汽车传感器：自动驾驶“第一步”

前 言：

从L3级量产车奥迪A8，到L4级量产巴士百度阿波龙，L3+级自动驾驶已逐渐开始落地量产。位处产业链上游的汽车传感器行业最先感受到春意，各种技术路线争鸣，国内外创业公司喷涌。

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自动驾驶市场前景广阔，ADAS渗透率不断提升

随着人工智能的蓬勃发展，自动驾驶正渐行渐近。依据汽车智能化程度和人类在驾驶过程中参与度的不同，美国机动车工程师协会(SAE)将自动驾驶分为6级(L0-L5)、美国高速公路交通安全管理局(NHTSA)将自动驾驶分为5级(L0-L4)。

在SAE分级标准下，L0-L2属于高级驾驶辅助系统(ADAS，AdvancedDrivingAssistantSystems)，L3-L5则可称为自动驾驶系统，且L5为无人驾驶，可以实现汽车的完全自动化、能够自主响应各种紧急情况。

从无自动化到自动驾驶，这一过渡阶段所用的各类驾驶辅助技术均属于ADAS。

ADAS可分为速度辅助、制动辅助、车道辅助及其它辅助四类，包括自适应巡航(ACC)、前向碰撞预警(FCW)、行人碰撞预警(PCW)、车道偏离预警(LDW)、盲点探测(BSD)等功能。

目前，全球自动驾驶技术研发尚处早期，量产车大多集中于L1-L2阶段，FCW、PCW和LDW是核心焦点。

ADAS的渗透率正快速攀升，IHS预计2020年时全球ADAS渗透率将从2015年的10%增至30%，欧洲地区由于车规要求渗透率更高达86%。

相应的，全球ADAS市场不断扩大，据GrandViewResearch统计，全球ADAS市场规模将从2016年的141.5亿美元，增长至2025年的674.3亿美元，年复合增长率19%。

传感器位处感知层核心，不同类型优势互补、融合趋势明显

自动驾驶的工作过程可分为三层:

感知层:通过传感器探测周围环境，将各类环境信息转换为电信号;

决策层:在汽车电子控制单元(ECU)的帮助下，利用算法分析环境数据，并发出

操作指令;

执行层:根据指令，通过各种执行器完成相应的汽车操控。

汽车传感器是感知层的核心部件，遍布车辆全身。一辆汽车所搭载的传感器数量的多寡，直接决定了其智能化水平的高低。目前，普通家用轿车中约配有数十个传感器，高档轿车中则多达100多个。

汽车传感器可分为环境监测、车身感知两大类。

在一辆汽车所配置的传感器中，呈现出环境监测传感器量少价高，而车身感知传感器量多价廉的特点。

同时，随着汽车SAE级别的提升，所需的环境监测传感器数量增长迅速，占据了汽车传感器总成本的绝大部分。

环境监测传感器用于探测和感知周围环境，是实现自动驾驶所必需的传感器，包括摄像头和雷达两类。

1)摄像头在获取图像数据后，通过图像识别技术，可以实现距离测量、目标识别等功能。

2)雷达利用发射波和反射波之间的时间差、相位差等信息，获得目标物体的位臵、移动速度等数据。按所使用的不同类型的波，雷达可以分为超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达三类。

