輔助駕駛邁入自動(dòng)駕駛,汽車市場成為激光雷達(dá)發(fā)展主驅(qū)動(dòng)力
日前,財(cái)通證券在研報(bào)中指出,汽車智能化快速發(fā)展,輔助駕駛系統(tǒng)加速滲透。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛有兩條路徑,一條是漸進(jìn)式;另一條是跨越式。漸進(jìn)式主要代表企業(yè)是特斯拉,我國乘用車輔助駕駛等級(jí)目前正處于 L2 向 L3 過渡階段。區(qū)分 L2++以及 L3 的核心點(diǎn)在于責(zé)任判定是人還是車,只有正式進(jìn)入 L3 才是自動(dòng)駕駛的開端。
目前全球乘用車市場主要以 ADAS 為主,并逐步向 L3 級(jí)過渡。2015 年以前輔助駕駛功能主要為 L1/L0 級(jí),L1 級(jí)可實(shí)現(xiàn)加減速或轉(zhuǎn)向控制,駕駛員持續(xù)進(jìn)行車輛橫向和縱向的操作,代表功能為 LKA、AEB 等。
2016 年進(jìn)入 L2 級(jí)時(shí)代,可同時(shí)實(shí)現(xiàn)車速和轉(zhuǎn)向自動(dòng)化。駕駛必須始終保持掌控駕駛,在特定場景下系統(tǒng)進(jìn)行橫向和縱向操作,代表功能為 ACC、LKA、APA 等,部分 ECU 開始集成式發(fā)展,但仍未有域的劃分,目前 L2 及以下整體單車配套價(jià)值在1.5萬元左右。
到 2020 年將正式進(jìn)入 L3 級(jí)導(dǎo)入期,為有條件自動(dòng)駕駛,可解放雙手。駕駛員不必一直監(jiān)控系統(tǒng),但必須時(shí)刻保持警惕并在必要時(shí)進(jìn)行干預(yù),整車大約分為 5~6 個(gè)域,控制器算力指數(shù)級(jí)提升,以太網(wǎng)開始出現(xiàn),L3 及以下整體單車配套價(jià)值約為 2.5 萬元。但是由于目前 L3 級(jí)別自動(dòng)駕駛技術(shù)仍不成熟,短期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的仍然以 L2 級(jí)別的 ADAS 為主。
財(cái)通證券認(rèn)為L2+輔助駕駛系統(tǒng)將快速普及并長期存在,另外在一些低速、封閉場景下比如礦山,港口中 L4 自動(dòng)駕駛開始落地,而基于法律法規(guī)以及技術(shù)成熟度等問題,高速、開放場景下的 robotaxi/robotruck 落地需要較長時(shí)間,黑芝麻智能單記章指出,從 L2 真正突破到 L3 級(jí)是一個(gè)漫長的過程,未來很長一段時(shí)間內(nèi)智能網(wǎng)聯(lián)汽車仍將處于人機(jī)共駕的狀態(tài),這其中涉及到軟件、硬件、數(shù)據(jù)等技術(shù)的緊密配合和升級(jí)。
ADAS系統(tǒng)分為感知識(shí)別、決策、執(zhí)行
感知識(shí)別在汽車駕駛中代替人的五官,依賴于各類傳感器來識(shí)別環(huán)境,獲得路況信息。其中包括車載攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)。
不同傳感器各有優(yōu)劣,其中攝像頭價(jià)格低廉,分辨率較高,但是抗干擾能力較弱。超聲波雷達(dá)成本低、精度高,但是聲波傳遞速度較慢,不適用于高速長距離感知,目前主要適用場景為倒車等短距離場景感知。
毫米波雷達(dá)探測距離較遠(yuǎn)、靈敏度較高但是對(duì)于非金屬物體感知不靈敏,無法探測到物體的的大小和形狀。激光雷達(dá)精度強(qiáng)、范圍大、抗干擾能力強(qiáng),但是由于激光的特性無法取得物體的顏色和形狀,并且由于目前技術(shù)問題,激光雷達(dá)暫不成熟,成本也相對(duì)較高。
決策部分包括決策算法和計(jì)算芯片,通過感知層面收集來的信息,幫助汽車做出相應(yīng)的行駛操作。執(zhí)行層部分包括將系統(tǒng)決策反饋到底層模塊執(zhí)行,實(shí)現(xiàn)車輛縱向橫向的自動(dòng)控制,相當(dāng)于汽車的“四肢。主要包括汽車控制部分,包括自動(dòng)剎車、轉(zhuǎn)向和變速。
