雷達(dá)大戰(zhàn)，4D還是激光？

純視覺(jué)路線，正在交戰(zhàn)多傳感器融合。

說(shuō)到智能駕駛，其終極目標(biāo)是“去人化”，不過(guò)這種《沙丘》中人和AI大戰(zhàn)后被禁止應(yīng)用的技術(shù)，卻在我們的魔幻現(xiàn)實(shí)中火熱地發(fā)生著、進(jìn)行著。

而在特斯拉主導(dǎo)的純視覺(jué)路線暴露越來(lái)越多的缺陷，神話破滅之時(shí)，激光雷達(dá)和4D毫米波雷達(dá)的崛起，成為映照風(fēng)口浪尖的兩個(gè)亮點(diǎn)。

一方面，此前據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)，2022年，4D毫米波雷達(dá)的市場(chǎng)規(guī)模僅為2億美元。到2028年，這個(gè)數(shù)字將提高到22億美元，期間年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)49%。另一方面，激光雷達(dá)在國(guó)內(nèi)的禾賽科技和速騰聚創(chuàng)兩家巨頭的帶動(dòng)下，制造成本飛速下降。

現(xiàn)在，車企用4D毫米波雷達(dá)還是激光雷達(dá)，也正在成為“TO BE OR NOT TO BE”的問(wèn)題。

01、4D雷達(dá)，大有可為？

其實(shí)，毫米波雷達(dá)并不是什么新技術(shù)，但是傳統(tǒng)的提供測(cè)量距離、速度和水平角度的3D雷達(dá)，除了便宜沒(méi)啥優(yōu)點(diǎn)。直到4D毫米波雷達(dá)（也叫成像雷達(dá)）出世。

顧名思義，4D成像雷達(dá)是在傳統(tǒng)雷達(dá)基礎(chǔ)上加上一個(gè)垂直角度檢測(cè)、提高了輸出點(diǎn)密度且具備更高分辨能力的雷達(dá)。換句話說(shuō)，4D毫米波雷達(dá)“進(jìn)化”出了類似激光雷達(dá)的點(diǎn)云成像效果，同時(shí)能夠彌補(bǔ)純視覺(jué)算法偏弱無(wú)法覆蓋全場(chǎng)景的問(wèn)題，清晰度上，部分指標(biāo)近似達(dá)到16線數(shù)的激光雷達(dá)。

遇到下雨、大霧等天氣，它的偵測(cè)范圍仍可以達(dá)到300米左右。同時(shí)，4D雷達(dá)還具有足夠高的動(dòng)態(tài)范圍，能區(qū)分遠(yuǎn)距離的較小障礙物。進(jìn)而，能夠識(shí)別出如路標(biāo)、靜態(tài)物體和較遠(yuǎn)距離以外的物體，這是傳統(tǒng)的3D毫米波雷達(dá)無(wú)法做到的。

有人辭官歸故里，有人漏夜趕科場(chǎng)。去年，博世退出激光雷達(dá)的研發(fā)，將資源重新分配到毫米波雷達(dá)和其他傳感技術(shù)上。而我在今年北京車展期間安波福的發(fā)布會(huì)上也得知，安波福也無(wú)意激光雷達(dá)，還是主攻4D毫米波雷達(dá)。

而曾在2019年豪言使用純視覺(jué)來(lái)實(shí)現(xiàn)FSD的特斯拉，也在去年年底宣布，將在第4代自駕車平臺(tái)重新納入一顆4D毫米波雷達(dá)。這讓業(yè)內(nèi)很多人還激動(dòng)了好一陣子呢。

不過(guò)，從價(jià)格來(lái)看，4D毫米波雷達(dá)更容易接受，但性價(jià)比還談不上太高。而“無(wú)論激光雷達(dá)的成本再怎么降低，它依然會(huì)比毫米波雷達(dá)貴幾倍，兩者之間會(huì)維持在5到10倍的差距?！蹦忱走_(dá)廠商這個(gè)說(shuō)法不是太對(duì)哈。

根據(jù)蓋世汽車研究院智能駕駛配置數(shù)據(jù)庫(kù)顯示，2024年第一季度，前三的激光雷達(dá)裝機(jī)量，速騰聚創(chuàng)、華為技術(shù)、禾賽科技分別為116097、41833、34259臺(tái)，實(shí)際上，裝機(jī)方面還是比4D毫米波雷達(dá)搶先了一步的。

