
先進(jin)駕駛輔助系(xi)統(Advanced Driver Assistant System),簡(jian)稱(cheng)ADAS,是利用安(an)裝于車上的(de)各(ge)式(shi)各(ge)樣的(de)傳(chuan)感器(qi), 在(zai)第一(yi)時(shi)(shi)間(jian)收集(ji)車內(nei)外(wai)的(de)環境(jing)數(shu)據, 進(jin)行靜、動態物體的(de)辨識、偵測與追蹤等技術上的(de)處理, 從(cong)而能夠讓(rang)駕駛者在(zai)最(zui)快的(de)時(shi)(shi)間(jian)察覺(jue)可能發生的(de)危險, 以引起注意(yi)和提高(gao)安(an)全性的(de)主(zhu)動安(an)全技術。
汽(qi)車(che)(che)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)裝備的(de)(de)目的(de)(de)不同,可以分為(wei)提(ti)升單車(che)(che)信(xin)息化水平的(de)(de)傳(chuan)統微機電傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(MEMS)和為(wei)無(wu)人駕駛(shi)提(ti)供(gong)支持的(de)(de)智能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)兩大(da)類(lei)。MEMS 在汽(qi)車(che)(che)各系(xi)統控制過程中進行(xing)信(xin)息的(de)(de)反饋,實現自(zi)動控制,是(shi)汽(qi)車(che)(che)的(de)(de)“神經元(yuan)”。而智能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)則直接向外界收集信(xin)息,是(shi)無(wu)人駕駛(shi)車(che)(che)輛的(de)(de)“眼睛”。
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一、 汽車(che)智(zhi)能化的根(gen)基——傳感器
傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)是(shi)(shi)汽(qi)車(che)電子控(kong)制系統(tong)的(de)(de)(de)信息(xi)來源,是(shi)(shi)車(che)輛電子控(kong)制系統(tong)的(de)(de)(de)基礎關鍵(jian)部件(jian)。傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)通常由敏感(gan)(gan)元(yuan)(yuan)件(jian)、轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)元(yuan)(yuan)件(jian)和(he)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)電路(lu)組成(cheng)(cheng)(cheng),其中(zhong)(zhong)敏感(gan)(gan)元(yuan)(yuan)件(jian)是(shi)(shi)指傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)中(zhong)(zhong)能直接(jie)感(gan)(gan)受或(huo)響應被測量的(de)(de)(de)部分,轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)元(yuan)(yuan)件(jian)是(shi)(shi)將上述非(fei)電量轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)成(cheng)(cheng)(cheng)電參量,轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)電路(lu)的(de)(de)(de)作用是(shi)(shi)將轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)元(yuan)(yuan)件(jian)輸出的(de)(de)(de)電信號經過處理(li)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)成(cheng)(cheng)(cheng)便(bian)于處理(li)、顯示、記錄和(he)控(kong)制的(de)(de)(de)部分。從(cong)目前汽(qi)車(che)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)裝備的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)不(bu)同(tong),可以分為提(ti)升單車(che)信息(xi)化(hua)水平的(de)(de)(de)傳(chuan)統(tong)微(wei)機電傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)和(he)為無(wu)人駕駛(shi)提(ti)供支(zhi)持的(de)(de)(de)智能傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)兩(liang)大類。
▲汽車傳感器的構成
傳統傳感器?:各個系統控制過程依靠傳感器,進行信息的反饋,實現自動控制工作;是汽車的“神經元”。汽車傳統傳感器依照功能可以分為壓力傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和液位傳感器等 8 類。汽車傳感器主要應用于動力總成系統,車身控制系統以及底盤系統中。汽車傳感器在這些系統中擔負著信息的采集和傳輸功用,它采集的信息由電控單元進行處理后,形成向執行器發出的指令,完成電子控制。
▲傳統傳感器分類
智能傳感(gan)器?: 智能傳(chuan)感器是無人駕駛車輛的“眼睛”。 隨著汽(qi)車(che)無人駕(jia)駛技術的(de)(de)突破,汽(qi)車(che)電(dian)子開始(shi)注重傳感器(qi)的(de)(de)智能(neng)化(hua)發展;汽(qi)車(che)正在(zai)向一臺安全聯(lian)網的(de)(de)自動駕(jia)駛機器(qi)人快速演進,進行(xing)環境感知、規劃決(jue)策,最終(zhong)實(shi)現安全抵達(da)(da)(da)目(mu)的(de)(de)地。目(mu)前應用于(yu)環境感知的(de)(de)主流傳感器(qi)產品主要包括激光雷(lei)(lei)達(da)(da)(da)、毫米波(bo)(bo)雷(lei)(lei)達(da)(da)(da)、超聲波(bo)(bo)雷(lei)(lei)達(da)(da)(da)和攝像頭(tou)等四類。