车身感知传感器用于获取车身信息，如胎压、油压、车速等，是维持汽车正常、稳定、安全行驶所必备的基础传感器。

按测量参数类型的不同，车身感知传感器包括压力传感器、加速计、陀螺仪、流量传感器等。

以MEMS工艺生产该类传感器，具有低成本、高可靠性、小体积等优势，已逐步取代了基于传统机电技术的传感器。后文将车身感知传感器统称为汽车MEMS传感器。

在环境监测传感器中，超声波雷达主要用于倒车雷达以及自动泊车中的近距离障碍监测，摄像头、毫米波雷达和激光雷达则广泛应用于各项ADAS功能中。

四类传感器的探测距离、分辨率、角分辨率等探测参数各异，对应于物体探测能力、识别分类能力、三维建模、抗恶劣天气等特性优劣势分明。

各种传感器能形成良好的优势互补，融合传感器的方案已成为主流的选择。

摄像头/毫米波雷达/激光雷达技术创新活跃，市场规模增长迅速

汽车传感器中，MEMS传感器和超声波雷达的技术和应用已经相对成熟，而摄像头、毫米波雷达和激光雷达正随着自动驾驶技术的蓬勃发展，迎来活跃的技术创新。

我们预计，2016-2025年，MEMS传感器和超声波雷达市场规模年复合增速分别为5%/10%，摄像头、毫米波雷达和激光雷达市场规模年复合增速分别为26%/22%/48%;汽车传感器整体市场2025年时将达615亿美元(18%CAGR)，未来成长空间广阔。

MEMS传感器

MEMS传感器是传统汽车电子系统的重要组成部分，广泛应用于电子车身稳定程序(ESP)、防抱死(ABS)、电控悬挂(ECS)、胎压监控(TPMS)等系统。

其中，压力传感器、加速计、陀螺仪与流量传感器是汽车中使用最多的MEMS传感器，总份额占汽车MEMS系统的99%。

超声波雷达

超声波雷达主要应用于倒车雷达，以及自动泊车系统中近距离障碍监测。

倒车雷达已经由高端车型下沉到中低端车型，渗透率较高，前装率达80%左右。

倒车雷达系统通常需要4个UPA超声波雷达，而自动泊车系统需要6-12个超声波雷达，典型配置是8个UPA+4个APA。

自动泊车系统的普及，将为超声波雷达的增长注入新的动力。

摄像头

汽车摄像头按视野覆盖位置可分为前视、环视(侧视+后视)及内视摄像头，其中前视摄像头最为关键，可以实现LDW、FCW、PCW等功能。

前视摄像头又有单目摄像头、双目摄像头，乃至多目摄像头等不同的解决方案。虽然双目或多目摄像头具有更高的测距精度和更广的视角，但由于其成本较高以及对精度和计算芯片的高要求，使得其仍未能大规模量产。

目前，以Mobileye领衔的单目摄像头解决方案是市场的主流。

毫米波雷达

按辐射电磁波的方式不同，毫米波雷达可分为脉冲类型和连续波类型，目前连续波类型中的调频连续波(FMCW,FrequencyModulatedContinuousWave)是主流方案。

虽然早在20世纪70年代，德国就尝试研发车载毫米波雷达，但由于造价高昂、体积庞大，无法大规模推广;90年代后期，随着微电子技术的发展，单片微波集成电路(MMIC)的出现使得毫米波雷达低成本、小型化成为可能;

近年来，受益于自动驾驶的提振，毫米波雷达广受关注，全球范围内掀起研发热潮。

按辐射电磁波的频率不同，目前毫米波雷达主要有24GHz和77GHz两种。

其中，24GHz主要用于中短距离(15-30m)，称为SRR(ShortRangeRadar)，77GHz主要用于长距离(100-250m)，称为LRR(LongRangeRadar)。

长期以来，毫米波雷达的频率使用各国标准不一，比如日本等少数国家还采用60GHz频段。

2015年世界无线电通信大会(WRC-15)将77.5-78.0GHz频段划分给无线电定位业务，至此77-81GHz已全部被正式划分为无线电定位业务，因此77-81GHz的车载雷达将是主流发展方向。

事实上，欧洲和美国都已经宣布将逐步限制和停止24GHz频段在汽车雷达中的使用，下一代的替换产品79GHz雷达各国也正在积极研发中。

从24GHz、77GHz、到79GHz，雷达的距离分辨率提高的同时，研发难度和成本也大幅增加。

激光雷达

机械激光雷达的典型特征是车身顶部的可旋转“大花盆”，这是目前激光雷达的主流解决方案。

而固态激光雷达具有体积小、量产成本和量产难度较低的优点，是未来的发展方向，具体包括MEMS、OPA(OpticalPhasedArray，光学相控阵列)和3DFlash等不同技术路线。

