毫米波雷达被特斯拉“返聘”，马斯克到底图的啥？

据说世界上最难的两件事，一件是把自己的思想装进别人的脑袋，一件是把别人的钱装进自己的口袋。这两件事，毫米波雷达做到了：让坚持纯视觉方案的特斯拉花钱再度把它“请”上了车。

预计搭载4D毫米波雷达的特斯拉谍照

想必不少朋友已经知道这件事儿了，特斯拉即将推出的HW 4.0智驾方案预计包括一个4D毫米波雷达，消息一出连带着各大相关企业股票狂涨。让股市震荡，让马斯克“真香”，4D毫米波雷达到底有啥本事？

毫米波雷达

回答这个问题之前我们得先认识车载毫米波雷达。

车载毫米波雷达工作模型图

如果用一句话形容车载毫米波雷达有多牛，我只能说，它开启了智能辅助驾驶时代——1999年奔驰S级车型首次应用了基于毫米波雷达实现的自适应巡航功能，这套系统被命名为Distronic（限距控制系统）。

搭载Distronic系统的奔驰S级

即使我们看到现在车企们更愿意以激光雷达为门面去宣传自家的智能辅助驾驶能力，但事实上，毫米波雷达的特质是激光雷达无法替代的。

毫米波雷达是工作在毫米波波段探测的雷达，一般毫米波的波长为1-10mm,频率在30-300GHz，通过发射和接收电磁波的信号后利用多普勒效应来计算目标物的各个参数（如测距、测速、测角）。

多普勒效应

不同长度的波在大气中传递时被阻碍和吸收的程度不同，而毫米波的波长介于微波和红外波之间，所以它有着两者的优势，与微波相比，毫米波的指向性好、分辨率高、抗干扰能力强，探测性能也更好。

与红外波相比，毫米波在大气中传播时的衰减小、能更好穿透烟雾灰尘、受天气影响小。这些特质决定了毫米波雷达具有全天时全天候(除暴雨)的工作能力。

由于雷达涉及军用，所以国家开放给民用的频段是有管制的，目前世界上主流的车载毫米波雷达频率为24GHz（也被视为毫米波频率）、77GHz、79GHz，也有少数国家如日本开放60GHz频率。

国内开放给车载毫米波雷达的频率就是24GHz和77GHz，所以目前国内的车载毫米波雷达分为24GHz和77GHz毫米波雷达。

海拉24GHz毫米波雷达

就像不同分贝的声音能传到不同的距离，不同频率的毫米波雷达能探测的距离也不同。24GHz的探测距离通常在30-120m,77GHz的探测距离通常在200m及以上。

射频

看到这里可能有物理比较好的朋友要质疑我了：根据波的传播理论，频率越高，分辨率越高，穿透能力越强，但传输时损耗也越大，传输距离越短；相对地，频率越低，波长越长，绕射能力越强，传输距离越远。

那我为什么说77GHz毫米波雷达比24GHz毫米波雷达的探测距离更远呢？这和毫米波雷达的结构和工艺有关。

毫米波雷达的硬件占比约为50%，主要由射频前端（MMIC）、数字信号处理器、天线、控制电路等部分构成，另外50%则由软件算法构成。

打造毫米波雷达的过程中

雷达天线的尺寸和波长成正比，24GHz雷达波长较长，所以天线的体积更大，而77GHz雷达天线比较小（大小大概为24GHz雷达天线的1/3），同样的体积可以布置更多的天线单元。