▲智能傳感器分類
二、MEMS 傳感器:汽車微感官
MEMS 傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)是在半導體制造(zao)技(ji)術基礎上發展起來,采用微(wei)電(dian)子(zi)(zi)和微(wei)機械加工技(ji)術制造(zao)出來的新(xin)型(xing)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)。MEMS 傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)廣泛應用于電(dian)子(zi)(zi)車(che)身穩定(ding)程序(ESP)、防抱死(ABS)、電(dian)控懸掛(ECS)、胎壓(ya)監控(TPMS) 等(deng)系統(tong)。其中(zhong)(zhong),壓(ya)力傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)、加速(su)計、陀螺儀與(yu)流量傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)是汽車(che)中(zhong)(zhong)使用最(zui)多的 MEMS 傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi),占(zhan)汽車(che) MEMS 系統(tong)的 99%。
▲MEMS 應用廣泛
▲MEMS 傳感器價值較為集中
MEMS 具有較為明顯(xian)的(de)優(you)勢(shi),是未來構筑物聯網感知(zhi)層傳感器的(de)主要(yao)選擇之一,其優(you)勢(shi)主要(yao)體(ti)現在:1)微型化、2)硅基(ji)加工工藝、3)批量生(sheng)產、4)集成(cheng)化。
1)微(wei)型化:MEMS 器件體(ti)積小,單個尺寸以毫米甚至微(wei)米作為計量單位,重量輕,耗能(neng)低。MEMS 更高的(de)表(biao)面體(ti)積比(bi)(表(biao)面積比(bi)體(ti)積)可(ke)以提高表(biao)面傳感(gan)器的(de)敏感(gan)程度。
2)批(pi)量生(sheng)產:以單(dan)個(ge) 5mm5mm 尺寸的 MEMS 傳感器為(wei)例(li),用(yong)硅微加工工藝在(zai)一片 8英寸的硅片晶元(yuan)上可同時切割出大(da)約 1000 個(ge) MEMS 芯(xin)片,批(pi)量生(sheng)產可大(da)大(da)降低單(dan)個(ge)MEMS 的生(sheng)產成(cheng)本?。
3)集(ji)成(cheng)化:一般來(lai)說,單顆 MEMS 往往在封裝機械傳感器(qi)的(de)同時,還會集(ji)成(cheng) ASIC芯片(pian),控制 MEMS 芯片(pian)以及轉換模(mo)擬量(liang)為數字量(liang)輸出。
▲MEMS 與(yu) ASIC 芯(xin)片集成化封裝
▲MEMS 可批量生(sheng)產降低制造(zao)成本
國外大(da)廠(chang)壟(long)斷 MEMS 傳(chuan)感器市場,市場集中(zhong)度(du)較(jiao)高。根據 HIS Automotive 統計,2017年全球(qiu) MEMS 前三大(da)供應商(博世、森薩塔(ta)、恩智浦)占據了 57%的市場份額,其中(zhong)博世占據鰲頭,2017 年市占率(lv)(lv)達(da)(da)到 33.62%,森薩塔(ta)市占率(lv)(lv)達(da)(da)到 12.34%,恩智浦市占率(lv)(lv)達(da)(da)到 11.91%。電裝(8.94%)、亞(ya)德諾(nuo)(8.51%)、松下(7.45%)、英(ying)飛(fei)凌(7.23%)等(deng)廠(chang)商也(ye)占有一定份額。
國外大(da)廠(chang)產品(pin)線廣、技術領先、客戶眾多、形成(cheng)較(jiao)高的(de)進入門檻。MEMS 傳感器(qi)的(de)研發難度及(ji)其制造工藝的(de)復雜(za)性是形成(cheng)行(xing)業壁壘的(de)主要原(yuan)因。Invensense、英飛凌等國外廠(chang)商擁有(you) 2 到 3 條產品(pin)線,博世、電裝、意法半導體(ti)等 MEMS 產品(pin)線超(chao)過(guo) 4 條。相(xiang)(xiang)比之下,小供(gong)應(ying)商很難在較(jiao)短時間內實現(xian)大(da)批量生(sheng)產制造,因此排名靠前的(de)大(da)供(gong)應(ying)商市(shi)(shi)場份額相(xiang)(xiang)對(dui)穩定,市(shi)(shi)場集中度較(jiao)高。
MEMS 傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)裝(zhuang)(zhuang)配(pei)(pei)量和價(jia)(jia)值量與其裝(zhuang)(zhuang)配(pei)(pei)車型價(jia)(jia)位(wei)成(cheng)正比。目前(qian)平均每輛汽(qi)車包含 24個 MEMS 傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi),而在高(gao)檔汽(qi)車中,大約(yue)會采用 25-40 個 MEMS 傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)。例如 BMW高(gao)端車型僅發動(dong)機就可以用到(dao) 20-40 個傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi),而入門級車型僅 5 個左右。常用 MEMS傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)后裝(zhuang)(zhuang)單車價(jia)(jia)值在 2000-20000 元(yuan)不等(deng);合資車通常不低(di)于 4000 元(yuan),而自主品牌僅 2000 元(yuan)左右,高(gao)端車型約(yue)為 10000-20000 元(yuan)。 預計(ji)到(dao)(dao) 2019 年(nian) MEMS 傳感器市場規模可(ke)達到(dao)(dao) 420.13 億元;隨著智能化(hua)和電動化(hua)的(de)提(ti)升,2020 年(nian)和 2021 年(nian)市場規模可(ke)分別達到(dao)(dao) 446.21 億元,472.27 億元,2015-2021 年(nian)復合增(zeng)速(su)為 6.5%。