在感知層,實(shí)現(xiàn)高級(jí)別自動(dòng)駕駛有以特斯拉為首的純視覺路線和以多傳感器融合為主兩大技術(shù)路線。視覺路線主要是通過攝像頭來獲取周圍環(huán)境,運(yùn)用強(qiáng)大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)算法做出決策,相當(dāng)于人類的眼和大腦,代表企業(yè)為特斯拉。
多傳感器融合方案中,激光雷達(dá)運(yùn)用激光探測原理,通過發(fā)射與接收激光來探測與目標(biāo)物之間的距離,再根據(jù)目標(biāo)物表面的反射能量大小、反射波譜幅度、頻率和相位等信息,精確繪制出目標(biāo)物的三維結(jié)構(gòu)信息。
這兩種方法都有相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn),但在國內(nèi)由于純視覺路線單純依靠攝像頭和毫米波雷達(dá)難以解決 corner case,因此激光雷達(dá)作為關(guān)鍵傳感器被大部分車企所選擇。
全球 ADAS 市場將維持高增長,利好上游核心傳感器供應(yīng)商。2020 年全球 ADAS市場規(guī)模為 175.7 億美元,Statista 預(yù)計(jì) 2023 年全球 ADAS 市場規(guī)模為 319.5 億美元,CAGR 為 22.0%。
中汽協(xié)預(yù)測,中國 ADAS 市場規(guī)模將從 2020 年 844 億元增長到 2025 年 2250 億元,CAGR=21.6%。ADAS 市場規(guī)模不斷擴(kuò)大將帶動(dòng)車載攝像頭、激光雷達(dá)等細(xì)分行業(yè)上下游的景氣程度,汽車智能化核心傳感器將深度受益。
多條技術(shù)線路發(fā)展,激光雷達(dá)量產(chǎn)加速
激光雷達(dá)內(nèi)部構(gòu)造主要分為掃描模塊,發(fā)射模塊,接收模塊和主控模塊。發(fā)射模塊主要負(fù)責(zé)發(fā)射激光,內(nèi)部包含發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)(含透鏡、反射鏡、濾光片等),激光器和激光驅(qū)動(dòng)。
接收模塊主要負(fù)責(zé)接收反射的回波,包括接收光學(xué)系統(tǒng)(含透鏡、反射鏡、濾光片等)、探測器和模擬前端。掃描模塊包含掃描器和掃描驅(qū)動(dòng)。主控模塊相當(dāng)于大腦,包括時(shí)序控制、波形算法處理、激光雷達(dá)其他功能模塊控制以及生產(chǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
激光雷達(dá)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游包括激光器、探測器、主控芯片、模擬芯片和光學(xué)部件等各個(gè)模塊,中游主要是激光雷達(dá)整機(jī)和軟件系統(tǒng),下游主要是激光雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域。
激光雷達(dá)如果按照掃描方式分類,可以分為機(jī)械式、混合固態(tài)和固態(tài)三種,未來主流技術(shù)趨勢(shì)是從機(jī)械式向純固態(tài)演進(jìn)。機(jī)械式方案是將整個(gè)激光雷達(dá)進(jìn)行 360°旋轉(zhuǎn)掃描來獲取周邊環(huán)境信息。
混合固態(tài)模式下包括轉(zhuǎn)鏡方案、棱鏡方案、MEMS振鏡方案。轉(zhuǎn)鏡方案是利用旋轉(zhuǎn)的鏡面或多面體將激光反射到不同方向?qū)崿F(xiàn)掃描。棱鏡方案通過控制兩面楔形棱鏡的相對(duì)轉(zhuǎn)速,將激光束進(jìn)行兩次折射來實(shí)現(xiàn)區(qū)域激光掃描覆蓋。
MEMS 振鏡采用集成在硅基芯片上的反射鏡在前后左右各一對(duì)扭桿之間以一定諧波振動(dòng),將激光光束反射到不同角度。固態(tài)激光雷達(dá)則完全沒有活動(dòng)部件,主要包含 FLASH 和 OPA 兩種技術(shù)路徑。其中 FLASH 原理就是通過高密度的激光源陣列,發(fā)射出能夠覆蓋一片區(qū)域的激光,用高靈敏度的接收器來構(gòu)建圖像。