當(dāng)然，激光雷達(dá)正在喊“進(jìn)入200美元時(shí)代”，但目前的主流價(jià)格在2500元左右。北京車展時(shí)速騰聚創(chuàng)發(fā)布MX的價(jià)格降到了200美元級(jí)別，較此前M1 Plus/M2的500美元降了一倍多。而且，速騰聚創(chuàng)宣布先后獲得智己汽車、小鵬汽車全新車型定點(diǎn)。速騰聚創(chuàng)CEO邱純潮還表示，目標(biāo)是讓15萬(wàn)元的車也能配置激光雷達(dá)。

而目前4D毫米波雷達(dá)整體價(jià)格約在千元，且價(jià)格正在快速向傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)靠近。比如，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，Arbe的4D毫米波雷達(dá)價(jià)格在690~1036元，采埃孚、大陸等Tier1的單價(jià)為1036~1381元。

從上車應(yīng)用來(lái)看，根據(jù)Arbe的預(yù)測(cè)，4D毫米波雷達(dá)將于2024年在歐洲與北美市場(chǎng)L1~L4級(jí)別自動(dòng)駕駛車型中開(kāi)始列裝。

國(guó)內(nèi)，肯定是比國(guó)外要快的。比如，蔚來(lái)新一代車型已經(jīng)確定安裝4D毫米波雷達(dá)。蔚來(lái)NT3.0平臺(tái)車型將全系標(biāo)配一顆來(lái)自賽恩領(lǐng)動(dòng)的4D毫米波雷達(dá)。樂(lè)道首款車型L60同樣去掉激光雷達(dá)增加4D毫米波雷達(dá)，據(jù)說(shuō)上市即可用城區(qū)NOP+。

不過(guò)，總的來(lái)說(shuō)，目前4D毫米波雷達(dá)價(jià)格還偏貴，中低端車主要還是以普通3D毫米波雷達(dá)為主，高端車更多是裝配激光雷達(dá)。這也是目前4D毫米波雷達(dá)看不到多少裝機(jī)量數(shù)據(jù)的原因。

隨著未來(lái)價(jià)格下降，在中低端車型，4D毫米波雷達(dá)將逐漸替代普通3D雷達(dá)。而在高端車型，4D毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)（Lidar）將會(huì)共存，互為補(bǔ)充而不是互相替代，這是共識(shí)。

02、4D雷達(dá)的“進(jìn)化”

在5RXV方案成為主流的當(dāng)下，簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)技術(shù)方面，4D毫米波雷達(dá)的核心是MMIC芯片。

按照業(yè)內(nèi)說(shuō)法，其發(fā)展經(jīng)歷四個(gè)階段，第一階段是射頻前端加處理器，第二階段是單芯片SoC加數(shù)模結(jié)合，第三階段是小分離SoC到大分離，第四階段是單芯片能夠滿足OEM對(duì)高階智駕的需求。

而且，MMIC（Monolithic Microwave Integrated Circuit的縮寫(xiě)，即單片微波集成電路）芯片工藝經(jīng)GaAs、SiGe已發(fā)展至CMOS時(shí)代。很明顯，集成度更高的CMOS MMIC在成本、尺寸和研發(fā)周期上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，未來(lái)CMOS工藝會(huì)逐步普及。

按照業(yè)內(nèi)人士的分析，基于CMOS工藝的MMIC占系統(tǒng)總成本比重相較SiGe能下降一半（36%下降至18%），結(jié)合SoC化，CMOS工藝的毫米波雷達(dá)體積進(jìn)一步縮小、雷達(dá)適配性更好，同時(shí)前端射頻芯片的需要量從AsGa和SiGe的7-8顆、2-5顆降低至1顆，雷達(dá)模塊設(shè)計(jì)復(fù)雜度和難度大幅降低，研發(fā)周期大大縮短。

此外，4D毫米波雷達(dá)系統(tǒng)通常采用MIMO（多輸入多輸出）天線技術(shù)，以提高分辨率和探測(cè)能力。因此，“4D成像雷達(dá)需要更多的MIMO通道，更強(qiáng)的運(yùn)算能力和更多的存儲(chǔ)資源。”加特蘭CEO陳嘉澍博士曾對(duì)媒體強(qiáng)調(diào)過(guò)。這也讓我想起《黑客帝國(guó)》那句臺(tái)詞：“槍！更多的槍！”

