智能駕駛的發(fā)展將大幅提升對(duì)傳感器的需求量。 超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和多攝像頭系統(tǒng)已經(jīng)在高端汽車上應(yīng)用;隨著智能駕駛發(fā)展勢(shì)如破竹,環(huán)境感知技術(shù)將快速發(fā)展,進(jìn)一步發(fā)揮協(xié)同作用。雖然傳感器僅僅是自動(dòng)駕駛汽車的一部分,但是市場(chǎng)前景十分廣闊。
據(jù)法國(guó)權(quán)威市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu) Yole Développement 的統(tǒng)計(jì),智能駕駛主要通過(guò)攝像頭(長(zhǎng)距攝像頭、環(huán)繞攝像頭和立體攝像頭)和雷達(dá)(超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá))實(shí)現(xiàn)感知的;當(dāng)前最先進(jìn)的智能汽車采用了 17 個(gè)傳感器(僅指應(yīng)用于自動(dòng)駕駛功能),預(yù)計(jì) 2030年將達(dá)到 29 個(gè)傳感器。
傳感器技術(shù)路線圖和相關(guān)的自動(dòng)駕駛功能
根據(jù)國(guó)外相關(guān)機(jī)構(gòu)(HIS、 MarketsandMarkets Research、 Plunkedt Research、MicroMarketMonitor 等)的測(cè)算以及我們的判斷,預(yù)計(jì)到 2020 年左右全球車載攝像頭、毫米波雷達(dá)和夜視系統(tǒng)等市場(chǎng)都將進(jìn)入快速成長(zhǎng)期。 其中車載攝像頭: 2015 年市場(chǎng)規(guī)模為 62 億人民幣, 2020 年將達(dá) 133 億人民幣,年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 16%;毫米波雷達(dá): 2015年市場(chǎng)規(guī)模為 229 億人民幣, 2020 年將達(dá) 576 億人民幣,年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 20%;夜視系統(tǒng): 2015 年市場(chǎng)規(guī)模為 293 億人民幣, 2020 年將達(dá) 514 億人民幣,年復(fù)合增長(zhǎng)達(dá)12%。
全球傳感器的市場(chǎng)規(guī)模
攝像頭:智能駕駛之慧眼
車載攝像頭是實(shí)現(xiàn)眾多預(yù)警、識(shí)別類 ADAS 功能的基礎(chǔ)。 在眾多 ADAS 功能中,視覺(jué)影像處理系統(tǒng)較為基礎(chǔ),對(duì)于駕駛者也更為直觀,而攝像頭又是視覺(jué)影像處理系統(tǒng)的基礎(chǔ),因此車載攝像頭對(duì)于智能駕駛必不可少。車道偏離預(yù)警(LDW)、前向碰撞預(yù)警(FCW)、交通標(biāo)志識(shí)別(TSR)、 車道保持輔助(LKA)、行人碰撞預(yù)警(PCW)、全景泊車(SVP)、駕駛員疲勞預(yù)警等眾多功能都可借助攝像頭實(shí)現(xiàn),有的功能甚至只能通過(guò)攝像頭實(shí)現(xiàn)。
攝像頭可實(shí)現(xiàn)的ADAS功能
車載攝像頭價(jià)格持續(xù)走低,未來(lái)單車多攝像頭將成為趨勢(shì)。 攝像頭成本相對(duì)低廉,價(jià)格也從 2010 年的 300 多元持續(xù)走低,到 2014 年單個(gè)攝像頭價(jià)格已降低至 200 元左右。相對(duì)于車載雷達(dá)等傳感器價(jià)格更加低廉,易于普及應(yīng)用。 特斯拉 Autopilot 2.0 的硬件系統(tǒng)中就包含 8 個(gè)攝像頭,未來(lái)單車多攝像頭將成為趨勢(shì)。根據(jù)不同 ADAS 功能的要求,攝像頭的安裝位置也不盡相同。按攝像頭的安裝位置不同,可分為前視、側(cè)視、后視和內(nèi)置四個(gè)部分。未來(lái)要實(shí)現(xiàn)全套 ADAS 功能,單車需配備至少 5 個(gè)攝像頭。
車載攝像頭的價(jià)格不斷走低
前視攝像頭使用頻率最高,單一攝像頭可實(shí)現(xiàn)多重功能。 通過(guò)算法開(kāi)發(fā)優(yōu)化,單一前視攝像頭可以實(shí)現(xiàn)多重功能,如行車記錄、車道偏離預(yù)警、前向碰撞預(yù)警、行人識(shí)別等。未來(lái)也有望通過(guò)算法整合,實(shí)現(xiàn)更多 ADAS 功能。前視攝像頭一般為廣角鏡頭,安裝在車內(nèi)后視鏡上或者前擋風(fēng)玻璃上較高的位置,以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的有效距離。 特斯拉 Autopilot 2.0 的硬件系統(tǒng)中有 3 個(gè)前視攝像頭,分別為正常、長(zhǎng)焦、廣角攝像頭, 3 個(gè)攝像頭可覆蓋更遠(yuǎn)距離和更寬的視野范圍,探測(cè)精準(zhǔn)度還安全性將大大提高。特斯拉的這種做法也有望被后來(lái)者效仿。
側(cè)視攝像頭代替后視鏡將成為趨勢(shì)。 由于后視鏡的范圍有限,當(dāng)另一輛在斜后方的車位于這個(gè)范圍之外就“隱身”,這個(gè)范圍之外的部分就叫做盲區(qū)。因?yàn)槊^(qū)的存在,大大增加了交通事故發(fā)生的幾率。而在車輛兩側(cè)加裝側(cè)視攝像頭可以基本覆蓋盲區(qū),當(dāng)有車輛進(jìn)入盲區(qū)時(shí),就有自動(dòng)提醒駕駛員注意,這就是盲區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