一般24GH毫米波雷达的天线只能做到1发2收，77GHz毫米波雷达却能做到4发4收，整体天线阵的增益是使77GHz毫米波雷达探测距离更远的一个原因。

另外24GHz的毫米波绕射能力更强，就像《画画接龙》这个游戏一样，传到最后已经出现了严重的信息偏差，也就近距离的探测信息比较靠谱。

两者在分辨力上也有区别：77GHz毫米波雷达的分辨距离最小为3.75cm，而24GHz毫米波雷达则为60cm。

一颗国产77GHz毫米波雷达

这意味着当两个目标物体之间的距离为60cm时，只有77GHz毫米波雷达能成功分辨，24GHz毫米波雷达则会视为只有一个目标物体。

虽然看似只是频率不同，但实际上两者的性能有很大差异，因此它们的使用场景也有所不同。现在业内常见的毫米波雷达搭配方式是1个前向+4个侧向（左前、左后，右前、右后），整理如下：

目前主流毫米波雷达的功能有测角、测距、测速，也就是测量目标物体的方位，与目标物体的距离和目标物体的速度，我们称之为3D毫米波雷达。不过它有一个巨大缺陷，就是无法识别静止物体。

由于缺乏高度信息，对于3D毫米波雷达来说，不会产生速度信息的地面减速带或其他静止障碍物和上方的天桥没有什么区别。

如果测到天桥也立马牵动刹车那也太离谱了，所以3D毫米波雷达的算法直接忽略这些静止物信息，就算前面放一块陨石，3D毫米波雷达都不会触发刹车。

这可能是2020年一辆特斯拉直接撞上前方静止车的原因，毫米波雷达选择闭眼冲，而当年特斯拉的视觉方案也没有现在这么精良。

辅助驾驶模式下即将撞上货车的特斯拉

这个缺陷让毫米波雷达在需求越来越高的智驾市场陷入了僵局，直到2020年第一颗4D毫米波雷达的诞生。

4D毫米波雷达VS激光雷达

基于3D毫米波雷达的基础，4D毫米波雷达增加了高度信息，带来的直接影响就是4D毫米波雷达可以成像。

当波射到物体表面时，所反射回的波会携带方位、距离等信息，经过坐标转换则呈现为点云数据，两种毫米波雷达经软件算法换算出的图像如下：

比如一个80 cm体宽1.7m身高的人在快速奔跑，3D毫米波雷达就会识别为一道由点组成的横向80 cm虚线在某距离以某速度向某方向移动，而4D毫米波雷达会识别为由点组成的80 cm体宽1.7m高人形在某距离以某速度向某方向移动。

当前方出现了一道长2m并离地3m的限高杆，同时下方有一条等长的减速带，3D毫米波雷达就会识别为两条几乎重叠的由点组成的长2m虚线，而4D毫米波雷达则会识别出两条长2m的虚线中间的无障碍距离为3m。

4D毫米波雷达不再有无法识别静止物的缺陷，加上价格只有激光雷达10%-20%的优势以及本身毫米波雷达探测距离远、抗干扰能力强、雨雾无阻的特质，4D毫米波雷达被视为激光雷达的强劲对手。

一颗激光雷达

用4D毫米波雷达替代激光雷达，可行吗？就目前来说，答案是否定的。

4D毫米波雷达和激光雷达的本质都是通过波信号来主动探测，4D毫米波雷达的波长在3.9mm，而激光雷达的波长通常为905或1550nm，由于波的传播特质，激光雷达在面对雨、雾、沙尘暴等天气几乎束手无策，而毫米波雷达则能发挥性能。

虽然它俩都能成像，但是激光雷达有个碾压4D毫米波雷达的优势，就是分辨率。市面上的4D毫米波雷达每秒大概可以生成10万个点云，而128线激光雷达可以实现每秒140万点云的生成。

