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汽车传感器行业研究:自动驾驶加速渗透,推动市场高速增长

2023-01-04 行业资讯

核心观点:

? ? ? 自动驾驶加速渗透,推动汽车传感器市场的高速增长。传感器是自动驾驶的关键,当前主流自动驾驶传感器主要包括毫米波雷达、车载摄像头以及超声波雷达。2020年国内L2级别自动驾驶的渗透率已近15%。车企相继推出具备L3功能的自动驾驶车型。随着自动驾驶等级的提高,对传感器的数量和质量也提出了更高的要求,L2级自动驾驶传感器数量约为6个,L3约为13个,未来L5要达到30个以上,相应带动汽车传感器市场高速增长。2016年,中国汽车传感器行业市场规模已达百亿,预计到2025年,市场规模将突破600亿元。

? ? ? 车载摄像头发展较为成熟,是应用最广泛的“汽车之眼”。车载摄像头环境条件更为严苛,也相应具有更高的价值量。根据ICVTank预测,到2025年全球车载摄像头行业规模将达270亿美元,CAGR约为16%,中国车载摄像头行业市场规模将达230亿元,CAGR约为32%。车载摄像头镜头方面舜宇光学是全球龙头,联创电子也已开始为头部企业供货;CMOS传感器方面韦尔股份全球市占率排名第二,未来有望继续提高份额;模组与系统集成方面,海外企业占据主导,国内欧菲光、丘钛科技、德赛西威、华域汽车等企业积极布局,未来有望凭借成本优势占据更大份额。毫米波雷达具有体积小、性价比高、可全天候工作的特点,是自动驾驶的核心传感器。

? ? ? 从技术发展看,随着技术的成熟以及成本的下降,77GHz雷达将逐渐取代24GHz雷达成为未来毫米波雷达市场的主流。预计到2022年全球毫米波雷达市场规模将达160亿美元,其中短中距毫米波雷达约84亿美元,长距毫米波雷达76亿美元。根据OFweek预测,到2025年中国的毫米波雷达市场规模将超过300亿元。目前博世、大陆等海外企业占据的毫米波雷达主要市场份额,2018年CR5达到68%。国内企业近年来加速布局。

? ? ? 超声波雷达是自动驾驶的重要辅助传感器。超声波雷达成本优势明显,主要用于倒车雷达以及自动泊车系统。2019年全球车载超声波雷达市场规模超30亿美元,到2030年将增长至61亿美元,CAGR为5.1%。博世、法雷奥等海外企业占据超声波雷达主要市场,CR5超过90%。国内企业如开云已具备成熟技术,主要壁垒在车企认证。


自动驾驶加速渗透推动传感器市场发展


自动驾驶市场广阔,国内外厂商加速布局

? ? ? 全球自动驾驶市场规模广阔。随着人工智能、5G技术的逐渐普及,无人驾驶、高级辅助驾驶快速发展,这些技术的实现能够大幅减少人为失误带来的交通风险、提高交通运输效率、提升道路通行能力、改变汽车生产消费模式,实现交通运输安全、高效、绿色的发展愿景。同时能够缓解社会老龄化带来的劳动力短缺的问题,提高生产力水平、提升生活品质。根据IHS的预测,自动驾驶汽车将在2025年前后开始一轮爆发式增长,到2035年,道路行驶车辆将有一半实现自动驾驶,届时自动驾驶整车及相关设备、应用的收入规模总计将超过五千亿美元。

? ? ? 中国自动驾驶市场快速增长。据发改委最新《智能汽车创新发展战略》,到2020年,中国标准智能汽车的技术创新、产业生态、路网设施、法规标准、产品监管和信息安全体系框架基本形成,智能汽车新车占比达到50%,中高级别智能汽车实现市场化应用。据中商产业研究院数据,2016年-2019年中国智能驾驶市场规模从490亿元增长到1226亿元,复合增速为35.8%,到2021年市场规模将进一步增长至2358亿元。

? ? ? 参照SAE际汽车工程师协会制定的自动驾驶分级标准,可以根据人类驾驶者的参与程度,将自动驾驶分为L0至L5各个等级。数值越高,代表自动驾驶的成熟度就越高;其中由2级到3级的跨度是重要的转折点,标志着自动驾驶汽车完全可以进行无人驾驶操作。ADAS(高级驾驶辅助系统)是实现自动驾驶的基础,根据美国高速公路安全管理局的定义,目前全球正处于汽车自动化程度的第2个阶段。即根据驾驶环境信息,由一个或多个驾驶辅助系统在特定工况下执行转向或加速/减速,同时驾驶员执行所有其余的各类动态驾驶任务。