目前還出現(xiàn)了新的潮流,那就是使用側(cè)視廣角攝像頭取代后視鏡,這樣既能降低風(fēng)阻,同時(shí)又可以獲得更大更廣的視角,避免在危險(xiǎn)的盲區(qū)發(fā)生意外, 寶馬 i8 Mirrorless 概念車就采用如此設(shè)計(jì)。 日本也已修改修改法規(guī),允許無(wú)后視鏡的車輛上路,鼓勵(lì)用側(cè)視攝像頭取代后視鏡,美國(guó)國(guó)家公路交通安全局近期也承諾將修改法規(guī),取消無(wú)后視鏡的車輛不允許上路的限制。 我們認(rèn)為,側(cè)視攝像頭取代后視鏡不僅可以降低風(fēng)阻,還可以覆蓋盲區(qū),更加安全,未來(lái)將成為發(fā)展趨勢(shì)。
汽車后視鏡盲區(qū)
全景泊車系統(tǒng)調(diào)用車身周圍多個(gè)攝像頭,助泊車開(kāi)啟“上帝視角”。 全景泊車系統(tǒng)通過(guò)安裝在車身周圍的多個(gè)超廣角攝像頭,同時(shí)采集車輛四周的影像,經(jīng)過(guò)圖像處理單元矯正和拼接之后,形成一副車輛四周的全景俯視圖,實(shí)時(shí)傳送至中控臺(tái)的顯示設(shè)備上。駕駛員坐在車中即可以“上帝視角”直觀地看到車輛所處的位置以及車輛周報(bào)的障礙物,從容操縱泊車入位或通過(guò)復(fù)雜路面,有效減少刮蹭、碰撞等事故的發(fā)生。
全景泊車系統(tǒng)的圖像拼接技術(shù)
車載攝像頭應(yīng)用廣泛且價(jià)格相對(duì)低廉,是最基本最常見(jiàn)的傳感器,未來(lái)市場(chǎng)空間將超百億人民幣。 攝像頭對(duì)于多個(gè) ADAS 功能必不可少,未來(lái)單價(jià)也有望繼續(xù)走低,將帶動(dòng)車載攝像頭市場(chǎng)空間快速增長(zhǎng)。根據(jù) HIS 的估算,全球車載攝像頭出貨量將從 2014 年的 2800萬(wàn)枚增長(zhǎng)到 2020 年的 8300 萬(wàn)枚,復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 20%。據(jù)此估算,全球車載攝像頭市場(chǎng)規(guī)模將從2015年的 62億人民幣增長(zhǎng)到2020年的133億人民幣,年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)16%。消費(fèi)區(qū)域主要在美洲、歐洲、亞太等地,其中亞太地區(qū)將成為增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)。
車載攝像頭市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)
預(yù)計(jì) 2020 年國(guó)內(nèi)車載攝像頭需求量將達(dá) 4,200 萬(wàn)顆,市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 60 多億元。 2015 年國(guó)內(nèi)車載攝像頭需求量大約 1,300 萬(wàn)顆。對(duì)國(guó)內(nèi)車載攝像頭市場(chǎng)規(guī)模簡(jiǎn)單測(cè)算如下:
1)假設(shè)臺(tái)灣乘用車銷量保持 5%的年復(fù)合增長(zhǎng)率,那么到 2020 年乘用車銷量將達(dá) 2699 萬(wàn)輛;
2)假設(shè)到 2020 年,前視攝像頭(1 顆)滲透率接近 40%;側(cè)視攝像頭(2 顆)滲透率 20%;
后視攝像頭(1 顆)滲透率為 50%;內(nèi)置攝像頭(1 顆)為 5%;
3)考慮到國(guó)內(nèi)龐大的汽車保有量,后裝市場(chǎng)也不可忽視。假設(shè)后裝僅考慮前視攝像頭(1 顆)和后視攝像頭(1 顆),滲透率都為 10%,那么后裝市場(chǎng)每年將新增需求 400 多萬(wàn)顆。根據(jù)以上假設(shè),可以估算出到2020 年國(guó)內(nèi)車載攝像頭市場(chǎng)新增需求約 4200 萬(wàn)顆,按照單價(jià) 160 元人民幣計(jì)算,市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 67 億元人民幣。
2020 年國(guó)內(nèi)車載攝像頭市場(chǎng)需求量測(cè)算
攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈主要有鏡頭組、 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體)、 DSP(Digital Signal Process 即數(shù)字信號(hào)處理器)、模組封裝等環(huán)節(jié)組成。近幾年,智能手機(jī)的高速增長(zhǎng)帶動(dòng)了攝像頭市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展,但是從 2014年開(kāi)始智能手機(jī)的增速已轉(zhuǎn)緩,手機(jī)攝像頭未來(lái)的增長(zhǎng)率也必將放緩。隨著車載攝像頭市場(chǎng)的興起,手機(jī)攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的產(chǎn)能將向車載攝像頭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,預(yù)計(jì)未來(lái)CMOS、鏡頭、 模組封裝等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)將繼續(xù)保持高增長(zhǎng)。