三、智能傳(chuan)感器:自(zi)動駕駛核心(xin)
1、毫米波雷達(da):ADAS 系統(tong)核心傳感器
毫米波(bo)雷達(da)是(shi)指利用波(bo)長(chang) 1-10nm,頻率 30GHZ-300GHZ 的(de)毫米波(bo),通過測量回波(bo)的(de)時間差算出距離。毫米波(bo)雷達(da)始(shi)用于(yu)軍事(shi)領域,隨著技術水平的(de)提升,開始(shi)逐漸應用于(yu)汽車領域。
毫米波雷達的優勢主要為以(yi)下 3 個(ge)方面:1)探測性能穩定、作用距離較長、環(huan)境適用性好。2)與超聲波雷達相比,體積(ji)小、質(zhi)量輕和(he)空間(jian)分辨率高(gao)的特(te)點。3)與光學傳感器(qi)相比,毫(hao)米波雷達穿透霧、煙(yan)、灰塵的能力強,具(ju)有全天(tian)候全天(tian)時的特(te)點。但也存在著成(cheng)本較(jiao)(jiao)高,對(dui)行(xing)人的識別(bie)較(jiao)(jiao)為困難等不(bu)足之處。
▲毫米波雷達優劣勢
77 GHz 在性能和體積上都更具優勢。目前車載雷達的頻率主要分為 24GHZ 頻段和77GHZ 頻段。與 24GHz 毫米波雷達相比,77GHz 的距離分辨率更高,體積更是小了三分之一。2018 年,中國新車評價規程(C-NCAP)將自動緊急制動系統(AEBS)納入評分體系,從而將帶動 77GHz 毫米波雷達在未來的市場需求。而從長遠來看,77GHz毫米波雷達的體積更小、探距更長,使得其較 24GHz 毫米波雷達將具備更大的市場空間。
▲毫米波雷(lei)達 24GHz 和 77GHz 比較
24GHz 與 77GHz 毫(hao)米波(bo)雷(lei)(lei)達(da)(da)兼備于 ADAS 的(de)(de)(de)長(chang)短(duan)(duan)距檢測(ce)。毫(hao)米波(bo)雷(lei)(lei)達(da)(da)因其硬件(jian)體積(ji)小(xiao),且不(bu)受惡劣天氣影響,被廣泛應用(yong)(yong)在(zai)(zai) ADAS 系統(tong)之中(zhong)。24GHz 目前(qian)(qian)大(da)量應用(yong)(yong)于汽車(che)的(de)(de)(de)盲點監測(ce)、變道輔助。雷(lei)(lei)達(da)(da)安裝在(zai)(zai)車(che)輛的(de)(de)(de)后(hou)保(bao)險(xian)杠內,用(yong)(yong)于監測(ce)車(che)輛后(hou)方(fang)兩側的(de)(de)(de)車(che)道是(shi)否(fou)有車(che)、可否(fou)進行變道。77GHz 雷(lei)(lei)達(da)(da)在(zai)(zai)探(tan)測(ce)精度與距離上(shang)優(you)于 24GHz 雷(lei)(lei)達(da)(da),主要用(yong)(yong)來裝配在(zai)(zai)車(che)輛的(de)(de)(de)前(qian)(qian)保(bao)險(xian)杠上(shang),探(tan)測(ce)與前(qian)(qian)車(che)的(de)(de)(de)距離以及前(qian)(qian)車(che)的(de)(de)(de)速度,實現的(de)(de)(de)主要是(shi)緊(jin)急(ji)制動、自動跟車(che)等(deng)主動安全領域的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)。完全實現 ADAS 各項功(gong)能(neng)一(yi)般需要“1長(chang)+4 中(zhong)短(duan)(duan)”5 個毫(hao)米波(bo)雷(lei)(lei)達(da)(da),奧迪 A8 搭載 5 個毫(hao)米波(bo)雷(lei)(lei)達(da)(da)(1LRR+4MRR),奔馳(chi) S 級(ji)搭載 6 個毫米(mi)波雷(lei)(1LRR+6SRR)。目前 77GHz 的(de)毫米(mi)波雷(lei)達系統單價在 1000元左右,24GHz 毫米(mi)波雷(lei)達單價在 500 元左右。
▲毫米波雷達(da)在(zai) ADAS 系統中的應用
毫米波(bo)雷(lei)達(da)(da)關鍵技術(shu)(shu)被外商(shang)壟(long)斷,集中度較高(gao)。在全球(qiu)毫米波(bo)雷(lei)達(da)(da)市(shi)(shi)(shi)場上,占(zhan)主(zhu)導(dao)地位的是德國、美國、日(ri)本等國家。目前(qian)毫米波(bo)雷(lei)達(da)(da)技術(shu)(shu)主(zhu)要(yao)由大(da)陸(lu)、博(bo)(bo)世、電(dian)裝、奧(ao)托立(li)夫、Denso、德爾福等傳(chuan)統零部巨頭(tou)所壟(long)斷;其中,77GHz 毫米波(bo)雷(lei)達(da)(da)技術(shu)(shu)被壟(long)斷于博(bo)(bo)世、大(da)陸(lu)、德爾福、電(dian)裝、TRW、富士通天(tian)、Hitachi 等公司手中。2016年,博(bo)(bo)世和大(da)陸(lu)全球(qiu)毫米波(bo)雷(lei)達(da)(da)市(shi)(shi)(shi)場占(zhan)有率均(jun)為(wei) 17%,并列第一;電(dian)裝、海拉并列第二,市(shi)(shi)(shi)場份額為(wei) 11%,采埃孚占(zhan)據 8%,德爾福占(zhan)據 6%,奧(ao)托立(li)夫占(zhan)據 4%。前(qian)七(qi)大(da)供應商(shang)巨頭(tou)市(shi)(shi)(shi)場占(zhan)有率達(da)(da)到(dao) 73%。
▲毫米波(bo)雷達海外(wai)主要供(gong)應商及產(chan)品