? ? ? 目前大多数自动驾驶厂商能够基本实现L2级自动驾驶,并开始推出初步具备L3功能的车型。外资车企中,当前国外技术水平最高的自动驾驶汽车为谷歌的Waymo,全车搭载了多个激光雷达、毫米波雷达、摄像头以及高精度自动定位仪,整车可达到L5级别的自动驾驶。而奥迪于2018年推出的奥迪A8是全球第一款量产L3级别的自动驾驶汽车。除此之外,Uber、Toyata、Cruise等国外厂商的自动驾驶汽车也都分别搭载了不同数量和种类的各式传感器,并可实现L2级别的自动驾驶。

? ? ? 全国政协经济委员会苗圩副主任在2021中国电动汽车百人会云论坛上表示,2020年国内L2级别自动驾驶的渗透率已近15%。车企相继推出具备L3功能的自动驾驶车型。相关厂商的部分L3级别车型已经投入量产,如小鹏P7、长安UNI-T(参数丨图片)、上汽MARVEL-R,2020年亦成为国内的L3车型量产元年。除此之外,国内各厂商已经将更高级别的自动驾驶规划提上日程。

? ? ? 而在道路测试方面,据DWM公布的2019年加州自动驾驶路测相关数据,国外部分车企的测试里程数优势明显。已获得加州自动驾驶路测牌照的公司及其测试车辆在2019年度累计测试288万英里,同比增长38.46%。其中谷歌的Waymo测试里程超过145万英里,通用Cruise测试里程达到83.1万英里,二者总里程数占约80%。小马智行与百度分别测试里程达17.48万英里和10.8万英里。

? ? ? 国内自动驾驶测试里程数逐年增多,道路测试规模逐渐加大。北京是我国自动驾驶程度较为先进的城市,其道路测试里程总数处于全国领先地位,道路测试环境相对安全可控。2018年,北京市已为百度、蔚来、北汽新能源、小马智行、戴姆勒、腾讯、滴滴、奥迪共8家企业的56辆自动驾驶车辆发放了道路临时测试牌照,自动驾驶车辆道路测试里程达153565公里。而根据北京市智能车联发布的《北京市自动驾驶车辆道路测试报告(2020)》显示,截止2020年底,北京市道路测试里程突破221万公里,相比2019年末增长112.8%。

? ? ? 根据《北京市自动驾驶车辆道路测试报告(2020)》,2020年百度的累计测试里程达201.92万公里,整体优势明显;其次为小马智行的16.32万公里。同时百度的已发放牌照车辆数达57辆,在所有测试主体占比超过65%,可谓遥遥领先。其他相关车企如蔚来、腾讯等,它们的表现也都有较大进展。

? ? ? 自动驾驶为国内企业提供弯道超车的发展机会。传统汽油车领域,国外企业起步较早且在发动机、电控、变速箱等核心技术方面积累深厚,优势明显,国内企业与海外龙头企业差距巨大。自动驾驶作为新兴领域,国内外企业在传感器、算法芯片等方面差距相对较小,同时国内在5G基础设施方面还具备一定优势。近年来国家和各部委出台了相关政策推进自动驾驶进程,未来国内企业在自动驾驶方面有望逐步缩短与海外差距并实现引领发展。

传感器是自动驾驶的基石,将迎来快速增长

? ? ? 根据汽车传感器不同的作用机理和作用目的,可将传感器分为传统传感器和智能传感器。传统传感器作为汽车神经元控制汽车的各个系统,常见种类有:压力传感器、位置传感器、温度传感器等;这些传统传感器感受规定的物理量,并按一定规律将其转换成可用输入信号,把非电量转换成电量。它采集的信息由电控单元进行处理后形成执行指令,并完成电子控制。

? ? ? 智能传感器则是自动驾驶的核心。目前用于自动驾驶环境感知的传感器主要包括:毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达和车载摄像头等。摄像头是传统视觉解决方案的基础,价格较低,而且可以根据不同功能的要求安装在不同位置上。毫米波雷达是指工作在毫米波波段探测的雷达,波长1~10mm,介于微波和厘米波之间,兼具微波制导和光电制导的优点。超声波雷达是利用超声波从发射到反射接收的时间差来计算与障碍物之间的距离,常用在泊车系统中。激光雷达主要通过发射激光束来探测目标的位置、速度等特征量。据国家知识产权局,全球自动驾驶传感器专利数量占比前三的传感器为视觉传感器、毫米波雷达和激光雷达,占比依次为30%,22%以及20%。