車載攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈
CMOS 是攝像頭的核心部件,廣泛應(yīng)用于車載攝像頭上。 CMOS,是攝像頭的感光元件,相比 CCD(Charge-coupled Device,即電荷耦合元件)感光元件成像質(zhì)量稍差一些,但是成本更低,也更加省電,在像素要求不高的車載攝像頭領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。另外 CMOS相對(duì)于 CCD 也有兩個(gè)重要優(yōu)勢(shì):
1)速度快。 CMOS 光電傳感器采集光信號(hào)的同時(shí)就可以取出電信號(hào),還能同時(shí)處理各單元的圖像信息,速度比 CCD 電荷耦合器快很多,高性能的 CMOS 攝像頭影像采集速度能高達(dá) 5,000 幀/秒;
2)高動(dòng)態(tài)范圍。在車輛高速行駛時(shí),光線條件變化劇烈且頻繁, COMS 即使在亮度差別較大的環(huán)境中仍能快速識(shí)別周邊物體。CMOS 價(jià)值約占到攝像頭成本的三分之一,基本被外資品牌把控。 Sony、 Samsung 和OmniVision 三家企業(yè)的市場(chǎng)份額超過(guò) 60%。
Sony 在全球 CMOS 傳感器領(lǐng)域常年占據(jù)市場(chǎng)份額第一的位置,憑借其在 CMOS 積累的深厚技術(shù),加上收購(gòu)了 Toshiba 影像傳感器業(yè)務(wù),其市場(chǎng)份額有望進(jìn)一步擴(kuò)大。 CMOS 市場(chǎng)基本被外資品牌把控,國(guó)產(chǎn)品牌的話語(yǔ)權(quán)較弱。OmniVision 是國(guó)內(nèi) CMOS 封裝企業(yè)晶方科技的大股東之一,也是晶方科技的大客戶。因此晶方科技有望在 CMOS 需求量大幅增長(zhǎng)的情況下受益。
2015年CMOS的市場(chǎng)份額
鏡頭也是攝像頭的一個(gè)重要部件,國(guó)內(nèi)自主品牌企業(yè)有明顯優(yōu)勢(shì)。根據(jù) TSR 的研究報(bào)告,2015 年全球攝像頭鏡頭廠商中,臺(tái)灣企業(yè)大立光電的出貨量仍保持第一,占據(jù)全球約三分之一的市場(chǎng)份額。而國(guó)內(nèi)舜宇光學(xué)以微弱優(yōu)勢(shì)超過(guò)玉晶,排名上升至第二。 而在車載攝像頭鏡頭市場(chǎng),舜宇光學(xué)的鏡頭出貨量居全球第一位,市場(chǎng)占有率達(dá) 30%左右,已進(jìn)入各大車企(寶馬、奔馳、奧迪)前裝市場(chǎng)。
全球攝像頭鏡頭廠商及市場(chǎng)份額(單位: %)
車載攝像頭模組組裝工藝復(fù)雜,市場(chǎng)壁壘較高,但國(guó)內(nèi)已有廠商進(jìn)入。 相對(duì)于手機(jī)攝像頭等消費(fèi)級(jí)電子,車載攝像頭安全等級(jí)要求高,工藝也更加復(fù)雜,市場(chǎng)壁壘較高,Panasonic、Sony、 Valeo、 Fujitsu-ten 等廠商占據(jù)較大份額。車載攝像頭模組封裝的市場(chǎng)集中度也高于手機(jī)攝像頭,國(guó)內(nèi)舜宇光學(xué)、歐菲光等廠商在手機(jī)攝像頭封裝領(lǐng)域市場(chǎng)份額居前,現(xiàn)也已全面進(jìn)入車載攝像頭模組封裝制造中。
全球車載攝像頭模組封裝商及份額(單位: %)
雷達(dá):測(cè)距測(cè)速必不可少的傳感器
雷達(dá)通過(guò)發(fā)射聲波或者電磁波對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行照射并接收其回波,由此獲得目標(biāo)物體的距離、距離變化率(徑向速度)、大小、方位等信息。雷達(dá)最先應(yīng)用于軍事中,后來(lái)逐漸民用化。隨著汽車智能化的發(fā)展趨勢(shì),雷達(dá)開(kāi)始出現(xiàn)在汽車上,主要用于測(cè)距、測(cè)速等功能。汽車?yán)走_(dá)可分為超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等,不同雷達(dá)的原理不盡相同,性能特點(diǎn)也各有優(yōu)勢(shì),可用于實(shí)現(xiàn)不同的功能。
?。?)超聲波雷達(dá)
超聲波雷達(dá)是利用傳感器內(nèi)的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生 40KHz的超聲波,再由接收探頭接收經(jīng)障礙物反射回來(lái)的超聲波,根據(jù)超聲波反射接收的時(shí)間差計(jì)算與障礙物之間的距離。超聲波雷達(dá)成本較低,探測(cè)距離近精度高,且不受光線條件的影響,因此常用于泊車系統(tǒng)中。