國(guo)(guo)(guo)內(nei)毫(hao)(hao)米(mi)(mi)波(bo)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)依賴進(jin)(jin)口,受限(xian)國(guo)(guo)(guo)外(wai)技術封鎖,24GHz 毫(hao)(hao)米(mi)(mi)波(bo)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)是主(zhu)流方向(xiang)。目前(qian)中國(guo)(guo)(guo)市(shi)場中高端(duan)汽車裝配的毫(hao)(hao)米(mi)(mi)波(bo)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)傳感器全部都依賴國(guo)(guo)(guo)外(wai)進(jin)(jin)口,市(shi)場被美、日、德企業壟斷(duan),價(jia)格昂貴,并采取了技術封鎖,自主(zhu)可控迫(po)在眉(mei)睫(jie)。國(guo)(guo)(guo)內(nei)自主(zhu)車載毫(hao)(hao)米(mi)(mi)波(bo)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)產(chan)品總(zong)體仍(reng)處于(yu)(yu)(yu)研制階(jie)段。考慮到研發成本和 77GHz 開(kai)發技術受限(xian),目前(qian)國(guo)(guo)(guo)內(nei)廠商(shang)對于(yu)(yu)(yu)毫(hao)(hao)米(mi)(mi)波(bo)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)的研發方向(xiang)集中于(yu)(yu)(yu) 24GHz。國(guo)(guo)(guo)內(nei)市(shi)場上,24GHz 毫(hao)(hao)米(mi)(mi)波(bo)雷達(da)的(de)產品(pin)體系已(yi)經相對(dui)成(cheng)熟(shu),供應鏈已(yi)經相對(dui)穩定,24GHz 的(de)核心芯片能從英飛(fei)凌(ling)、飛(fei)思卡爾等芯片供應商獲得。據麥姆斯(si)咨詢研究(jiu)表明,2016 年中(zhong)國汽車預裝毫米波雷達(da)的(de)數量達(da)到 105 萬個,其中(zhong) 24GHz 雷達(da)占比 63.8%,77GHz 雷達(da)占比 36.2%。
根據測算,毫米波雷達 2019、2020 年(nian)以及 2025 年(nian)市場規模可以達到 4.7 億(yi)元(yuan)、36億(yi)元(yuan)、80 億(yi)元(yuan)。2017-2025 復合增長率達到 58%左右。
2、激光雷達:L3-L5 自動駕駛中的關鍵
激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達是(shi)一種綜合的光(guang)(guang)探測(ce)(ce)與測(ce)(ce)量系(xi)統,通(tong)過發射接受激(ji)(ji)光(guang)(guang)束,分析激(ji)(ji)光(guang)(guang)遇(yu)到目標對象后的折(zhe)返時間,計算(suan)出目標對象與車的相對距離。目前常(chang)見的有(you) 8 線(xian)、16 線(xian)、32 線(xian)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達。激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達線(xian)束越多,測(ce)(ce)量精度(du)越高,安(an)全性越高。 激光雷(lei)(lei)達并不是新(xin)鮮事物,早已在航空航天、測繪等(deng)領域進行了應(ying)用。隨著汽車智能化的(de)發展(zhan),L3 級別自動駕(jia)駛中開始應(ying)用激光雷(lei)(lei)達,由(you)于其高精度、實(shi)時 3D 環境建模的(de)特點(dian)將成為 L3-L5 階(jie)段中最為關鍵的(de)傳感器。
▲激光雷達工作原理
▲Velodyne HDL-64E 激光(guang)雷(lei)達 3D 呈像
激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)雷(lei)達固(gu)(gu)態(tai)化(hua)(hua)(hua)是未來趨勢,存在(zai)小型化(hua)(hua)(hua)、低成本優勢。業內降(jiang)低激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)雷(lei)達成本主要有(you)兩個方(fang)式:1)取消(xiao)機械旋轉(zhuan)結構、采用固(gu)(gu)態(tai)化(hua)(hua)(hua)技術(shu)根本性降(jiang)低激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)雷(lei)達成本。固(gu)(gu)態(tai)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)雷(lei)達體(ti)積更小,方(fang)便集成,并且系(xi)統可靠(kao)性提(ti)升,因此激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)雷(lei)達有(you)向(xiang)固(gu)(gu)態(tai)發展(zhan)的趨勢。2)降(jiang)低激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)雷(lei)達線數,組合使用多個低線數激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)雷(lei)達。從機械旋轉(zhuan)式過渡到(dao)混合固(gu)(gu)態(tai)再到(dao)純固(gu)(gu)態(tai)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)雷(lei)達,隨著量(liang)產規模的擴(kuo)大(da)、技術(shu)迭代(dai)更新,成本不(bu)斷(duan)降(jiang)低,激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)雷(lei)達也(ye)在(zai)不(bu)斷(duan)向(xiang)小型化(hua)(hua)(hua)、低功(gong)耗、集成化(hua)(hua)(hua)發展(zhan)。
▲Quanergy S3 固態激光雷達
激(ji)光雷達的(de)核心技術主要(yao)掌握在 Velodyne、Ibeo、Quanergy 三家(jia)企業(ye)中(zhong)。美國Velodyne 的(de)機(ji)械(xie)式(shi)激(ji)光雷達起步(bu)較早,技術領先,最(zui)新已推(tui)出(chu) 128 線原型產品VLS-128,同時(shi)與谷歌(ge)、通用汽車、福特、Uber、百度(du)等全球(qiu)自動駕駛領軍企業(ye)建立(li)了(le)合作關系(xi),占據了(le)車載激(ji)光雷達大(da)部分的(de)市場(chang)份(fen)額。