當(dāng)然，毫米波雷達(dá)的芯片市場(chǎng)，同樣一直都是被海外巨頭壟斷的市場(chǎng)。

據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)，毫米波雷達(dá)市場(chǎng)是被大陸集團(tuán)、博世、海拉、安波福、電裝和Veoneer這六大公司掌控。芯片主要被NXP、英飛凌等廠商等控制。

而進(jìn)入4D毫米波雷達(dá)階段，整體競(jìng)爭(zhēng)格局變化不大，但有不少新的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手涌現(xiàn)。比如，收購(gòu) Steradian的瑞薩，早在2019年推出車載4D毫米波雷達(dá)產(chǎn)品的Arbe，Mobileye，Altos Radar等。

國(guó)內(nèi)，累計(jì)出貨800萬(wàn)顆雷達(dá)芯片的加特蘭已經(jīng)加入戰(zhàn)局，最近剛推出基于Andes平臺(tái)的雙片級(jí)聯(lián)的成像雷達(dá)解決方案?？梢哉f(shuō)，這塊蛋糕大家怎么都還是想“啃”一口的。

而就技術(shù)路線來(lái)看，4D毫米波雷達(dá)大致可分為多芯片級(jí)聯(lián)、單芯片集成、虛擬孔徑成像、超材料的“進(jìn)化”路線。

目前乘用車已上量或?qū)⒁宪嚨亩嘁约?jí)聯(lián)為主，其中主要為二級(jí)聯(lián)和四級(jí)聯(lián)。而集成化的單芯片方案成熟后將有性價(jià)比/成本優(yōu)勢(shì)，將成為企業(yè)未來(lái)布局重點(diǎn)，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)5~8年內(nèi)落地。

最近，華為也發(fā)布了高精度4D毫米波雷達(dá)。數(shù)據(jù)很亮眼。支持泊車模式，垂直視野可達(dá)60°，相較傳統(tǒng)雷達(dá)垂直視野18°有3倍提升，距離精度5厘米，相較傳統(tǒng)雷達(dá)20厘米精度提升4倍。

此外，已確定搭載4D毫米波雷達(dá)的車型包括寶馬iX、理想L7、飛凡R7、蔚來(lái)等。其中飛凡R7的前向雷達(dá)采用采埃孚的FRGen21，四級(jí)聯(lián)12T16R，供應(yīng)商為TI、賽靈思，角雷達(dá)采用海拉的4D毫米波雷達(dá)。理想L7 Pro款的前向雷達(dá)則采用了森思泰克的STA77-6，二級(jí)聯(lián)6T8R，供應(yīng)商為TI。

再來(lái)說(shuō)一下，車企選擇4D毫米波雷達(dá)而沒(méi)有選激光雷達(dá)的原因，往往是在于幾點(diǎn)：

首先，作為一種光學(xué)雷達(dá)，激光雷達(dá)光學(xué)傳感器跟人眼一樣有天生缺點(diǎn)，雨霧天氣、強(qiáng)光天氣、有干擾情況下都不工作，但毫米波雷達(dá)卻可以做到全天候、不受天氣、不受光線影響；

其次，毫米波雷達(dá)對(duì)速度測(cè)量更加精確，也比光學(xué)傳感器在處理復(fù)雜場(chǎng)景上更具優(yōu)勢(shì)；

再者，隨著主動(dòng)安全的普及，包括最近美國(guó)NHTSA出臺(tái)的2029年所有車都要標(biāo)配AEB系統(tǒng)，就必須要毫米波雷達(dá)配合。

不過(guò)，最后這點(diǎn)是有BUG的，去年的AEB之爭(zhēng)同樣扭轉(zhuǎn)了激光雷達(dá)戰(zhàn)局。激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)同樣明顯。這點(diǎn)也是前面激光雷達(dá)裝機(jī)量背后的“潛臺(tái)詞”。

03、4D雷達(dá)的算法大關(guān)

雖說(shuō)傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)升級(jí)至4D毫米波雷達(dá)成為趨勢(shì)，硬件的天花板突破了，不過(guò)，攔路虎在于，系統(tǒng)對(duì)算法能力的要求反而更高。

因?yàn)?D毫米波雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)量大幅增加，如何剔除不必要的點(diǎn)云、再把它應(yīng)用到功能層級(jí)當(dāng)中，就是一個(gè)挑戰(zhàn)了。不過(guò)現(xiàn)狀是，當(dāng)前，大多數(shù)車企并不具備毫米波雷達(dá)的算法能力。