自動(dòng)泊車功能離不開(kāi)超聲波雷達(dá)。 寶馬最新的 i 系列和 7 系列已經(jīng)支持使用車鑰匙遙控汽車自動(dòng)泊車,在操作過(guò)程中用戶只需要發(fā)出前進(jìn)或后退兩個(gè)指示,汽車就會(huì)持續(xù)使用超聲波傳感器檢測(cè)車位和障礙物,自動(dòng)操作方向盤和制動(dòng)器,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車。大眾第三代超聲波半自動(dòng)泊車系統(tǒng),泊車輔助系統(tǒng)通常使用 6-12 個(gè)超聲波雷達(dá),車后部的 4 個(gè)短距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測(cè)倒車時(shí)與障礙物之間的距離,一側(cè)的長(zhǎng)距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測(cè)停車位空間。
?。?)毫米波雷達(dá): ADAS 核心傳感器
毫米波是指波長(zhǎng)在 1mm 到 10mm 之間的電磁波,換算成頻率后,毫米波的頻率位于 30GHz到 300GHz 之間。毫米波的波長(zhǎng)介于厘米波和光波之間,因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)。毫米波雷達(dá)在導(dǎo)彈制導(dǎo)、目標(biāo)監(jiān)視和截獲、炮火控制和跟蹤、高速通信、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。近些年,隨著毫米波雷達(dá)技術(shù)水平的提升和成本的下降,
毫米波雷達(dá)開(kāi)始應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。
不同波長(zhǎng)雷達(dá)的應(yīng)用場(chǎng)景
毫米波雷達(dá)具有眾多優(yōu)點(diǎn),是 ADAS 核心傳感器。毫米波的波長(zhǎng)介于厘米波和光波之間,因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn): 1)同厘米波導(dǎo)引頭相比, 毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn); 2)與紅外、激光等光學(xué)導(dǎo)引頭相比, 毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng),傳輸距離遠(yuǎn),具有全天候全天時(shí)的特點(diǎn); 3) 性能穩(wěn)定,不受目標(biāo)物體形狀、顏色等干擾。 毫米波雷達(dá)很好的彌補(bǔ)了如紅外、激光、超聲波、攝像頭等其他傳感器在車載應(yīng)用中所不具備的使用場(chǎng)景。
毫米波雷達(dá)探測(cè)距離遠(yuǎn),精度高,是 ACC、 AEB 首選傳感器。 毫米波雷達(dá)的探測(cè)距離一般在 150m-250m 之間,有的高性能毫米波雷達(dá)探測(cè)距離甚至能達(dá)到 300m,可以滿足汽車在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)探測(cè)較大范圍的需求。另外,毫米波因波長(zhǎng)較短,彌散程度低,聚焦性好,因此毫米波雷達(dá)的探測(cè)精度較高。這些特性使得毫米波雷達(dá)能夠監(jiān)測(cè)到大范圍內(nèi)車輛的運(yùn)行情況,同時(shí)對(duì)于前方車輛的速度、加速度、距離等信息的探測(cè)也更加精準(zhǔn),因此是 ACC、AEB 的首選傳感器。
毫米波雷達(dá)可用頻帶有 24GHz、 60~61GHz、 76~79GHz,目前比較主流的是 24GHz 和76~77GHz, 60~61GHz 只有日本使用。 一般 24GHz 用于短/中距, 76~79GHz 用于中/長(zhǎng)距,頻率越高,波長(zhǎng)越短,測(cè)距測(cè)速的精度就越高。頻帶發(fā)展的趨勢(shì)是從低頻向高頻過(guò)渡: 1)歐盟: 1997 年,歐洲電訊標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)確認(rèn) 76-77GHz 作為防撞雷達(dá)專用頻道; 2)美國(guó): 24GHz 和76~77GHz 兩個(gè)頻帶均可用; 3)日本:先選用了 60~61GHz,后又轉(zhuǎn)入76~77GHz 頻帶; 4)日內(nèi)瓦 2015 年世界無(wú)線電通信大會(huì), 77.5~78.0GHz 劃分給無(wú)線電定位業(yè)務(wù),以支持短距離高分辨率車載雷達(dá)的發(fā)展; 5)中國(guó): 2005 年,原信息產(chǎn)業(yè)部《微功率(短距離)無(wú)線電設(shè)備的技術(shù)要求》,77GHz 劃分給車輛測(cè)距雷達(dá)。
毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)主要由國(guó)外電子公司掌控。毫米波雷達(dá)系統(tǒng)主要包括天線、收發(fā)模塊、信號(hào)處理模塊,而 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)芯片和天線 PCB 板(Printed Circuit Board)是毫米波雷達(dá)的硬件核心。目前毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)主要被 Bosch、Continental、 Denso、 Autoliv 等零部件巨頭壟斷,特別是 77GHz 產(chǎn)品技術(shù)只有 Bosch、Continental、Denso、Delphi 等少數(shù)幾家公司掌握。Bosch 的所有的車載雷達(dá)都采用 77GHz的頻率,預(yù)計(jì) 2016 年將出產(chǎn)第一千萬(wàn)個(gè) 77GHz 毫米波雷達(dá)。 Continental 的雷達(dá)產(chǎn)品較全面,其中主力產(chǎn)品是 24GHz。