Google、百度、福特、奧迪、寶(bao)馬(ma)等各企(qi)業(ye)相繼采(cai)用(yong)激(ji)光雷達(da)的感(gan)知(zhi)解(jie)決方(fang)案。寶(bao)馬(ma)聲明聯手(shou)激(ji)光雷達(da)創企(qi) Innoviz 研(yan)發無人駕駛汽車,預(yu)計 2021 年推出(chu)。根據個公司官(guan)網(wang)激(ji)光雷達(da)產(chan)品價格(ge),單車激(ji)光雷達(da)傳感(gan)器(qi)價值在 3~8 萬(wan)美元之間。
短期(qi)(qi)內(nei)激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)不會(hui)大(da)規(gui)模應(ying)用于(yu)汽(qi)車領(ling)域(yu)。盡管自(zi)(zi)(zi)動(dong)駕(jia)(jia)駛加速發展(zhan)給激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)行業創造了(le)(le)較(jiao)好的(de)(de)應(ying)用前(qian)(qian)景,但是激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)自(zi)(zi)(zi)身發展(zhan)的(de)(de)諸多痛點卻限制(zhi)(zhi)了(le)(le)其在(zai)自(zi)(zi)(zi)動(dong)駕(jia)(jia)駛汽(qi)車上的(de)(de)應(ying)用。限制(zhi)(zhi)因素主要(yao)有三個方面:1)成本(ben)高昂(ang)。激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)龍頭 Velodyne16線(xian)(xian)產(chan)(chan)品(pin) 0.8 萬美(mei)元,32 線(xian)(xian)產(chan)(chan)品(pin) 4 萬美(mei)元,64 線(xian)(xian)產(chan)(chan)品(pin)約(yue) 8 萬美(mei)元。高昂(ang)的(de)(de)產(chan)(chan)品(pin)價格(ge)也(ye)抑制(zhi)(zhi)了(le)(le)激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)在(zai)自(zi)(zi)(zi)動(dong)駕(jia)(jia)駛車輛中的(de)(de)應(ying)用。2)難以(yi)量產(chan)(chan)、交貨周期(qi)(qi)長。Velodyne64線(xian)(xian)產(chan)(chan)品(pin)生產(chan)(chan)周期(qi)(qi)要(yao) 4-8 周,32 線(xian)(xian)和 16 線(xian)(xian)也(ye)要(yao) 2-4 周,為(wei)了(le)(le)保證激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)傳遞接受信號的(de)(de)精準性(xing),其復雜的(de)(de)組裝和調校(xiao)過程(cheng)拉大(da)了(le)(le)其交貨周期(qi)(qi)。3)缺乏相關車規(gui)。目前(qian)(qian)自(zi)(zi)(zi)動(dong)駕(jia)(jia)駛只(zhi)是一個前(qian)(qian)瞻性(xing)的(de)(de)概(gai)念,具體還沒(mei)有實(shi)踐,沒(mei)有相應(ying)的(de)(de)政策(ce)法規(gui)的(de)(de)強制(zhi)(zhi)性(xing)要(yao)求,這在(zai)一定(ding)程(cheng)度(du)上也(ye)限制(zhi)(zhi)了(le)(le)激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)在(zai)自(zi)(zi)(zi)動(dong)駕(jia)(jia)駛領(ling)域(yu)的(de)(de)普(pu)及(ji)。
3、超聲波雷達:自動泊車系統的主流傳感器
超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)雷達的(de)工作原理(li)是通過超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)發(fa)射裝(zhuang)置向外(wai)發(fa)出超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo),到通過接(jie)(jie)收(shou)器(qi)接(jie)(jie)收(shou)到發(fa)送過來超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)時的(de)時間差來測(ce)(ce)算距離。超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)雷達在自動駕駛(shi)中,其基礎應用為(wei)泊(bo)車輔助預警(jing)以及汽(qi)車盲區(qu)碰撞(zhuang)預警(jing)功能。超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)雷達成本(ben)低,短(duan)距離測(ce)(ce)量(liang)中具有優勢,探測(ce)(ce)范圍在 0.1-3 米之間,而(er)且(qie)精度較(jiao)高(gao),因此非常適合應用于泊(bo)車。但測(ce)(ce)量(liang)距離有限,且(qie)很容易受到惡劣(lie)天氣(qi)的(de)影響。
▲超(chao)聲(sheng)波雷達(da)工作原理
自動泊車普及激發超聲波雷達需求。超聲波雷達一般安裝在汽車的保險杠或者側面,前者稱為 UPA,一般用于測量汽車前后障礙物,后者稱為 APA,用于測量側方障礙物。APA 超聲波傳感器是自動泊車輔助系統的核心部件,探測距離較遠,可用作探測車位寬度,獲得車位尺寸及車輛的位置信息。超聲波雷達主要應用于倒車雷達,以及自動泊車系統中近距離障礙監測。倒車雷達已經由高端車型下沉到中低端車型,滲透率較高,前裝率達 80%左右。倒車雷達系統通常需要 4 個 UPA 超聲波雷達,自動泊車雷達系統需要 6-12 個超聲波雷達,典型配置是 8 個 UPA+4 個 APA。
▲超聲(sheng)波雷(lei)達在(zai)汽車中的應(ying)用(yong)
▲UPA、APA 超聲波(bo)雷達比(bi)較