長(zhǎng)期以來(lái)，毫米波雷達(dá)廠商們提供的往往是軟硬一體化的方案，對(duì)車企來(lái)說(shuō)，毫米波雷達(dá)直接輸出感知結(jié)果，只需將這個(gè)結(jié)果與其他傳感器的識(shí)別結(jié)果做融合就行。但是，4D毫米波雷達(dá)算法的壁壘高，只有極少數(shù)車企才能搞定。

這就很令車企尷尬。傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的算法，只需做一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)聚類處理，而4D毫米波雷達(dá)的算法要做目標(biāo)分類，需要圍繞著AVP、HWP、TJA等做功能，這些功能通常是由算法公司或算法很強(qiáng)的硬件科技公司來(lái)做。

所以，這就逼得主機(jī)廠要上車就不得不親自上陣做自己并不擅長(zhǎng)的算法，這是一件很痛苦的事。同時(shí)，能否提供4D毫米波雷達(dá)的算法，也就成為能不能上車的一個(gè)關(guān)鍵原因。

不過(guò)，當(dāng)下算法正在成為“核心競(jìng)爭(zhēng)力”，雷達(dá)廠商也不想輕易交出“靈魂”。反正這得博弈一陣的。當(dāng)然，4D毫米波雷達(dá)上車的事情，也就沒(méi)那么快嘍。

值得一提的，就是4D毫米波雷達(dá)跟攝像頭的前融合很難做。否則，無(wú)法將4D毫米波雷達(dá)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)。

比較有意思的是，長(zhǎng)期以來(lái)的軟硬一體“黑盒子”模式下，大多數(shù)主機(jī)廠都沒(méi)有“見(jiàn)過(guò)”毫米波雷達(dá)的原始數(shù)據(jù)，也就不怎么了解這些數(shù)據(jù)的特性，因而，多數(shù)公司得從頭開(kāi)始學(xué)習(xí)4D毫米波雷達(dá)（比學(xué)習(xí)激光雷達(dá)要晚5~6年），更別提立馬就將4D毫米波雷達(dá)跟攝像頭做前融合了。

難做之處還在于，4D毫米波雷達(dá)的MIMO通道數(shù)多、數(shù)據(jù)量比較大，對(duì)算力的要求比較高，傳感器端的算力是不夠用的，前融合就需要放在域控制器里做。

但是，如果將主控芯片放在域控制器中，不僅4D毫米波雷達(dá)的高數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)壓縮會(huì)給集中式架構(gòu)帶來(lái)挑戰(zhàn)，而且天線和處理器之間信號(hào)傳輸的帶寬和速率也會(huì)影響到探測(cè)精度。

要解決上述矛盾，4D毫米波雷達(dá)廠商需要對(duì)中央域控制器有足夠深刻的理解，或者是跟一家域控制器廠商或芯片廠商深度綁定。而目前，只有像極少數(shù)廠商能做到。

此外，前融合還需要做聯(lián)合標(biāo)定，這也是個(gè)“燙手山芋”。這是因?yàn)椋?D毫米波雷達(dá)對(duì)于語(yǔ)義信息的理解不夠準(zhǔn)確、對(duì)目標(biāo)分類也不準(zhǔn)確。

再加上，攝像頭沒(méi)有距離信息，那么，在兩者聯(lián)合標(biāo)定時(shí)，如何將置信度、可靠性在視覺(jué)和4D毫米波雷達(dá)點(diǎn)云層級(jí)就做好，在什么情況下哪個(gè)傳感器的準(zhǔn)確度更高？所有這些，都是要解決的問(wèn)題。

04、激光雷達(dá)“跨越鴻溝”

就業(yè)內(nèi)現(xiàn)狀而言，很多工程師不相信短期內(nèi)4D毫米波雷達(dá)能取代激光雷達(dá)。畢竟，這倆是異構(gòu)的。

有業(yè)內(nèi)的工程師對(duì)媒體說(shuō)過(guò)，“從我們的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，現(xiàn)階段，4D毫米波雷達(dá)不僅無(wú)法取代激光雷達(dá)，而且，與成熟的3D毫米波雷達(dá)相比，其優(yōu)勢(shì)也不是那么明顯?！?/p>

目前的局面就是，激光雷達(dá)和4D毫米波雷達(dá)各自發(fā)展，還無(wú)法深度攻入對(duì)方的領(lǐng)域。激光雷達(dá)已引發(fā)了車企之間的一輪軍備競(jìng)賽。而4D毫米波雷達(dá)市場(chǎng)，還存在測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、政策層面等問(wèn)題，大多數(shù)主機(jī)廠似乎仍持觀望態(tài)度，說(shuō)實(shí)話還欠點(diǎn)火候。

