是利用微机电系统(MEMS)振镜替代部分机械部件,降低系统尺寸和重量,同时保持较高扫描性能,MEMS激光雷达是当前量产车载激光雷达的主流选择;纯固态激光雷达是完全去除了机械部件,通过光学相控阵(OPA)或面光源(Flash)实现光束控制。OPA和Flash技术具有更高的集成度和可靠性,是未来的发展方向之一。
其实车载激光雷达市场竞争激烈,进入门槛也很高,比如车规级的激光雷达需要经过1万小时以上数十项车规测试。也就是说,激光雷达产品达到车规级,需要在化学特性、机械特性、电气特性三大方面进行数十项试验,包括备受业界关注的车规级冲击振动和高低温检测。机械式激光雷达技术已经趋于成熟,但由于物理极限和成本高等因素限制,装配和调试困难,扫描频率低,生产周期长,成本较高,并且机械部件寿命不长(约1000~3000小时),难以满足苛刻的车规级要求(至少1万小时以上),因此ADAS量产方案基本以半固态激光雷达为主。
车载激光雷达市场格局,中国企业合计占了88%的市场
根据Yole的统计,2024年车载激光雷达(包含Robotaxi和乘用车)的总出货量约为160万台,较2023年实现了翻倍增长。其中出货量最大的禾赛科技占了30%的市场份额,速腾聚创、华为和图达通紧随其后,这四家中国激光雷达厂商合计占了88%的市场份额。
其实,目前在车载激光雷达市场中,全球仅有8家企业具备前装量产车规级主视激光雷达的能力,其中国内有5家,分别是禾赛科技、速腾聚创、华为、图达通和大疆览沃,国外有3家,分别是法雷奥、Luminar和Innoviz。 由于大疆览沃在2023年就放弃了车规市场,法雷奥、Luminar和Innoviz则受限于高成本和低采纳率,因此,真正具备市场竞争力的主流车载激光雷达供应商仅有禾赛科技、速腾聚创、华为和图达通四家。
图达通目前仅有蔚来一家车企定点,华为更多凭借与问界、智界和阿维塔等ADS全家桶生态车型一站式智驾解决方案售出产品。产品具有性价比的供应商仅有速腾聚创和禾赛科技两家。
速腾聚创和禾赛科技都成立于2014年,并相继在2021年和2022年前后实现了车规级产品的量产交付。根据最近这两家公司发布的2024年财报,速腾聚创2024年全年激光雷达总销量达到了54.4万台,同比增长109.6%,其中ADAS领域的激光雷达产品销量约51.98万台,同比增长113.9%。禾赛科技2024年全年激光雷达总交付量为50.19万台,同比增长126.09%,连续4年实现交付量翻倍,其中ADAS激光雷达交付量约为45.64万台,同比增长134.2%。
根据最新的消息,速腾聚创今年1至3月,已经助力15款合作车型实现了大规模量产落地,包括广汽丰田铂智3X、传祺向往S7、吉利银河E8等。截至2025年3月31日,速腾聚创已与全球30家汽车整车厂及一级供货商达成紧密合作,定点车型数量已超百款。禾赛科技也在近期披露,截至目前,该公司已经与22家国内外汽车厂商的120款车型达成量产定点合作关系。
更为重要的是国内这两家激光雷达厂商近年来在持续降低激光雷达的成本,让激光雷达来到了“千元机”时代。比如2024年,速腾聚创推出了激光雷达新品MX,价格不到200美元。禾赛科技也在2024年推出了激光雷达新品ATX,渗透至10万元级别的车型。据悉,目前ATX已经获得了比亚迪、奇瑞等11家国内头部车企的多款车型定点合作,2025年会启动大规模量产。
结语
国内车企积极拥抱激光雷达技术,将其广泛应用于各价位车型,包括经济实用型车型。相对来说,欧美车企更加保守,主要限于高端车型,这导致了量产规模有限,目前仅有奔驰、宝马、奥迪和沃尔沃等少数厂商采用。这也导致了国内激光雷达厂商快速崛起,再加上机器人市场的发展,国内激光雷达厂商有望更进一步。
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