? ? ? 多传感器信息融合是实现自动驾驶的必由之路。不同类型的传感器优劣明显,单一的传感器难以满足自动驾驶复杂的应用场景,多传感器信息融合已成为行业共识。多传感器信息融合(MSF)利用计算机技术,对多传感器或多源的信息和数据进行多层次、多空间的组合处理,最终做出判断和决策的过程。在这一过程中,不同传感器优势互补,在不同使用场景中发挥各自功能,有效地提高系统的冗余度和容错性,增强了系统决策的准确度和智能化程度。根据信息处理方式的不同,多传感器信息融合的体系结构可分为集中式、分布式和混合式。混合式综合了集中式和分布式的优点,在实际场合中应用广泛。

? ? ? 从主流车企代表车型的自动驾驶感知方案来看,都广泛采用了多种传感器融合的方案。以通用CruiseAV为例,通用目标是实现L4级别的自动驾驶,全车搭载5个Velodyne的VLP1616线激光雷达、21个毫米波雷达(其中有12个由日本ALPS提供的79GHz的毫米波雷达)以及16个摄像头。不过国内自动驾驶汽车厂商目前多采用摄像头、毫米波雷达和超声波雷达的组合配置;由于激光雷达成本较高、国内市场渗透率较低且应用场景有限,目前国内较少采用。

? ? ? 自动驾驶的加速渗透将推动传感器市场的高速增长。自动驾驶的发展为以车载摄像头、毫米波雷达和激光雷达为代表的核心零部件行业创造了巨大的发展机遇。其中,ADAS作为汽车传感器的重要应用领域,其规模扩张对传感器市场的发展有着直接的促进作用。高速扩张的自动驾驶市场带来了汽车传感器市场需求的增加,由此带来了传感器市场规模的不断扩张。据头豹研究院数据,2019年中国汽车传感器行业市场规模已接近200亿元,且随着自动驾驶的推广以及升级,传感器市场将进一步扩张,预计到2023年中国汽车传感器市场规模将突破550亿元。

车载摄像头:应用最广泛的“汽车之眼”

发展较为成熟,相较手机摄像头具有更高价值量

? ? ? 摄像头发展较为成熟,L3以下自动驾驶中发挥主导作用。车载摄像头是自动驾驶汽车采集信息、分析图像的重要途经,借此实现路标识别、行人识别、车辆识别以车道线感应等一系列功能,在自动驾驶系统中发挥重要作用。相比激光雷达而言,以摄像头为主的方案相对较为成熟,在L3以下级别自动驾驶中起着主导作用。

? ? ? 根据ADAS不同的功能需要以及安装位置,车载摄像头包括前视、环视、后视、侧视以及内置摄像头,不同位置的摄像头功能各异,是实现自动驾驶必不可少的构成部分。

? ? ? 按照摄像头数目不同,分为单目、双目及多目摄像头,短期内单目摄像头仍为主流。单双目镜头都是通过摄像头采集的图像数据获取距离信息,在前视摄像头的位置发挥重要作用;但二者的测距原理存在差别,单目视觉通过图像匹配后再根据目标大小计算距离,而双目视觉是通过对两个摄像头的两幅图像视差的计算来测距。原理上的不同使得双目摄像头相对单目来说精度更高,测度更为精准,但相比较来说成本也更高,多搭载在高端车型上。相较于单目、双目摄像头,多目摄像头通过多个不同的摄像相互配合覆盖不同范围的场景,能够更精准地识别和分析环境,相应的硬件成本和技术要求也更高,目前只被部分厂商应用于个别车型。

? ? ? 单目摄像头发展较早,目前技术发展已较为成熟,量产推广成本较低;但受限于单个摄像头定焦的局限,在不同距离下焦距切换难,难以兼顾测量的距离和范围。双目、多目摄像头在一定程度上克服了单个摄像头的局限,基于多个摄像头的配合能够获得更广的覆盖范围和更精准的数据,但多个摄像头的硬件成本和以及相应的算法要求均较高,相应得配套设施发展尚不完善,现阶段很难量产并推广。单目摄像头由于芯片算力较低,成本较低,且与毫米波雷达、超声雷达搭配已能满足L3以下需求,因此短期内单目摄像头仍然是车载摄像头的主流方案。