机械激光雷达的精度与线束成正比，线束越多则精度越高，同时成本也大幅提升。

目前16线、32线、64线激光雷达较为常见，同时也不乏128线、甚至300线等前沿产品。

▌传统市场被 Tier 1 把控，新兴领域中国有望突围

整体而言，目前全球汽车传感器市场主要由博世、电装、森萨塔等Tier1厂商所把控。

而半导体器件一般是汽车传感器上游中，壁垒最高、价格最昂贵的部分，因此安森美、英飞凌、NXP等半导体厂商也从汽车传感器产业链中攫取了丰厚利润。

在少数细分领域中，中国厂商凭借高性价比和定制化服务等优势，已经占据一席之地。

例如，奥迪威的UPA超声波传感器器件全球市占率达9%，舜宇的车载摄像头镜头全球市占率超30%等。

随着自动驾驶技术的兴起，车载摄像头、毫米波雷达、激光雷达等新兴高成长领域市场空间广阔、创新活跃，其中涌现了一大批中国创业公司。

这些新兴领域中，技术路线百家争鸣、技术标准尚未被国外大厂垄断。

同时，在国内良好的创业环境、海内外优秀人才加盟、近年电子产业链积累等因素的共同作用下，中国企业有望突围。

国外大厂垄断MEMS传感器，封测价值凸显

博世是全球MEMS传感器龙头企业，与包括Sensata、NXP(Freescale)、Denso、ADI、Panasonic、Infineon等在内的国外Tier1或半导体大厂共同垄断了汽车MEMS传感器市场。

据IHS统计，全球前十大汽车MEMS传感器公司的总市场份额累计超过85%。

作为汽车MEMS传感器，乃至整个MEMS市场的绝对领导者，博世在营收、产品线数量、系统集成能力三个维度均稳居全球第一。

国内的明皜传感、深迪半导体、美新半导体等公司均推出了车载MEMS传感器产品，但仍与国外大厂差距明显。

MEMS产业链包括设计、制造、封装测试和系统集成。

全球主要的MEMS制造代工厂有STM、TeledyneDALSA、SilexMicrosystems、台积电等，封测厂有日月光、Amkor、长电科技、华天科技等。

与普通IC不同，MEMS的封装要求高、测试复杂度大，因此封装测试占其总成本的比例高达60%-80%。

超声波雷达国内厂商成功局部突围，国产替代前景可期

全球超声波雷达模组市场由博世、法雷奥主导，国内厂商有台湾同致电子、航盛电子、豪恩、辉创电子、上富电技等。

超声波传感器器件市场由博世、日本村田制作所、尼赛拉等主导，国内厂商以奥迪威为代表。

超声波雷达的发展已经相当成熟，国内厂商与国外巨头相比技术差距并不大。然而，国内超声波雷达厂商虽多，大部分却未能进入前装市场。一方面，国内厂商的产品在稳定性和可靠性方面还有待进一步打磨，另一方面整车厂的Tier1供应商较为稳定、进入验证周期漫长。

凭借着高性价比的产品、快速及时的服务，国内的同致电子、豪恩、奥迪威的UPA产品，已成功突围进入国内各大车厂。

车规级摄像头模组海外大厂主导，零部件已有国产突破

考虑到安全性及复杂的驾驶环境，车规级摄像头在耐高温、抗震、防磁和稳定性等四方面有着严苛的性能要求。

车载摄像头模组均价超500元，而类似配置的手机摄像头均价不足百元。目前，车载摄像模组市场主要被海外大厂瓜分，包括日本的松下、富士通天、索尼，欧洲的法雷奥、大陆等，几乎都是全球前列的Tier1供应商。

国内手机摄像头产业链厂商舜宇光学、欧菲光、晶方科技等正积极发展车载摄像头模组业务。

摄像头模组的上游主要有CMOS图像传感器(CIS,CMOSImageSensor)以及镜头的供应商。

在车载摄像头零部件方面，豪威科技(并购)和舜宇光学(手机产业链基础延伸)已实现国产突破。

在摄像头模组下游的是车载摄像头解决方案供应商，这类企业的核心技术往往是视觉算法或视觉处理ASIC芯片。

Mobileye是全球车载摄像头解决方案龙头，兼具视觉算法和EyeQ系列视觉处理器核心技术;国内相关初创企业有MINIEYE、地平线、中科慧眼、天瞳威视、苏州智华、纵目科技、前向启创、创来科技、Maxieye等。