2015 年全球車載毫米波雷達(dá)主要供應(yīng)商及市場(chǎng)份額(單位: %)
低成本 CMOS 解決方案有望加快市場(chǎng)開(kāi)啟。 目前 77GHz 毫米波雷達(dá)系統(tǒng)單價(jià)大約在 250歐元左右,高昂的價(jià)格限制了毫米波雷達(dá)的車載化應(yīng)用。毫米波雷達(dá)的收發(fā)器芯片普遍使用 SiGe 雙極型晶體管等特殊半導(dǎo)體,但是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,被廣泛用于數(shù)字電路且成本相對(duì)較低的 CMOS,也可被用于毫米波電路。
CMOS 與傳統(tǒng) SiGe 雙極型晶體管相比,由于在低電壓條件下也可運(yùn)行,因此可降低耗電量。雖然 CMOS 存在低頻區(qū)噪聲偏大的問(wèn)題,但兩者在毫米波區(qū)域(76-81GHz)具有大致同等的性能,未來(lái)車載毫米波雷達(dá)主流頻段是 77-79GHz,因此 CMOS 低頻區(qū)噪聲大的問(wèn)題并不太突出。 由于目前全球CMOS 產(chǎn)業(yè)鏈已較為成熟,可大批量生產(chǎn),未來(lái)若能用 CMOS 替代 SiGe 雙極型晶體管,毫米波雷達(dá)的成本有望顯著下降,市場(chǎng)也有望加快開(kāi)啟。
兩種毫米波雷達(dá)收發(fā)器芯片工藝技術(shù)比較
目前 Fujitsu 研究所已成功研發(fā)出采用 CMOS 工藝的 4 通道接收芯片。 Fujitsu 研發(fā)的此款產(chǎn)品不僅與現(xiàn)行 SiGe 產(chǎn)品具有同等的高頻功能,還成功解決了低頻區(qū)噪聲問(wèn)題。而新的 CMOS 芯片比傳統(tǒng)的 SiGe 芯片降低了一半左右的電耗,還可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和低成本化。Fujitsu 預(yù)計(jì) 2018 年左右,該產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化,采用該技術(shù)的毫米波雷達(dá)的成本也有望大幅降低。低成本化有望加快引爆車載毫米波雷達(dá)市場(chǎng)。
(3)車載毫米波雷達(dá)國(guó)產(chǎn)化大潮將至
車載毫米波雷達(dá)國(guó)產(chǎn)化在即, 24GHz 產(chǎn)品技術(shù)已獲突破, 77GHz 產(chǎn)品正加緊研發(fā)。 前端單片微波集成電路(MMIC)是毫米波雷達(dá)的關(guān)鍵部件, MMIC 技術(shù)主要被國(guó)外零部件巨頭壟斷,國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域尚處于起步階段。但國(guó)內(nèi)部分公司經(jīng)過(guò)幾年的研發(fā), 24GHz 車載雷達(dá)技術(shù)已獲得突破,產(chǎn)品即將問(wèn)世。 77GHz 產(chǎn)品的研制由于受到國(guó)外的技術(shù)封鎖,目前大多還處于研發(fā)試驗(yàn)階段。我們預(yù)計(jì),隨著智能汽車行業(yè)的快速發(fā)展,將開(kāi)啟對(duì)毫米波雷達(dá)的大量需求,國(guó)內(nèi)相關(guān)公司將加速研發(fā), 77GHz 產(chǎn)品有望在未來(lái)三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
國(guó)內(nèi)毫米波雷達(dá)相關(guān)企業(yè)及單位研發(fā)進(jìn)展
汽車智能化浪潮洶涌, ADAS 資源整合是關(guān)鍵。 汽車智能化水平的提升使得國(guó)內(nèi)整車廠商對(duì) ADAS 系統(tǒng)的需求巨大,而整車廠商對(duì)整套 ADAS 系統(tǒng)的需求比單一傳感器的需求更為強(qiáng)烈,擁有整套 ADAS 技術(shù)(感知、控制、執(zhí)行)的公司將更有競(jìng)爭(zhēng)力。因此我們認(rèn)為,國(guó)內(nèi)大型廠商(一級(jí)、二級(jí)供應(yīng)商)將十分關(guān)注對(duì) ADAS 前端(感知)、中端(控制)、后端(執(zhí)行)資源的整合,率先掌握稀缺資源就會(huì)擁有先發(fā)優(yōu)勢(shì),更容易在智能駕駛的潮流
中脫穎而出。
關(guān)注車載毫米波雷達(dá)市場(chǎng)并購(gòu)機(jī)會(huì)。 國(guó)內(nèi)在毫米波雷達(dá)研發(fā)方面起步較晚,擁有 24GHz產(chǎn)品技術(shù)的公司還較少,而掌握 77GHz 產(chǎn)品技術(shù)的公司更是鳳毛麟角,是市場(chǎng)上非常稀缺的資源。因此我們認(rèn)為, 掌握車載毫米波雷達(dá)核心技術(shù)的公司將是國(guó)內(nèi)大型廠商、上市公司十分重視的資源,要關(guān)注市場(chǎng)上存在的潛在并購(gòu)機(jī)會(huì)。如 2015 年 12 月 16 日,亞太股份控股股東亞太機(jī)電集團(tuán)與杭州智波科技有限公司簽訂合作協(xié)議,以 700 萬(wàn)元增資智波科技獲 10%的股權(quán),引進(jìn)車載毫米波雷達(dá)項(xiàng)目。
激光雷達(dá): 功能強(qiáng)大 成本大幅降低可期