超(chao)聲(sheng)波(bo)雷(lei)達技術(shu)方(fang)案各(ge)有(you)優(you)劣,模擬式(shi)(shi)雷(lei)達占據主(zhu)要市場。超(chao)聲(sheng)波(bo)雷(lei)達的(de)技術(shu)方(fang)案,一般有(you)模擬式(shi)(shi)、四(si)線(xian)式(shi)(shi)數(shu)(shu)位(wei)、二線(xian)式(shi)(shi)數(shu)(shu)位(wei)、三線(xian)式(shi)(shi)主(zhu)動(dong)數(shu)(shu)位(wei)四(si)種,其在信號干擾(rao)的(de)處理(li)效果上(shang)依次提(ti)升。四(si)種技術(shu)方(fang)案在技術(shu)難度、裝配(pei)以及價格上(shang)各(ge)有(you)優(you)劣。目前市場上(shang)使用較(jiao)多的(de)是(shi)“模擬式(shi)(shi)”技術(shu)路(lu)線(xian),其優(you)點為產品成本低(di),但易受外界(jie)環境干擾(rao)。未來智能化趨勢下,“數(shu)(shu)位(wei)式(shi)(shi)”技術(shu)路(lu)線(xian)會更受歡(huan)迎。“數(shu)(shu)位(wei)式(shi)(shi)”技術(shu)路(lu)線(xian)下,信號數(shu)(shu)字化,可以極大(da)程(cheng)度地(di)提(ti)高雷(lei)達的(de)抗干擾(rao)能力,但成本較(jiao)高,技術(shu)難度大(da),現(xian)階段的(de)工藝水平只能多數(shu)(shu)采取(qu)四(si)線(xian)式(shi)(shi)做(zuo)法。
▲超聲波雷達 4 種技術(shu)路線方(fang)案
超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)雷(lei)(lei)達(da)市(shi)場(chang)主要由(you)博世(BOSCH)、日本村田(Murata)、日本尼賽拉(Nicera)等占據,國內(nei)奧迪威(wei)和同致(zhi)電子(zi)具(ju)有較高的(de)競爭力。奧迪威(wei)是國內(nei)領先的(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)傳感器生產商(shang),2016 年奧迪威(wei)車(che)載超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)傳感器的(de)銷量為 2627 萬個(ge)(ge),全球車(che)載超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)傳感器的(de)市(shi)場(chang)容量約 27400 萬個(ge)(ge),奧迪威(wei)的(de)車(che)載超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)傳感器占全球乘用(yong)車(che)市(shi)場(chang)份額(e)(e)的(de) 9%。奧迪威(wei)的(de)第(di)一大客戶是臺灣同致(zhi)電子(zi)。臺灣同致(zhi)電子(zi)其核心產品為倒車(che)雷(lei)(lei)達(da),2016 年其市(shi)場(chang)份額(e)(e)位居亞(ya)洲第(di)一。
超(chao)(chao)聲(sheng)波(bo)中(zhong)短期市(shi)場有望繼續提(ti)升,長期可(ke)能(neng)會受到其他雷(lei)(lei)達(da)(da)傳感器(qi)的(de)替代壓力。目前,后向(xiang)(xiang)的(de)超(chao)(chao)聲(sheng)波(bo)雷(lei)(lei)達(da)(da)搭(da)(da)載(zai)(zai)(zai)率最高,達(da)(da)到 45.2%,“前向(xiang)(xiang)+后向(xiang)(xiang)雷(lei)(lei)達(da)(da)”搭(da)(da)載(zai)(zai)(zai)率為(wei) 28.3%,不搭(da)(da)載(zai)(zai)(zai)占比 26.5%。隨著自(zi)動(dong)化駕駛(shi)的(de)發(fa)展,“前向(xiang)(xiang)+后向(xiang)(xiang)”雷(lei)(lei)達(da)(da)有望成為(wei)搭(da)(da)載(zai)(zai)(zai)標配。因此,預計(ji)中(zhong)短期內,超(chao)(chao)聲(sheng)波(bo)雷(lei)(lei)達(da)(da)市(shi)場滲透率將繼續提(ti)升,但長期來(lai)看(kan),未(wei)來(lai)搭(da)(da)載(zai)(zai)(zai)高級別自(zi)動(dong)駕駛(shi)車(che)型中(zhong),部分或者(zhe)全部的(de)超(chao)(chao)聲(sheng)波(bo)雷(lei)(lei)達(da)(da)會被綜(zong)合性能(neng)更好(hao)的(de)毫米波(bo)雷(lei)(lei)達(da)(da)、激光雷(lei)(lei)達(da)(da)等替代。
根據測算,2019、2020 年(nian)、2025 年(nian)超聲(sheng)波雷達的市(shi)場規模(mo)分(fen)別將達到(dao) 42億(yi)元(yuan),87 億(yi)元(yuan),192 億(yi)元(yuan)。2016-2025 年(nian)復合(he)增長率(lv)達到(dao) 38%左右。
4、攝像頭:ADAS 系統主要視覺傳感器
車(che)載(zai)攝(she)像(xiang)頭是(shi)(shi) ADAS 系統的(de)(de)主要(yao)(yao)視覺傳(chuan)感(gan)器(qi),是(shi)(shi)最為(wei)成熟的(de)(de)車(che)載(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)之(zhi)一(yi)。借由鏡頭采(cai)集圖像(xiang)后,攝(she)像(xiang)頭內的(de)(de)感(gan)光組(zu)件電路及控制組(zu)件對圖像(xiang)進行處(chu)理并轉(zhuan)化為(wei)電腦能(neng)處(chu)理的(de)(de)數字(zi)信號,從而實現感(gan)知車(che)輛周(zhou)邊的(de)(de)路況(kuang)情況(kuang)。攝(she)像(xiang)頭主要(yao)(yao)應用在(zai) 360全景影像(xiang)、前向碰撞預警、車(che)道偏(pian)移報警和行人(ren)檢(jian)測(ce)等 ADAS 功能(neng)中。
▲攝像頭(tou)檢(jian)測道(dao)路行人
▲攝像頭在全景泊(bo)車系統(tong)中的(de)應用
