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如果说,T型车体现了亨利·福特的毕生目标——让普通人也能开得上车。那么如今,毫米波雷达厂商也将要实现其在智驾领域的目标——让人人都能用得上智能驾驶。

摘要

从2016年开始的智能驾驶创业热,RobotTaxi如日中天,到目前面临行业寒冬,裁员、倒闭、市值暴跌等屡见不鲜,代表性事件是谷歌旗下的Waymo正启动裁员计划,“自动驾驶第一股”图森未来(TSP,NASDAQ)其上市至今股价跌去98%。

确实,目前以RoboTaxi为代表的自动驾驶市场发展的并不尽如人意。或许答案主要出在价格方面:高阶自动驾驶系统的价格高昂到超过了其所能提供的实际驾驶辅助或自动驾驶性能,只会成为马斯克眼中的“阑尾”。

产业界和资本界发现,无论智能驾驶的故事多么性感和动听,性能和成本才应该是当下共同的目标,尤其在今年OEM降价潮的背景下。

性能提升:4D成像毫米波雷达脱颖而出

受到激光雷达成本太高的限制,4D成像毫米波雷达(以下简称"4D成像雷达")今年一跃成为智能驾驶领域的“香饽饽”。

尤其是当马斯克官宣HW 4.0平台硬件上加入4D成像雷达之后,一石激起千层浪。不少中高端汽车制造商开始将精度更高的4D成像毫米波雷达纳入其感知方案,其中包括比亚迪这样的大厂。

在讨论毫米波雷达的性能优点之前,我们先了解一下它的工作原理,毫米波雷达是通过向目标发送电磁波,然后接收反射回来的电磁波,根据反射电磁波的时间差,计算出物体的距离。通过比较发送和接收电磁波的频率差,还可以计算出物体的速度。这是基本的2D毫米波雷达,能够测量出物体的【距离】和【速度】。

3D毫米波雷达在2D的基础上增加了方位角的测量,能够知道物体在【水平面】上的方向。而4D成像雷达则在3D的基础上增加了【高度】的测量,因此能够得到物体的完整三维信息,以及物体的速度,这四个维度数据共同构成了4D。

可以看出,对于4D成像雷达来说,在性能方面多了以下几个优势:

首先是高精度:在增加了对高度的测量之后,4D成像雷达能够更准确地探测物体,减少误判和遗漏,从而提高自动驾驶的安全性。

其次是高分辨率:在分辨率上,4D成像雷达已经可以逼近16~32线的激光雷达,能够更细致地描绘出环境中的物体,更适合与深度学习框架结合。

在强抗干扰能力和大探测范围上,4D成像雷达能力也相当出色。这主要是因为毫米波雷达不受天气和光照的影响,这使得它在恶劣天气和夜晚都能正常工作,确保自动驾驶系统的稳定性;而且不受物体颜色和材质的影响,测距更长,穿透性也更强。

图片来源:IDTechEX Research、网络公开渠道

4D 成像雷达的底层原理和普通毫米波雷达底层技术类似,典型的雷达系统使用一组天线元件,每个元件都有一个宽波束。然后,他们可以通过称为数字波束形成的过程以数字方式组合这些以创建窄波束阵列,从而提高最终图像的分辨率。

3D 和 4D 雷达之间的区别在于这些天线元件的排列方式。3D 雷达系统具有水平排列的天线,而 4D 雷达具有水平和垂直排列的元件。

4D毫米波雷达实现点云功能共有三种主流技术:

第一种是MIMO芯片级联。传统毫米波雷达芯片供应商多采用基于79GHz标准雷达芯片的多级联方式,从而提升功率和角分辨率。

第二种:通过将多发多收天线集中在一个芯片中,通过研发芯片组来实现上述功能。这种方案其实与芯片级联类似,但是将天线,MMIC等进一步集成至芯片级别,可以将雷达进一步小型化。

第三种:软件算法赋能。软件算法可直接作用在MIMO环节,虚拟出更多信号通道。实现方式可简单概括为:调频、调相、调幅。

总结来说,4D成像毫米波雷达增加了天线数量与密度,使得角度、速度分辨率均有优化,且输出的点云图像更加致密,能够刻画更为真实的环境图像,可以有效解析测得目标的轮廓、行为和类别,适应更加复杂的道路,识别更多小物体,有效实现对被遮挡部分的物体及静止或横向物体的监测。

成本下降:助力高阶智能驾驶普及

随着新能源汽车智能驾驶渗透率不断提升,在辅助驾驶方面已难以拉开较大技术差距,城市NOA(Navigate on Autopilot,高阶智能驾驶辅助)成为OEM厂商竞争的焦点,如小鹏、蔚来、哪吒、智己纷纷推出各自的NOA产品。因此,2023年被业内称为城市NOA的落地元年。

2022年11 月 2 日,工信部、公安部印发《关于开展智能网联汽车准入和通行试点工作的通知(征求意见稿)》,这是中央首次针对 L3/L4 级别自动驾驶推出管理办法,政策也在推动高阶智能驾驶落地。

根据《麦肯锡中国汽车消费者洞察》报告显示,目前消费者对于高速道路等特定场景下的自动驾驶功能有着较高需求。用户、产品、政策多个维度都在驱动高阶智能驾驶落地。

4D成像雷达既保留了传统毫米波雷达的性能特点——具备速度感知能力和全天候全天时特性且成本低,也能凭借足够丰富的信息量去和可见光摄像头、激光雷达等传感器形成融合,助力高阶智能驾驶普及。