毫米波雷达技术壁垒高，国内处于追赶状态

毫米波雷达硬件部分主要由射频前端MMIC(MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit，单片微波集成电路)、高频PCB和信号处理系统组成，每一部分均有较高的技术壁垒，国内较为落后、处于追赶状态;后端算法方面，国内现有技术同样具有局限性，且国外算法受专利保护、价格高昂，其专利授权费约占总成本的50%。

全球毫米波雷达市场由Tier1供应商主导。

据佐思产研统计，2015年博世、大陆、海拉、富士通天、电装为全球前五的厂商，合计占据76%的份额。

汽车雷达MMIC市场的绝大部分份额则被英飞凌、意法半导体、NXP和TI四家瓜分。

2014-2016年，国内涌现了一批毫米波雷达创业公司，大多由高校或产业界的科研人员所创立。

包括MMIC创业公司加特兰、意行半导体、矽杰等，毫米波雷达创业公司行易道、安智杰、苏州豪米波、森思泰克、智波科技、隼眼科技、安智汽车、承泰科技、纳雷科技、木牛科技、雷博泰克、华域汽车，易来达，卓泰达、MotorEye等。

这些企业中，大部分仍处于研发状态，安智杰等公司的24GHz产品已实现量产。

机械激光雷达Velodyne一马当先，L4+级车规量产是竞争焦点

激光雷达并不是新鲜事物，早已在航空航天、测绘等超长距离(千米以上)、非实时领域有几十年的应用历史。

激光雷达在L3级自动驾驶中开始导入，并由于其高精度、实时3D点云建模的特点将成为L3-L5中最为关键的传感器。目前，大部分车载激光雷达还仅用于试验原型车上，主要因为:

当前L3及以上的量产车较少，仅有2017年7月奥迪发布的全球首款L3级量产车A8，以及2018年7月百度发布的全球首款L4级量产巴士阿波龙。

由于L3无法清晰认定车辆和驾驶员的责任，Waymo、福特、沃尔沃等选择跳过L3、直接研发L4，导致激光雷达进入量产车市场的速度放慢。

美国Velodyne的机械式激光雷达起步早、技术领先，最新已推出128线原型产品VLS-128。同时，Velodyne与谷歌、通用汽车、福特、Uber、百度等全球自动驾驶领军企业建立了良好的合作关系，占据了车载激光雷达大部分的市场份额。

当前机械式激光雷达的价格十分昂贵，Velodyne在售的64线/32线/16线产品的官方定价分别为8万/4万/8千美元。

一方面，机械式激光雷达由发射光源、转镜、接收器、微控马达等精密零部件构成，制造难度大、物料成本较高;

另一方面，激光雷达仍未大规模进入量产车、需求量小，研发费用等固定成本难以摊薄。Velodyne总裁麦克.耶伦曾表示，如果一次性购买100万台VLP-32，那么其售价将会降至350~500美元之间。

激光雷达市场刚刚兴起，L4+车规级激光雷达还未出现，Velodyne的地位远难称稳固。

1)海内外大批创业公司紧随其后，包括Quanergy、Ibeo、Cepton、Aeye、Innoviz、LeddarTech、Innovusion、禾赛科技、速腾聚创、北科天绘、镭神智能、北醒光子等。

2)Velodyne所擅长的机械式激光雷达由于需要人工参与复杂的光路调试装配，相比固态激光雷达不仅生产周期长、成本高，而且稳定性也很难达到车规级。未来在量产车中，固态激光雷达是大势所趋，而这一领域中Velodyne并不具备明显的优势。

国内的激光雷达厂商拥有不俗的技术实力，在各路技术路线混战的行业背景下机会巨大。但无论何种固态激光雷达技术路线，能否率先实现L4+级车规量产是竞争焦点、是决胜的关键所在。

报告来源：（中金公司：黄乐平 ）