激光雷达成像效果

用140万个点描摹出的画像自然比用10万个点描摹出的画像，精确度要高得多。不仅是画像轮廓的清晰程度不同，更直接的影响就是角分辨率的差距。

激光雷达的角分辨率做到了0.1°，而4D毫米波雷达可以做到1°，也就是说当2个目标物体间的角度角度差距为1°时，只有激光雷达可以分辨得出。

说到底，在成像方面，激光雷达有着4D毫米波雷达无法匹敌的分辨率。目前的4D毫米波雷达更加适合做视觉算法的补充，在雨雪天气时为摄像头助一把力。

这样看来，4D毫米波雷达比激光雷达更适合特斯拉。

除了成本方面，激光雷达的成像优势对于特斯拉的视觉方案是重复的，摄像头和激光雷达的共同缺点就是受限于可见度低的天气，而这个问题只有毫米波雷达能为特斯拉解决。

毫米波雷达历史

回到开头的问题，也许很多朋友会选择中国，毕竟咱们现在的智驾市场如火如荼，但实际答案是德国。

1904年，德国人斯琴·赫尔斯麦耶，基于前人电磁理论和电磁波实验的基础上，利用无线电波回升探测装置，研制出了原始的船用防撞雷达，这就是世界上第一颗雷达。

1935年英国人罗伯特·沃特森·瓦特成功研制出一台实用雷达系统，并被英国空军大规模部署，而这个系统通过提前检测到德军飞机，协助英国抵御住了纳粹德国的攻击，获得了“不列颠空战”的胜利。

罗伯特·沃特森·瓦特

德国人发明的雷达被英国人用来打败了德国？据说德国人十分不服，回去苦心研究，再后来汽车产业的繁荣以及1986年欧洲制定的“欧洲高效安全交通系统计划”催化了车载雷达的蓬勃发展。

2012年，德国半导体巨头英飞凌推出24GHz单片雷达解决方案，降低了毫米波雷达的技术门槛和制造成本，推动毫米波雷达在各领域的应用。

国内研究毫米波雷达的时间并不长，2013年24GHz毫米波雷达产品才进入中国，同时国外对国内开启了77GHz毫米波雷达的技术封锁。

2014-2016年国内的毫米波初创企业成立，其中首家研究毫米波雷达的就是上汽集团旗下的华域汽车。2016-2017年，国产24GHz毫米波雷达开始量产，77GHz毫米波雷达开始出现样品。

华域汽车办公点

虽然目前全球毫米波雷达市场仍被博世、大陆、海拉等海外龙头厂商占据主要份额，但是国内的行业发展也处于欣欣向荣的状态，国产77GHz毫米波雷达早已面世，例如德赛西威、森斯泰克、楚航科技等国内领先的企业都具备量产能力。

大陆集团logo

最后我想片面的浅聊一聊，为什么国外掌握着更好的智能辅助驾驶核心传感器技术，而国内却成为了智能辅助驾驶的核心战场。

2018年的时候德国制造商大陆集团就对自动驾驶汽车接受程度进行调查。中国受访人中，高达 89% 的人表示支持自动驾驶技术，相比之下，德国和美国的受访者对自动驾驶支持的比例分别只有 53% 和 50%。

英国的德勤咨询公司也做过一次调查，截至2019年，中国对自动驾驶汽车感到“危险”的消费者比例为25%，是亚洲6个调查国家和地区中最低的。

2022年北京日报做了个关于中国人对自动驾驶的接受程度的调查，结果显示，超八成中国人接受自动驾驶，比例远高于其他国家。

聊这个并不是为了让大家忽略目前智能辅助驾驶技术的不成熟，相反，我们需要更加实际的去接受现有智能辅助驾驶技术的局限。但是这些数据表明，我们对科技有着更包容、积极的态度，即使起步晚了一点也没关系。

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“‘低钴’和‘无钴’是未来电池正极材料的发展趋势。” 谈及电池产业的未来发展，清华大学车辆与运载学院助理教授、电池安全实验室主任冯旭宁指出。对此，中国科学院物理研究所博士生导师、天目湖先进储能技术研究院首席科学家吴凡也表达了相同的观点：“对锂离子电池正极材料而言，‘高镍低钴’或‘无钴’化是大势所趋。”