激光雷達(dá)是軍轉(zhuǎn)民的高精度雷達(dá)技術(shù)。 激光雷達(dá)的應(yīng)用一開(kāi)始主要為軍事領(lǐng)域,受到了各國(guó)軍事部門的極大關(guān)注。相比普通雷達(dá),激光雷達(dá)可提供高分辨率的輻射強(qiáng)度幾何圖像、距離圖像、速度圖像。按用途和功能劃分,有跟蹤激光雷達(dá)、制導(dǎo)激光雷達(dá)、火控激光雷達(dá)、氣象激光雷達(dá)、水下激光雷達(dá)等,可適應(yīng)不同戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。在民用領(lǐng)域中,激光雷達(dá)因其在測(cè)距測(cè)速、三維建模等領(lǐng)域的優(yōu)越性能也被廣泛應(yīng)用。
激光雷達(dá)性能精良,是無(wú)人駕駛的最佳技術(shù)路線。 激光雷達(dá)相對(duì)于其他自動(dòng)駕駛傳感器具有非常優(yōu)越的性能:
1)分辨率高。 激光雷達(dá)可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率。通常激光雷達(dá)的角分辨率不低于 0.1mard 也就是說(shuō)可以分辨 3km 距離上相距 0.3m 的兩個(gè)目標(biāo),并可同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo);距離分辨率可達(dá) 0.1m;速度分辨率能達(dá)到 10m/s 以內(nèi)。如此高的距離、速度分辨率意味著激光雷達(dá)可以利用多普勒成像技術(shù)獲得非常清晰的圖像。
2)精度高。 激光直線傳播、方向性好、光束非常窄,彌散性非常低,因此激光雷達(dá)的精度很高。
3)抗有源干擾能力強(qiáng)。 與微波、毫米波雷達(dá)易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同,自然界中能對(duì)激光雷達(dá)起干擾作用的信號(hào)源不多,因此激光雷達(dá)抗有源干擾的能力很強(qiáng)。
激光雷達(dá)可以分為一維激光雷達(dá)、二維激光雷達(dá)、三維激光掃描儀、三維激光雷達(dá)等。 其中一維激光雷達(dá)主要用于測(cè)距測(cè)速等,二維激光雷達(dá)主要用于輪廓測(cè)量、物體識(shí)別、區(qū)域監(jiān)控等,三維激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維空間建模。
車載三維激光雷達(dá)一般安裝在車頂,可以高速旋轉(zhuǎn),以獲得周圍空間的點(diǎn)云數(shù)據(jù),從而實(shí)時(shí)繪制出車輛周邊的三維空間地圖;同時(shí),激光雷達(dá)還可以測(cè)量出周邊其他車輛在三個(gè)方向上的距離、 速度、加速度、角速度等信息,再結(jié)合 GPS 地圖計(jì)算出車輛的位置,這些龐大豐富的數(shù)據(jù)信息傳輸給 ECU 分析處理后,以供車輛快速做出判斷。
不同類型激光雷達(dá)的功能及應(yīng)用場(chǎng)景
三維激光雷達(dá)逐漸發(fā)展為自動(dòng)駕駛的標(biāo)配。 三維激光雷達(dá)功能強(qiáng)大,是無(wú)人駕駛的最佳解決方案,從最早的谷歌豆莢車到層出不窮的車企測(cè)試案例,激光雷達(dá)已經(jīng)逐漸發(fā)展為標(biāo)配。不難發(fā)現(xiàn),隨著企業(yè)自動(dòng)駕駛方案的選擇和規(guī)劃,車用激光雷達(dá)的商業(yè)化正悄然發(fā)生。
Velodyne 64 線激光雷達(dá)成為無(wú)人駕駛的標(biāo)志性特征。 2012 年 5 月,谷歌改裝版豐田普銳斯自動(dòng)駕駛汽車在內(nèi)華達(dá)州上路測(cè)試,出場(chǎng)時(shí)頭頂轉(zhuǎn)個(gè)不停的 Velodyne 64 線,很快就成了自動(dòng)駕駛汽車的標(biāo)志性特征。與此同時(shí),谷歌對(duì)外宣布項(xiàng)目研究目標(biāo)——實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛并且量產(chǎn)。從正面看,拆解后的 Velodyne 64 線整個(gè)激光收發(fā)器可以視為上下兩部分,每部分都有三個(gè)并排透鏡,兩側(cè)透鏡是激光發(fā)射處,中間是接收處。轉(zhuǎn)到產(chǎn)品背后會(huì)發(fā)現(xiàn),兩側(cè)凸鏡后各有 16 個(gè)一組的二極管,中間透鏡對(duì)應(yīng) 32 個(gè)接收器,可以把光信號(hào)變成電信號(hào)。
Velodyne 64 線激光雷達(dá)解剖圖
在保證質(zhì)量的前提下,成本的降低將反推智能駕駛的產(chǎn)業(yè)進(jìn)程。 激光雷達(dá)憑借其超高精準(zhǔn)度,被認(rèn)為是無(wú)人駕駛的必然選擇; 2016 年以來(lái),激光雷達(dá)巨頭 Velodyne 與 Quanergy紛紛表態(tài)未來(lái)其激光雷達(dá)成本將大幅度降低,以此來(lái)滿足無(wú)人駕駛汽車量產(chǎn)的需要。
Velodyne 車用激光雷達(dá)產(chǎn)品未來(lái)有望將成本控制在 200 美元以內(nèi)。Velodyne 的激光雷達(dá)輸出的是原始數(shù)據(jù),需要經(jīng)過(guò)二次處理,以 64 線激光雷達(dá),每秒的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量是 130 萬(wàn),這需要桌面級(jí)顯卡支持才能流暢工作。而桌面級(jí)顯卡字眼需要昂貴的顯存和散熱設(shè)計(jì),而且價(jià)格昂貴,高達(dá) 7 萬(wàn)美元。