ADAS 系(xi)統配套 6 個(ge)(ge)以(yi)(yi)上攝(she)像(xiang)頭(tou)(tou)。根據不同 ADAS 功(gong)能的(de)(de)需要,攝(she)像(xiang)頭(tou)(tou)的(de)(de)安裝位置也有(you)不同。主要分為(wei)前視(shi)、后視(shi)、側(ce)(ce)視(shi)以(yi)(yi)及(ji)內置。實現(xian)自動駕駛時(shi)全套 ADAS 功(gong)能將安裝 6 個(ge)(ge)以(yi)(yi)上攝(she)像(xiang)頭(tou)(tou),前視(shi)攝(she)像(xiang)頭(tou)(tou)因需要復雜的(de)(de)算法和芯片,單價(jia)在 1500 元左右(you),后視(shi)、側(ce)(ce)視(shi)以(yi)(yi)及(ji)內置攝(she)像(xiang)頭(tou)(tou)單價(jia)在 200 元左右(you)。ADAS 的(de)(de)普(pu)及(ji)應用(yong)為(wei)車載(zai)攝(she)像(xiang)頭(tou)(tou)傳感器帶來(lai)了巨大的(de)(de)市場空間。
▲攝(she)像頭安(an)裝位置及特點
短期(qi)內單目(mu)(mu)攝(she)像(xiang)(xiang)頭(tou)(tou)為(wei)主流技術路(lu)(lu)線。前視攝(she)像(xiang)(xiang)頭(tou)(tou) ADAS 系統(tong)可分為(wei)搭載(zai)單目(mu)(mu)攝(she)像(xiang)(xiang)頭(tou)(tou)和搭載(zai)雙目(mu)(mu)攝(she)像(xiang)(xiang)頭(tou)(tou)兩種技術路(lu)(lu)線。相比(bi)單目(mu)(mu)攝(she)像(xiang)(xiang)頭(tou)(tou),雙目(mu)(mu)攝(she)像(xiang)(xiang)頭(tou)(tou)的(de)功(gong)能更(geng)(geng)加強大(da),測(ce)度更(geng)(geng)加精準,但成本(ben)比(bi)較高(gao),因(yin)此多(duo)搭載(zai)于(yu)高(gao)檔汽(qi)車。雙目(mu)(mu)攝(she)像(xiang)(xiang)頭(tou)(tou)的(de)方案(an)在(zai)成本(ben)、制造工藝、可靠性、精確(que)度等(deng)綜合(he)因(yin)素(su)的(de)制約下(xia),導致其難以在(zai)市場(chang)(chang)上推廣,而單目(mu)(mu)攝(she)像(xiang)(xiang)頭(tou)(tou)低成本(ben)可靠性的(de)解決方案(an),搭配其他傳感(gan)器(qi),完全可以滿足 L1,L2,以及(ji)部分 L3 場(chang)(chang)景下(xia)的(de)功(gong)能。因(yin)此在(zai)現(xian)有的(de)市場(chang)(chang)環境(jing)下(xia),單目(mu)(mu)攝(she)像(xiang)(xiang)頭(tou)(tou)的(de)解決方案(an)依然會是主流。
攝像頭(tou)主要(yao)作為(wei)雷(lei)達輔助傳感器。雖(sui)然攝像頭(tou)分辨(bian)率高、可(ke)以探測到物體的質地與顏色,但在逆光或者光影復(fu)雜的情況下視覺效果較差,極易受惡劣天氣影響,因此攝像頭(tou)獲(huo)取的圖(tu)像信息將主要(yao)負(fu)責(ze)交(jiao)通標志識別等(deng)少數領域,作為(wei)激光雷(lei)達和毫米波雷(lei)達的補充。
攝像(xiang)頭(tou)(tou)產(chan)業鏈可以大致劃分為(wei)上(shang)(shang)游(you)(you)(you)元(yuan)件生(sheng)(sheng)產(chan)、中(zhong)游(you)(you)(you)模組(zu)封(feng)裝集成、下(xia)游(you)(you)(you)產(chan)品應(ying)用三(san)部分。1)上(shang)(shang)游(you)(you)(you)元(yuan)件主要(yao)包括 CMOS 傳感器(qi)、鏡頭(tou)(tou)組(zu)、DSP 等(deng)(deng),上(shang)(shang)游(you)(you)(you)市(shi)場中(zhong) CMOS 傳感器(qi)以及 DSP 主要(yao)被索尼(ni)(ni)、三(san)星、TI、安森美等(deng)(deng)國(guo)外(wai)企業壟斷(duan),國(guo)內企業在(zai)鏡頭(tou)(tou)組(zu)生(sheng)(sheng)產(chan)方面具有優勢,其中(zhong)自主品牌舜宇光(guang)學等(deng)(deng)具有較高的競(jing)爭(zheng)力(li);2)中(zhong)游(you)(you)(you)封(feng)裝集成包括模組(zu)封(feng)裝和系(xi)統集成兩部分。模組(zu)封(feng)裝以及集成工(gong)藝復雜,市(shi)場被外(wai)企壟斷(duan),主要(yao)廠商有 Panasonic、索尼(ni)(ni)、法(fa)雷奧(ao)等(deng)(deng)企業。3)下(xia)游(you)(you)(you)產(chan)品應(ying)用于整(zheng)車廠、4S 店。
車(che)載(zai)攝(she)像頭(tou)(tou)產業制(zhi)(zhi)作工(gong)(gong)藝(yi)要(yao)求高,認(ren)證周期長。相對(dui)(dui)于(yu)手機攝(she)像頭(tou)(tou),車(che)載(zai)攝(she)像頭(tou)(tou)所(suo)面臨的(de)工(gong)(gong)況更(geng)加(jia)惡劣,需(xu)要(yao)滿足耐(nai)高溫、抗震、防磁、穩定等多項要(yao)求。特別是應(ying)用于(yu) ADAS 系統的(de)前視攝(she)像頭(tou)(tou),涉及行車(che)安全,對(dui)(dui)可靠(kao)性的(de)要(yao)求必須非(fei)常高,因(yin)此車(che)載(zai)攝(she)像頭(tou)(tou)的(de)制(zhi)(zhi)作工(gong)(gong)藝(yi)要(yao)求非(fei)常高。企業在成(cheng)為(wei)整車(che)廠商(shang)(shang)的(de)一級(ji)供(gong)應(ying)商(shang)(shang)之前,需(xu)要(yao)經過大量不同種類(lei)的(de)嚴(yan)格測(ce)試,一旦進入整車(che)廠商(shang)(shang)的(de)供(gong)應(ying)體系就會形成(cheng)很高的(de)壁壘,很難(nan)被替代,替換成(cheng)本(ben)也非(fei)常高。例如,國外視覺(jue)傳感器龍(long)頭(tou)(tou) Mobileye 用了 8 年的(de)時間從研發進入到前裝市場。