在过去 20 年里，半导体行业发展一路突飞猛进，如 CPU 工艺技术一直遵循摩尔定律，性能每隔两年就能翻一倍。

然而，电池技术却没有取得太大突破，纵然每年都会有各种 “XX 新型电池” 的新闻冲上热搜，但最终还是沦为 “PPT 电池”：或是因为技术工艺，或是因为成本造价，或是因为安全性等各种因素，始终走不出实验室，难以大规模量产和普及。

就现阶段而言，不管新能源行业怎么 “大放豪言”，电池一直都是挡在电动 汽车 发展道路上的绊脚石。

随着 2020 年特斯拉 “电池日” 上 4680 电池的正式亮相，电池界又多了一位 “新玩家”，更确切地说应该是 “搅局者”。按照马斯克以往的 “风格”，他每进入到一个行业必定会掀起一场腥风血雨。

电池占据整车成本的大头，那接下来特斯拉造电池的成本如何控制呢？这就不得不提到电池中的重要成分 —— 钴。这种原子序数为 27，在化学元素周期表中位于第 4 周期、第 Ⅷ 族的金属，是电池制造中必不可少的正极原材料（至少现阶段依然不可或缺）。

“电池行业对钴的消费量最大，占比超 50%。钴是活性物质，既能稳定材料的层状结构，又能减小阳离子混排，便于材料深度放电，从而提高材料的放电容量、循环性和倍率性能；镍可以提高材料活性，提高能量密度。” 吴凡表示。

在自然界矿石中，钴和镍是共生的关系，其占比为 1:10，即从矿石里面提纯一份的钴，同时能得到十份的镍。“但钴这种元素存在两个缺点。第一，钴具有一定的毒性；第二，钴的提纯比较困难。” 冯旭宁说道。

另外，钴资源的缺乏也是不利因素。“目前全球已探明陆地钴资源量约 2500 万吨，储量 720 万吨，主要集中在刚果（金）、澳大利亚和古巴，三国储量之和占全球总储量的 68%。刚果（金）储量居世界首位，达 340 万吨。” 吴凡指出，“钴由于其稀缺性已成为战略性稀有金属资源，同时其供应链结构集中化、不稳定，已成为新能源 汽车 发展的掣肘。”

产量少 + 提纯难造成了钴的价格不断攀升，也就造成了电池的成本居高不下。

那电池能不能 “无钴” 呢？答案是可以的。

“低钴” 乃至 “无钴” 既是特斯拉接下来要走的路线，也是需要克服的难题，这一点马斯克在 2020 年 “电池日” 上也已经明确表态。据了解，早在 2019 年 1 月，Jeff Dahn（现为特斯拉首席科学家）曾发表过一篇论文指出锂电池正极材料 “无钴高镍” 的可行性，毕竟镍在自然界比钴多得多，提纯也相对容易一些。无疑，正是 Jeff Dahn 的观点极大地坚定了马斯克要造 “无钴电池” 的信心。

谈及 Jeff Dahn，冯旭宁告诉 DeepTech：“关于锂电池材料尤其是无钴材料，Dahn 先生课题组很早就开展研究了。Jeff Dahn 先生是少数经历过锂电技术全程研发且仍在技术一线的科学家之一。”

对于电池 “无钴” 化，冯旭宁表示：“‘低钴’和‘无钴’是未来电池正极材料的发展趋势。但在电池‘无钴’化的同时需要添加其他的离子来替代钴在电池充放电过程中的作用。”

尽管特斯拉现阶段的电池还离不开钴，但纵观过往其历代电池，其钴含量正在不断降低，最终实现电池 “无钴” 化指日可待。

作为新能源 汽车 领域的 “大哥”，特斯拉知晓固态电池和石墨烯电池的优势，但未来几年特斯拉之所以不打算做固态和石墨烯，而是继续 “深耕” 锂离子电池，原因主要归结为两点。