相对于激光雷达,4D成像雷达角度分辨率已经达到1-2度,基本达到8-16线激光雷达的水平,甚至有些达到32线水平。4D成像雷达目前价格200美金左右,激光雷达高达500-1000美金。随着技术迭代降本、规模效应降本,4D成像毫米波雷达的价格可望降至数百元,有巨大的成本优势,将对中、低线束激光雷达实现替代。

相对于3D毫米波雷达,尽管价格方面4D成像雷达比3D毫米波雷达高2-3倍左右,但4D成像雷达具有多维度的数据、高分辨率、点云图的高性能优势,其海量信号级信息的释放,提高了输出信息的完整性,有利于实现多传感器的前融合,更适合与人工智能深度学习框架结合。

因此,在厂商技术迭代和政策的推动下,高阶智能驾驶将加快普及,兼具性能和成本优势的4D成像雷达将更快实现规模化量产上车。而根据Yole预测,4D雷达未来的成本目标将是100美元。这意味着,即使是低端车型也很快就能用上L2+级别的智能驾驶解决方案。

图片来源:Data Bridge Market Research

1908年,亨利·福特推出了举世闻名的T型车,一举开创了汽车时代和福特公司的新纪元。实际上,T型车的诞生不仅仅是一种车型或者设计的创新,更是汽车生产方式乃至大工业生产方式上具有划时代意义的创新。

如果说,T型车体现了亨利·福特的毕生目标——让普通人也能开得上车。那么如今,毫米波雷达厂商也将要实现其在智驾领域的目标——让人人都能用得上智能驾驶。

机会:本土供应链崛起,进口替代与海外市场存在长期机遇

根据Yelo 的预测未来全球4D毫米波雷达的市场在2027年达35亿美元。眼看数百亿级的市场近在眼前,资本也对毫米波雷达厂商屡屡抛出橄榄枝,今年以来就有数家毫米波雷达新秀拿到融资:

比如蔚来资本、北京小米智造基金在今年四月份投资了4D成像雷达初创企业赛恩领动;同样在四月,早期研发4D高精度成像雷达的企业牧野微电子,也宣布完成亿元Pre-A轮融资。

早在2019年,全球毫米波雷达领跑者木牛科技率先将4D雷达前装给全球头部机械车辆制造商Bobcat,并获得Bobcat对美国子公司Ainstein战略投资。木牛科技从此打开全球智驾市场的商业化局面,开启了国产雷达替代国际大厂的征程。今年2月,木牛科技再次宣布完成C轮数亿元融资,并拿到多家头部车企的前装车型定点。

4D成像雷达赛道迎来强劲风口,但这块的技术门槛非常高,不是短期就能做好的。它需要多年开发经验来部署复杂的射频排布和叠层、高速车规级数字信号链路、多芯片集成排布堆叠、天线布局与优化、射频降噪处理技术、抗干扰设计,以及大计算量的并行软件设计等。

4D成像雷达量产要求是小型化、轻量化、低成本,这还需要可靠的机械结构、灵活的硬件设计,同时需要保证垂直方向角度分辨率、远近距离双区域模式探测,以及复杂而全面的软件算法设计。

对于雷达厂商来说,机会往往与挑战并存,竞争如今也进入到了“白热化”阶段。

竞争聚焦点来自以下几个方面:

1. 技术方案的选择:在整机/解决方案供应商方面,目前传统Tier1普遍采用级联技术,在4D产品量产方面走在前列,比如博世、大陆、海拉等;新进入厂商可以依托专用芯片组和虚拟孔径方案实现换道超车,比如Arbe产品通道数具备较强竞争力。

尽管集成芯片方案能通过将多发多收天线集成在一颗芯片中,以降低雷达功耗,但目前业内之所以广泛应用多级联方案,是因为该方案以成熟的标准雷达芯片为基础,产品上市快,安全性也更能得到保证。

2. 体现性价比的方案搭配能力:毫米波雷达的差异化不只是在硬件上,其实真正在于它的模拟和数字算法的整套体系长期积累和成熟化的迭代上。智驾系统是通过传感器组合完成对周围环境的感知,通过多传感器数据融合后进而实现规划、控制决策,因此智驾系统应该使用多传感器进行组合,实现不同的方案搭配。简单来说,就是“总有一款适合你”。

以木牛科技为例,木牛可针对L2级以上ADAS系统提供两套5R方案,其中高性价比版是前向雷达x1+角雷达x4;而高阶性能版是4D成像雷达x1+角雷达x4。无论哪一种方案,均已达到业内最佳性能,都能提供点云层级、目标层级、功能层级的信号输出,帮助客户和主机厂快速实现落地,获得更好的感知质量。

图片来源:木牛科技

3. 对产业链更深刻的理解能力:对于4D成像雷达厂商来说,现在“PK”已经走到了量产阶段,主机厂也将更看重厂商的专业性和资源投入。毫米波雷达上车需在探测精度、频率、发射功率等层面符合相关车规验证标准。车规级芯片在设计、开发、生产和测试阶段要求更高,开发周期更长,这就要求雷达厂商需与上游芯片厂商有紧密的合作关系。毫米波雷达,这场深度融合了技术、资本、市场和全球化视野的较量已经悄然展开。

轩元资本认为,车载毫米波雷达领域本土厂商不仅存在进口替代的机会,而且在4D成像毫米波雷达新的技术路线存在弯道超车的机会,有望拿下海外市场。具备技术实力、市场洞察力、供应链管理能力以及国际化水平的公司最终将会胜出。