2016 年 1 月, CES 期間 Velodyne 與福特揭曉了最新產(chǎn)品 Solid-State Hybrid Ultra PuckTM Auto,范圍為 200 米,可以滿足車企 ADAS 和全自動(dòng)駕駛需要。目前供給車企的 Pack1.5 投放壽命為 6-8 個(gè)月,車企測(cè)試后 Velodyne 會(huì)根據(jù)反饋重新調(diào)整設(shè)計(jì)。明年初推近改良后的 pack2.0 進(jìn)行第二輪測(cè)試,在 18 年初或年中推出 pack3.0 作為正式商用版本。公司對(duì)這款產(chǎn)品 2020年目標(biāo)產(chǎn)量定價(jià)為每個(gè) 500 美元, 2025 年將成本控制在 200 美元以內(nèi)。
Quanergy 激光雷達(dá)量產(chǎn)后售價(jià)有望接近 100 美元。Quanergy 在今年 CES 展出了一款固態(tài)激光雷達(dá) S3 約為一盒名片大小,而且單個(gè)售價(jià)初步定在 250 美元左右,其展臺(tái)工作人員表示上量生產(chǎn)后有可能 100 美元搞定。未來(lái)幾年里,小型專用激光雷達(dá)將會(huì)在汽車行業(yè)爭(zhēng)奪市場(chǎng)。
?。?)激光雷達(dá)三大廠商
無(wú)人駕駛給激光雷達(dá)民用開(kāi)拓了全新的市場(chǎng),而激光雷達(dá)的核心技術(shù)主要掌握在Velodyne、 Ibeo 和 Quanergy 三家企業(yè)手中。
三家激光雷達(dá)生產(chǎn)企業(yè)的主要產(chǎn)品對(duì)比
(1)Velodyne:并不提供算法產(chǎn)品,而是向車企輸出激光雷達(dá)原始數(shù)據(jù)。 Velodyne 是一家硅谷公司,在參加了兩屆 DARPA 無(wú)人駕駛汽車挑戰(zhàn)賽后,于 2007 年開(kāi)始專注研究激光雷達(dá),用一款 Velodyne 64 線激光雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)入 360° 高性能激光雷達(dá)領(lǐng)域。于是就有了2011 年谷歌無(wú)人駕駛汽車在灣區(qū)測(cè)試時(shí),吸引人們目光的“大花盆”。
Velodyne 目前已經(jīng)量產(chǎn)銷售的激光雷達(dá)有三款,分別是 HDL-64E(64 線 )、
HDL-32E(32 線)、 VLP-16(16 線)。除了谷歌、百度、 Uber 等無(wú)人駕駛汽車使用 64線產(chǎn)品,一些車企在車上使用 32 線和 16 線產(chǎn)品測(cè)試。例如 2016 年 1 月 CES 上,福特就展示了安裝 velodyne HDL-32 的混動(dòng)版蒙迪歐自動(dòng)駕駛研究車。荷蘭 NAVYA的兩部全自動(dòng)駕駛 ARMA 公交穿梭車測(cè)試了 VLP-16 和 HDL-32,最后選用了 32 線。
為了滿足車企把激光雷達(dá)隱蔽安裝到車身的要求, Velodyne 帶來(lái)了一款專為車企設(shè)計(jì)的小體積激光雷達(dá)。 32 線產(chǎn)品的體積過(guò)大,小體積 16 線產(chǎn)品線數(shù)不足,采集的信息顆粒粗糙,對(duì)軟件運(yùn)算端負(fù)擔(dān)太大。因此 1 月借由福特公布的 Solid-State HybridUltra PuckTM Auto,線數(shù)增加到 32 線,但是體積和原 16 線一致。
Velodyne32 線新款固態(tài)混合超級(jí)冰球傳感范圍為 200 米,可以滿足車企 ADAS 和全自動(dòng)駕駛需要, 2025 年成本將控制在 200 美元以內(nèi)。目前供給車企的 Pack1.5 投放壽命為 6-8 個(gè)月,車企測(cè)試后 Velodyne 會(huì)根據(jù)反饋重新調(diào)整設(shè)計(jì)。明年初推出改良后的 pack2.0 進(jìn)行第二輪測(cè)試,在 2018 年初或年中推出 pack3.0 作為正式商用版本。公司對(duì)這款產(chǎn)品 2020 年目標(biāo)量產(chǎn)定價(jià)為每個(gè) 500 美元, 2025 年將成本控制在 200美元以內(nèi)。
(2) Ibeo:與 Velodyne 不同, Ibeo 的產(chǎn)品包括了硬件和軟件在內(nèi)的整套解決方案。 成立于 1998 年的公司, 2000 年被傳感器制造商 Sick AG 收購(gòu)。 2000 年至 2008 年研發(fā)了激光掃描技術(shù)、并且開(kāi)始了若干自動(dòng)駕駛項(xiàng)目的嘗試。公司和歐洲委員會(huì)共同研發(fā)了十字路口安全的駕駛輔助產(chǎn)品,在全球范圍售賣。 2009 年公司脫離 Sick AG 獨(dú)立, 2010 年和法雷奧合作開(kāi)始量產(chǎn)可用于汽車的產(chǎn)品 ScaLa。
目前已有的 Ibeo 全自動(dòng)駕駛測(cè)試車上,常用的多點(diǎn)布局組合是 miniLUX 和 LUX 兩款產(chǎn)品。
LUX 有 4 線和 8 線兩款, 8 線在垂直方向增加了 4 條激光光束,獲得信息較 4 線產(chǎn)品更加豐富。兩款產(chǎn)品可以用在高速公路自動(dòng)駕駛和城市自動(dòng)駕駛,功能上可用于 ACC和行人檢測(cè),利用多回聲技術(shù)適應(yīng)不同天氣的需要,繪制車輛周圍 360° 的環(huán)境圖景。