第一，受制于供应商的电池技术。

在电池供应方面，特斯拉和松下、LG 化学、宁德时代都有合作，特斯拉 汽车 所使用的 1865 电池和 2170 电池皆由他们提供，但受制于性能、安全、规模、价格等综合因素的权衡，圆柱形锂离子电池是目前供应商能给特斯拉的最好电池。

显然，这离特斯拉心目中的 “理想电池” 还有一些差距。既然自己想要的电池供应商给不了，于是特斯拉便走向了 “自研 + 自产” 电池的道路。

所谓 “术业有专攻”，特斯拉在电池领域的积累显然不如松下等老牌供应商，故此其花重金请来锂离子电池界的祖师级人物 ——Jeff Dahn 亲自挂帅担任特斯拉首席科学家，开发 “不可能三角” 电池，这是一种能量密度更高、充电速度更快、制造成本更低的锂离子电池。

Jeff Dahn 也不辱使命，时隔一年便交上一份让马斯克满意的答卷，尽管 4680 电池还存在些许不足，但它的综合性能很好地提振了行业信心。

从第三方采购、到合资建厂、再到自研自产，特斯拉在电池道路上俨然走出了自己的步伐。可以预见，未来几年内特斯拉将继续沿着现有成熟路线使用圆柱形电池的多并联方案、继续开发大容量锂离子电池。

第二，特斯拉的商业策略。

特斯拉归根结底是一家车企，是企业就要盈利，想盈利就要控制成本。固态电池虽然无比优越，但现阶段不论是技术还是工艺都存在瓶颈，完全不具备规模化量产的可能，而且成本高高在上，没有商业化的实用价值。在特斯拉看来，使用成熟的锂离子电池是当下更优的解决方案。

特斯拉的商业策略是 “低价抢市场” ，以加速全球市场拓展。随着苹果等互联网大厂也宣布要造车，现阶段特斯拉要做的是尽快抢占市场，靠的就是低价。对广大消费者而言，价格依然还是众多因素中最优先考虑的，比如之前特斯拉宣布降价时，官网一度瘫痪、线下门店挤得水泄不通。

和国内一些新能源车企不惜代价大搞 “千公里续航” 不同，特斯拉更看重电池的成本。前有电池技术瓶颈的掣肘，后有来自互联网大厂的围攻，该公司现在最想做的是尽快降低电动 汽车 价格，以更低的价格占领市场，让市场快速达到饱和。

对于特斯拉 4680 电池，吴凡表达了自己的看法：“特斯拉主要通过优化电池结构件、简化电池生产工艺流程等，提升电池标准化生产能力，达到降低电池成本的目的。这种通过增加单块电池体积来增加电池包能量密度的技术路线或思路在本质上与比亚迪的刀片电池、还有宁德时代的 CTP 技术是一致的。”

电池并联太多会导致出现发热、效率低等不良影响，大容量电池可以有效减少并联数，系统管理层面也变得更加简单。“大容量化是整个新能源 汽车 电池行业的趋势。” 冯旭宁表示。

单看特斯拉的 PPT 介绍，4680 电池的性能表现着实令人赞叹，仿佛再次让业界看到了希望。然而在业内人士看来，这种电池并没有达到预期。

严格意义来讲，特斯拉 4680 电池更像是一次 “优化升级”，而非 “革命”。

另外，特斯拉的这种圆柱形锂电池容量也有 “天花板”。“主要是因为圆柱形锂电池需要卷芯，外围部分性能较好，但越靠近核心位置曲率越大，易出现应力集中的现象，造成活性物质不可用，进而形成浪费。所以这种电池容量是有上限的，没办法做得特别大。” 冯旭宁表示。未来，转向其他电池，比如业界普遍看好的固态电池或许是更好的出路。

目前的固态电池和石墨烯电池其实正处于过渡阶段，即固态电解质和石墨烯还只是属于 “添加剂” 性质。“比如在锂离子电池中添加固体电解质以增加能量密度、提升安全性；在负极添加石墨烯以增强导电性、提高充电速度。两者添加得越多，性能就越好，但相应的工艺难度和制造成本也就越高。” 冯旭宁说道。