光學(xué)相控陣(OPA)運(yùn)用了相干的原理,通過多個(gè)光源形成矩陣,不同的光束在相 互疊加后有的方向會(huì)相互抵消而有的則會(huì)增強(qiáng),從而實(shí)現(xiàn)在特定方向上的主光束,并且控制主光束往不同方向進(jìn)行掃描。
激光雷達(dá)元年,大量車型上市
目前測繪和工業(yè)領(lǐng)域?yàn)榧す饫走_(dá)占比最大下游。目前激光雷達(dá)行業(yè)總營收前十的企業(yè)絕大部分來源于工業(yè)和測繪領(lǐng)域。截止到 2021 年,地理測繪占據(jù)激光雷達(dá)下游應(yīng)用 60%;激光雷達(dá)在 ADAS 領(lǐng)域和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域應(yīng)用占比僅有 2%和 6%。
從細(xì)分市場規(guī)模來看,預(yù)計(jì)未來 5 年汽車 ADAS 激光雷達(dá)市場將迎來快速增長,年均復(fù)合增長率高達(dá) 73%。Yole 預(yù)測,2027 年全球 ADAS 激光雷達(dá)市場規(guī)模將從 2021 年的 3800 萬美元增至 2027 年的 20 億美元,成為激光雷達(dá)行業(yè)最大的應(yīng)用領(lǐng)域。
與此同時(shí),無人駕駛出租車市場規(guī)模將從 2021 年的 1.2 億美元增長至2027 年 6.98 億美元,CAGR=28%。從細(xì)分下游雷達(dá)交付量來看,預(yù)計(jì) 2027 年汽車市場將成為激光雷達(dá)行業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。
2019 年,工業(yè)領(lǐng)域激光雷達(dá)出貨量最大,為 6.6W 顆;而自動(dòng)駕駛領(lǐng)域激光雷達(dá)出貨量僅有 0.9W 顆。隨著汽車智能化發(fā)展,預(yù)計(jì)未來 ADAS 領(lǐng)域和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域激光雷達(dá)出貨量快速上漲,Yole 預(yù)測 2027 年全球激光雷達(dá)交付量預(yù)計(jì)將達(dá) 530 萬臺(tái),其中 450 萬臺(tái)將服務(wù)于汽車市場。
2022 年為激光雷達(dá)上車元年,大量車型搭載激光雷達(dá)上市。高工智能汽車研究院數(shù)據(jù)顯示,隨著今年蔚來 ET5、ET7、小鵬 G9、長城 WEY、哪吒、高合等車型發(fā)布,預(yù)計(jì)全年國內(nèi)前裝標(biāo)配激光雷達(dá)交付為 10 萬顆左右。其中 L2/L2+車型將主要以 1 顆前向、2 顆盲區(qū)配置為主,L3/L4 車型則主要以 1 顆前向、4 顆盲區(qū)配置為主。
隨著愛馳、集度汽車、通用等多款搭載激光雷達(dá)的車型在 2023年-2024 年陸續(xù)交付,預(yù)計(jì) 2023 年國內(nèi)乘用車前裝激光雷達(dá)將呈現(xiàn)放量加速階段。中國廠商加速崛起,激光雷達(dá)本體廠商禾賽/速騰引領(lǐng)突圍。在全球激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈中,國外企業(yè)具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。
2017 年法雷奧就成為全球首家開始為汽車量產(chǎn)激光雷達(dá)的公司,其第一代產(chǎn)品 SCALA 被奧迪 A8 高端轎車等車型采用。不過,伴隨著中國智能駕駛行業(yè)的強(qiáng)勢(shì)崛起,國內(nèi)目前已有一批優(yōu)秀企業(yè)慢慢趕超外企,逐漸成為行業(yè)的中流砥柱。
目前全球各國激光雷達(dá)行業(yè) ADAS 前裝定點(diǎn)數(shù)量大約有 55 個(gè),其中中國激光雷達(dá)供應(yīng)商占其中的 50%,禾賽科技斬獲了截至目前全球27%的前裝定點(diǎn)數(shù)量,排名全球第一。速騰聚創(chuàng)以 16%的數(shù)量排名中國第二、全球第三。在全球自動(dòng)駕駛領(lǐng)域激光雷達(dá)前裝定點(diǎn)情況,2021 年禾賽科技市場份額占比 58%,排名第一,遠(yuǎn)超排名第二的 Waymo。