實(shí)際上，激光雷達(dá)對(duì)于車企來(lái)說(shuō)，反而會(huì)更好上手。

說(shuō)起激光雷達(dá)（Lidar），作為一種利用激光進(jìn)行測(cè)距、測(cè)形和其他相關(guān)測(cè)量的技術(shù)，其發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)初期，1917年愛(ài)因斯坦提出了受激輻射理論，提供了理論基礎(chǔ)。

激光雷達(dá)真正的快速發(fā)展，始于1960年代。而激光雷達(dá)上車，則是從21世紀(jì)初開(kāi)始，隨ADAS滲透率提升迎來(lái)快速發(fā)展。

激光雷達(dá)最先用于地圖測(cè)繪領(lǐng)域，但高精度要求使得激光雷達(dá)成本居高不下。比如，百度自動(dòng)駕駛汽車采用的Velodyne機(jī)械式激光雷達(dá)價(jià)格曾高達(dá)70萬(wàn)元/臺(tái)（64線，8萬(wàn)美元）。

隨著Velodyne將激光雷達(dá)用到DARPA無(wú)人駕駛汽車挑戰(zhàn)賽，首次將激光雷達(dá)帶入了自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。其后，隨著ADAS等下游應(yīng)用的發(fā)展，激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)不斷增多，成本也開(kāi)始下降。

實(shí)際上，相比10多年前的一個(gè)典型32線激光雷達(dá)，現(xiàn)在的旗艦產(chǎn)品提升到了512線，提高16倍，點(diǎn)云密度提升80倍，價(jià)格卻已經(jīng)不到當(dāng)時(shí)的1/100。隨著激光雷達(dá)覆蓋更多車型，“門檻”逐漸下探至20萬(wàn)元以下車型，激光雷達(dá)也不再是頂配車型的“特權(quán)”。

所以，在新能源汽車滲透率高歌猛進(jìn)的當(dāng)下，激光雷達(dá)的裝機(jī)量也在快速突破。同時(shí)，發(fā)展方向也從機(jī)械式激光雷達(dá)轉(zhuǎn)向了固態(tài)激光雷達(dá)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，固態(tài)激光雷達(dá)的基本框架已經(jīng)比較清晰。目前主流有三種方案：基于相控陣、Flash、MEMS。

比較起來(lái)，基于MEMS的激光雷達(dá)，技術(shù)上更容易實(shí)現(xiàn)，價(jià)格也比較低廉，因此被主機(jī)廠看好。當(dāng)然，也有業(yè)內(nèi)人士也認(rèn)為，TOF（Time of Flight）與FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）的分類，要遠(yuǎn)比“機(jī)械旋轉(zhuǎn)、MEMS、轉(zhuǎn)鏡、棱鏡、Flash”這樣的分類重要得多。

另外，激光雷達(dá)主要是基于兩個(gè)波長(zhǎng)之一的傳感器，分別是905納米和1550納米。技術(shù)上，905nm的激光脈沖能量要求小于150nJ，就屬于Class 1等級(jí)的人眼安全激光器了。華為用的是1550納米波長(zhǎng)，畢竟測(cè)距遠(yuǎn)，而且對(duì)眼睛的安全性比905納米高40倍。

而國(guó)內(nèi)的禾賽科技選擇了905nm路線。這里面有它自己的考量，雖說(shuō)激光能量會(huì)有損失。在去年發(fā)布ET25測(cè)距達(dá)到250米之后，終結(jié)了“905nm測(cè)距不行”這個(gè)話題。

最后說(shuō)下，禾賽科技CEO李一帆認(rèn)為，2024年必然是激光雷達(dá)“跨越鴻溝之年”。（參見(jiàn)我的文章《激光雷達(dá)戰(zhàn)局，被AEB之爭(zhēng)改變》）不過(guò)，就像他說(shuō)的，能夠預(yù)測(cè)未來(lái)，是每個(gè)人都希望具備的“超能力”。實(shí)際上，還是需要依靠創(chuàng)新、產(chǎn)品設(shè)計(jì)迭代來(lái)找到一條持續(xù)服務(wù)行業(yè)的路。

而在不斷創(chuàng)新的進(jìn)化下，無(wú)論是4D毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)，都在快速而潛移默化地改變著市場(chǎng)格局。

作者丨王小西

責(zé)編丨北? ?岸

編輯丨王? ?越