显然，不论是固态电池还是石墨烯电池，现阶段都不具备量产的可能性。

电池直接关系到 汽车 整体性能表现，而日常驾驶让车主感到焦虑的，除了续航里程，再就是充电速度。

“续航里程对应的是电池的能量密度，充电速度对应的是电池的功率密度。” 冯旭宁说，“想提高能量密度可以电极做得厚一些，想提高功率密度可以电极做得薄一些，但这两者是矛盾的，这就需要电池厂商在设计电池的过程中去综合考量，进行权衡和取舍。” 他补充道。

“快充技术，电池厂商和车企各负责一半。” 冯旭宁表示。电池厂商能做的是 “电池先天的” 导电能力强，比如添加导电剂，控制电芯预紧力，将电极做成梯度电极或薄电极等；车企能做的是 “电池后天的” 充电过程中对电流进行控制，让电池充电过程中不过热，不损坏电极材料。“目前，行业的目标是充电 5 分钟能跑 200 公里。” 他说。

特斯拉的快充技术业内领先，其采用 “高功率直流电” 模式，充电功率达 40kW 以上，比如特斯拉超级充电站可以实现 30 分钟充一半，80 分钟完全充满。在充电站 / 桩建设方面，特斯拉更是走在世界前列。据统计，特斯拉在全球范围拥有超过 2 万个超级充电桩。在中国大陆拥有 750 余个超级充电站、6000 余个超级充电桩，覆盖 300 个以上的城市。

关于电动 汽车 淘汰下来的废旧电池污染问题。冯旭宁表示，“废旧电池是污染源主要指的是重金属污染，比如铅酸电池里的铅，镍镉电池里的镉，而锂离子电池内部的原料毒性较低（锂离子电池中钴的占比大约为 1-3%，），一般不会对土壤造成重金属残留。”

马斯克在 2020 年 “电池日” 上也曾公开表示：“废旧电池可以进行收回利用，用于低配车型或者太阳能等有储能需求的领域，这样也能进一步降低电池的使用成本。”

对此，冯旭宁说：“电池回收一般分两类，一类是在高负荷下用完之后，到低负荷下继续使用，比如一些 5G 通信基站可以利用电动 汽车 淘汰下来的旧电池；另一类就是直接报废，通过物理法破碎成原材料，分离出电池中的有用金属，比如铜、铝、钴、镍等，再重新送回电池厂加工成电池，这方面回收效率非常高，接近 100%。”

与此同时，吴凡也指出了现阶段电池回收产业存在的一些问题：“第一，电池厂商多且使用很分散，废电池收集缺乏有效渠道；第二，电池剩余寿命以及回收价格评估难；第三，电池拆解难度大，且存在一定安全隐患；第四，电池回收涉及行业众多，商业模式需要进一步 探索 和完善。”

以往，人们对于传统燃油 汽车 的认知仅仅停留在 “硬件” 层面，认为 汽车 只是一个代步工具而已。到了如今的新能源 汽车 时代，人们发现原来 汽车 也是可以搭载 *** 作系统，可以实现智能化的。

在电动 汽车 的硬件中，电池无疑是最为核心的部分；而在软件中，全自动驾驶是核心，比如特斯拉的 FSD（Full Self-Driving）在业内就像标杆一般的存在，且收费不菲。据了解，目前特斯拉 FSD 套件在中国的售价高达 6.4 万元。“特斯拉的业务布局将会变得和苹果越来越像，未来，特斯拉可能会变成一个服务商，不单靠卖 汽车 硬件，更多的是通过软件服务实现盈利。” 一位业内资深人士告诉 DeepTech。

从电动 汽车 硬件到车载系统软件，从电池技术、整车组装，到 FSD 以及软件生态，不难看出，特斯拉正在下一盘大棋。

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