激光雷達(dá)中各個(gè)模塊價(jià)值量占比:由于不同激光雷達(dá)技術(shù)路徑不同,因此各模塊成本占比略有差異,其中硬件電子模塊占比約為 50%-60%,;光學(xué)模塊總占比約10%-15%;結(jié)構(gòu)模塊占比約為 25%。
激光雷達(dá)中光學(xué)模組市場規(guī)模預(yù)測:根據(jù) Yole 預(yù)測,2021 年-2027 年全球在車載激光雷達(dá)領(lǐng)域的出貨量為 87k 臺(tái)/259k 臺(tái)/500k 臺(tái)/918k 臺(tái)/1567k 臺(tái)/2782k 臺(tái)/4683k臺(tái)。目前車載激光雷達(dá)均價(jià)約為 1000 美元,預(yù)計(jì) 2025 年激光雷達(dá)均價(jià)可至 500美元以內(nèi),價(jià)格年均下降 15.8%。
汽車感知要求提升,車載鏡頭需求猛增
多傳感器融合路線下,車載攝像頭亦在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域扮演重要角色。隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別提升,汽車感知需求推動(dòng)了激光雷達(dá)行業(yè)的持續(xù)放量,但為了達(dá)到更好的識(shí)別效果,汽車通常會(huì)搭載不同類別的傳感器。
車載攝像頭作為成本相對(duì)較低、效率較高的傳感器,在 ADAS 以及高級(jí)別自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用。隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別提升,單車搭載攝像頭數(shù)量呈逐步提升趨勢(shì)。根據(jù)攝像頭的位置不同可以劃分為前視、后視、側(cè)視和環(huán)視。L1-L2 級(jí)平均搭載攝像頭數(shù)量通常為 1-3 顆,L3 級(jí)上升為 8 顆,進(jìn)入 L4-L5 級(jí),平均搭載攝像頭數(shù)量為 10-20 顆。
自動(dòng)駕駛級(jí)別上升,會(huì)帶來車載攝像頭領(lǐng)域加速放量。隨著 ADAS 攝像頭和高清攝像頭的滲透率逐漸提升,將會(huì)帶動(dòng)單車攝像頭價(jià)值量的不斷提升。ICVTank 預(yù)測,2025 年全球車載攝像頭市場規(guī)模將達(dá) 273億美元,復(fù)合增長率 21.9%;全球車載攝像頭的搭載量有望突破 2.5 億顆,復(fù)合增長率19.2%。
根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù),預(yù)計(jì) 2026 年中國車載攝像頭市場規(guī)模將達(dá)到 280 億元,2020 年-2026 年年均復(fù)合增長速度為 28%。拆分車載鏡頭成本結(jié)構(gòu),圖像傳感器和光學(xué)鏡頭的成本占比較大。
車載攝像頭主要的硬件結(jié)構(gòu)包括光學(xué)鏡頭(其中包含光學(xué)鏡片、濾光片、保護(hù)膜等)、圖像傳感器、圖像信號(hào)處理器 ISP、串行器、連接器等器件。其中圖像傳感器和鏡頭部分成本占比最大,分別為 52%和 20%。剩余部分模組封裝、馬達(dá)和紅外濾光片占比 19%、6%和 3%。車載鏡頭市場集中度較高,CR4=78%。
車載鏡頭市場被舜宇光學(xué)、Sekonix、Kantatsu、Fujifilm 四大企業(yè)占據(jù)主要市場。舜宇光學(xué)市場占有率排名量居全球第一位,市場占有率 34%,Sekonix、Kantatsu 和 Fujifilm,市場占有率分別為 18%、14%,12%。行業(yè) CR4 為 78%,集中度較高。
原文標(biāo)題 : 輔助駕駛邁入自動(dòng)駕駛,汽車市場成為激光雷達(dá)發(fā)展主驅(qū)動(dòng)力
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