根據測算,預計攝(she)像頭傳感器(qi) 2019 年攝(she)像頭市(shi)場(chang)規模達到 150 億(yi)元(yuan),進入 L3 階段,2020 年和(he) 2025 年市(shi)場(chang)規模可以達到 205 億(yi)元(yuan)和(he) 315 億(yi)元(yuan),2016-2025 年復合(he)增長率(lv)達到 17%左(zuo)右(you)。
四、 多傳感(gan)器融合(he)是必然趨勢(shi)
ADAS 融合多種傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器,帶動傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器市場(chang)發(fa)展。隨著(zhu)未來(lai)智(zhi)能(neng)(neng)汽(qi)車(che)(che)比重的提升(sheng)(sheng),ADAS市場(chang)將(jiang)加(jia)(jia)速成(cheng)長。根(gen)據高盛全(quan)球投資研(yan)(yan)究(jiu)部門研(yan)(yan)究(jiu),當前全(quan)球 ADAS 滲透(tou)(tou)(tou)率(lv)普遍(bian)不高,歐美日滲透(tou)(tou)(tou)率(lv)只有 8%-12%。根(gen)據蓋世汽(qi)車(che)(che)研(yan)(yan)究(jiu)院測算,我國 ADAS 的滲透(tou)(tou)(tou)率(lv)在 2%-5%左右;從生(sheng)命周期(qi)上判斷,ADAS 已經實現從導入(ru)期(qi)到成(cheng)長期(qi)的跨越。總體來(lai)看,智(zhi)能(neng)(neng)駕駛、無人駕駛浪(lang)潮下(xia),汽(qi)車(che)(che)電子化、智(zhi)能(neng)(neng)化水平不斷提升(sheng)(sheng),ADAS 具(ju)有很大的成(cheng)長空間。環境(jing)感(gan)(gan)知作為 ADAS 的硬(ying)件基礎,傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器的應(ying)用必(bi)不可少,ADAS 滲透(tou)(tou)(tou)率(lv)的提升(sheng)(sheng)將(jiang)帶動車(che)(che)載傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器需求量(liang)的大幅增加(jia)(jia),未來(lai)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器的市場(chang)規模將(jiang)會進一(yi)步擴(kuo)大。
▲ADAS 融合多種傳感器
環境感(gan)(gan)知傳感(gan)(gan)器是汽(qi)車(che)的眼睛,毫米波雷(lei)達綜合優勢(shi)突出。智能化時代(dai)背景(jing)下,環境感(gan)(gan)知顯得尤為(wei)重要,不同(tong)傳感(gan)(gan)器的原理(li)和功能各不相同(tong),在不同(tong)的場(chang)景(jing)里發(fa)揮各自的優勢(shi),難以相互替代(dai)。毫米波雷(lei)達綜合優勢(shi)突出,有(you)望(wang)率先(xian)成為(wei) ADAS 系統主力傳感(gan)(gan)器。
▲各(ge)種傳感器(qi)優劣勢比(bi)較
▲毫(hao)米波雷(lei)達綜合優勢(shi)突出
單種(zhong)傳(chuan)(chuan)感器(qi)特性(xing)突出,均不能形成完全(quan)信息覆(fu)蓋,多(duo)(duo)傳(chuan)(chuan)感器(qi)融(rong)合是(shi)(shi)(shi)未來發(fa)展必(bi)然趨勢。并且為(wei)Level3-Level5 級自(zi)動(dong)駕(jia)駛方(fang)案(an)的(de)(de)實現提供了(le)必(bi)要(yao)的(de)(de)技(ji)術儲備。目前自(zi)動(dong)駕(jia)駛環境(jing)感知的(de)(de)技(ji)術路線(xian)主(zhu)(zhu)要(yao)有兩種(zhong):一種(zhong)是(shi)(shi)(shi)以特斯(si)拉為(wei)代表(biao)的(de)(de)視(shi)覺主(zhu)(zhu)導的(de)(de)多(duo)(duo)傳(chuan)(chuan)感器(qi)融(rong)合方(fang)案(an),另一種(zhong)是(shi)(shi)(shi)以低成本激光(guang)雷達為(wei)主(zhu)(zhu)導,典型代表(biao)如(ru)谷(gu)歌Waymo。國外主(zhu)(zhu)流車企(qi)如(ru)特斯(si)拉、奧迪、通(tong)用等(deng)均發(fa)布了(le)其自(zi)動(dong)駕(jia)駛汽車多(duo)(duo)傳(chuan)(chuan)感器(qi)規(gui)劃。多(duo)(duo)傳(chuan)(chuan)感器(qi)融(rong)合對于(yu)保證車輛對周(zhou)邊環境(jing)的(de)(de)全(quan)局定位和理(li)解是(shi)(shi)(shi)至關重(zhong)要(yao)的(de)(de)。
智東西認為,ADAS 采用(yong)的(de)(de)傳感器(qi)主要有攝(she)像頭、雷(lei)達(da)、激光和超(chao)聲波等,可以探測(ce)光、熱(re)、壓力或(huo)(huo)其(qi)它用(yong)于監(jian)測(ce)汽車狀(zhuang)態(tai)的(de)(de)變量, 通常位于車輛(liang)的(de)(de)前后保險(xian)杠、側視(shi)鏡、駕(jia)駛(shi)桿內部或(huo)(huo)者擋風(feng)玻(bo)璃(li)上(shang)。ADAS內每一類子系統在(zai)(zai)運作時,都離不開信息的(de)(de)搜集(ji)、處理與判(pan)斷,以及判(pan)斷完畢(bi)后系統給予車體指令(ling),使汽車進行不同動作等各(ge)階段。在(zai)(zai)這(zhe)樣的(de)(de)流程中,雷(lei)達(da)和攝(she)影機等傳感器(qi),以及MCU或(huo)(huo)影像處理IC等處理器(qi),就成了最主要的(de)(de)使用(yong)元件。在(zai)(zai)通往L5級別自動駕(jia)駛(shi)的(de)(de)道路上(shang),ADAS系統的(de)(de)成熟與完善是基(ji)本(ben)保障。
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