miniLUX 主要用來(lái)檢測(cè)車側(cè)和車后障礙。用于車輛側(cè)面時(shí),主要可以在轉(zhuǎn)向時(shí)用作側(cè)面保護(hù),車道變更時(shí)的盲點(diǎn)監(jiān)測(cè),以及復(fù)雜的自動(dòng)停車。用于車后,可以作為全 3D泊車支持和車尾傳感器。
Ibeo 已經(jīng)成熟的產(chǎn)品 ScaLa B2 是與法雷奧合作的一款 4 線激光雷達(dá),一般用于汽車緊急制動(dòng)時(shí)的核心檢測(cè)傳感器。去年搭載法雷奧 Cruise4U 系統(tǒng)的半自動(dòng)駕駛汽車完成了環(huán)法路試。車上就搭載了與 Ibeo 合作量產(chǎn)的 ScaLa, ScaLa 被嵌入了這輛大眾車的前臉保險(xiǎn)杠,用來(lái)取代毫米波雷達(dá)做 AEB(自動(dòng)剎車系統(tǒng))中的測(cè)距模塊。
(3)Quanergy:激光雷達(dá)領(lǐng)域的新晉創(chuàng)業(yè)公司。 2014 年 5 月,獲得來(lái)自三星電子風(fēng)險(xiǎn)投資,特斯拉創(chuàng)始人及清華企業(yè)家協(xié)會(huì)天使基金的種子投資。 2014 年 12 月,完成 3000 萬(wàn)美元的 A 輪融資。 2015 年 Quanergy 得到了德?tīng)柛5膽?zhàn)略投資。德?tīng)柛J召?gòu)了 Quanergy部分股權(quán),兩家公司的工程師正在努力研發(fā) Lidar 系統(tǒng)。 Quanergy 負(fù)責(zé)技術(shù)開(kāi)發(fā),德?tīng)柛S锌赡茇?fù)責(zé)產(chǎn)生。
2014 年 9 月第一款產(chǎn)品 M8-1 投入使用,已經(jīng)應(yīng)用在奔馳,現(xiàn)代等公司的實(shí)驗(yàn)車型上面,在路試過(guò)程中為軟件模塊積累經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)時(shí) M8-1 的單個(gè)標(biāo)價(jià)是 1,000 美元。為了覆蓋車身周圍的全部區(qū)域,用于展示的奔馳車一共安裝了 3 個(gè)樣品,兩個(gè)位于車頂,一個(gè)位于車頭前方。
2016CES 上, Quanergy 展示了新產(chǎn)品 S3,大小接近名片盒。官方公布的信息并不多, 8 線激光雷達(dá),探測(cè)距離 10cm-150m,掃描頻率 30Hz。據(jù)介紹,新產(chǎn)品只需在車輛前后對(duì)角線各裝一個(gè),就能覆蓋 360 度視域范圍,未來(lái)售價(jià)有望減至 100 刀。
?。?)國(guó)內(nèi)企業(yè)正加速追趕
國(guó)內(nèi)尚無(wú)用于 ADAS 的激光雷達(dá)產(chǎn)品。 國(guó)內(nèi)在激光雷達(dá)研發(fā)方面起步晚,積累尚淺,已有的激光雷達(dá)產(chǎn)品多用于建筑測(cè)量、地形測(cè)繪等領(lǐng)域,還未研制出適用于車載的激光雷達(dá)產(chǎn)品。但國(guó)內(nèi)已有部分企業(yè)正在加速研發(fā),未來(lái)有望推出低價(jià)的車載激光雷達(dá)產(chǎn)品。
巨星科技: 巨星科技控股(65%)的華達(dá)科捷是專門從事激光雷達(dá)業(yè)務(wù)的公司,在高端激光測(cè)量傳感設(shè)備領(lǐng)域有一定的技術(shù)積累,已研發(fā)出適用于 AGV、巡檢機(jī)器人等使用的 32線束激光雷達(dá),目前正在研發(fā) 3D 激光雷達(dá),一旦成功,每臺(tái)機(jī)器的成本將從 10 萬(wàn)降到 3萬(wàn)左右。
大族激光: 大族激光是一家提供激光加工及自動(dòng)化系統(tǒng)集成的設(shè)備制造商,目前已掌握激光器的核心技術(shù)。公司先后引進(jìn)激光雷達(dá)、激光傳感器領(lǐng)域的技術(shù)人才,并成立了三家機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)公司,其中大族銳視著力研發(fā)機(jī)器人激光雷達(dá)感知系統(tǒng),目前基本完成以AGV 導(dǎo)航為代表的工業(yè)級(jí)激光雷達(dá)的研發(fā),準(zhǔn)備開(kāi)展無(wú)人駕駛領(lǐng)域等前沿領(lǐng)域的預(yù)研工作;大族銳波正在進(jìn)行激光傳感器核心零部件研發(fā),未來(lái)有望應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、智能裝備等領(lǐng)域。
思嵐科技: 上海思嵐科技有限公司(SLAMTEC)成立于 2013 年 10 月,團(tuán)隊(duì)前身是RoboPeak,擁有長(zhǎng)達(dá) 6 年的機(jī)器人自主定位導(dǎo)航算法、激光傳感器及機(jī)器人硬件系統(tǒng)的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。主要產(chǎn)品包括低成本激光測(cè)距掃描傳感器(RPLIDAR)、基于激光的即時(shí)定位與地圖構(gòu)建導(dǎo)航系統(tǒng)(SLAM)。公司目前已獲千萬(wàn)美元融資,估值 3.6 億元。
可見(jiàn),在未來(lái)的自動(dòng)駕駛傳感器中,國(guó)內(nèi)廠商需要加倍努力。
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