? ? ? 车载摄像头环境条件更为严苛,也相应具有更高的价值量。相较于传统的工业摄像头和手机摄像头,车载摄像头需要在高低温、湿热、强微光和振动等各种复杂工况条件下保持稳定的工作状态,因此车载摄像头具有更高的安全等级要求和工艺性能要求。考虑到安全因素,汽车厂商倾向于选择技术成熟、品质有保障的零部件厂商,因此车载零部件厂商进入市场体系获得评级需要更长的认证周期,行业壁垒较高。具体来看,为应对复杂多样的使用环境,车载摄像头需要具备高动态性,其温度范围一般为-40度~80度,同时需要具备较高的防磁抗震性能,此外还需满足8-10年的基本使用寿命要求。性能方面,考虑到芯片处理负担,车载摄像头的像素要求较低,一般为30万-120万像素,功率一般也在10W以下。而为了识别更大范围内的物体,车载摄像头对探测角度和范围有更高的要求,环视和后视一般采用135度以上的广角镜头,前视摄像头镜头范围为40-70度。因此,车载摄像头具有较高的技术壁垒,相应的价值量也更高。

行业迎高速扩张,未来五年市场规模达270亿美元

? ? ? 车载摄像头覆盖率较低,市场潜力巨大。要完全实现自动驾驶,汽车必须配置五类摄像头,单车摄像头配置数量至少为6个。据Yole数据,全球平均每辆汽车搭载摄像头数量将由2018年的1.7颗增加至2023年的3颗,且随着自动驾驶的升级,这一数量将进一步增加。随着车载摄像头技术的成熟,车载摄像头的价格也持续走低,据ICVTank数据,2020年车载摄像头价格预计为145元,未来这一价格有望进一步下降,并将进一步推动车载摄像头覆盖率和单车配置数量提升。

? ? ? 单车配置数量增加,车载摄像头需求持续增长。车载摄像头单车配置数量的增加有力助推了车载摄像头的市场需求。据中商产业研究院数据,全球车载摄像头出货量由2016年的0.7亿颗增长到2019年的1.2亿颗,预计2021年全球车载摄像头出货量为1.4亿颗。我们预计中国车载摄像头出货量2021年将超过5000万颗,到2025年将增长至约1.9亿颗,市场发展潜力巨大。

? ? ? 车载摄像头行业规模持续扩张,市场发展空间广阔。随着自动驾驶的发展和普及,车载摄像头市场有望实现高速扩张。根据ICVTank数据,自2015年后,全球和中国车载摄像头行业均实现了较大幅度增长,且未来这一增长态势将进一步持续。预计到2025年,全球车载摄像头行业规模将达270亿美元,中国车载摄像头行业市场规模将达230亿元。未来,随着自动驾驶的普及以及技术的成熟,车载摄像头行业将迎来高速扩张的时代。

国外龙头优势显著,国内企业加速崛起

? ? ? 车载摄像头的产业链包括核心元件、模组封装与系统集成、软件算法与解决方案。核心元件主要包括镜头组、CMOS图像传感器、光学镜头、滤光片、音速马达以及数字信号处理芯片(DSP)等。模组及系统集成是将各元件集成为摄像头硬件。在整个车载摄像头硬件中,CMOS图像传感器为核心组件,成本占比达50%,模组封装、光学镜头成本占比分别为25%、14%。

? ? ? 车载摄像头的软件主要依赖其内部芯片以及基于芯片的视觉系统自动驾驶算法。车载摄像头的算法主要依靠计算机视觉(ComputerVision)与深度学习。计算机视觉的具体步骤包括图像输入、预处理、特征提取、特征分类、匹配以及完成识别。深度学习模拟人类思考的神经网络,极大地简化了感知过程,可实现输入图片-输出结果的跨越。考虑到深度学习在事后反查原因方面的局限,在深度学习中还要加入理性决策部分,并且分区块设计。受限于车端平台的缺乏,深度学习尚未产品化,但随着算法模型以及算法种类的进一步开发,在可预期的未来,深度学习有望进一步普及推广。

? ? ? 车载摄像头镜头组市场,国内的舜宇光学领先优势明显。舜宇光学的车载摄像头镜头出货量为全球第一,根据前瞻产业研究院整理数据显示,2019年舜宇光学的市场占有率达到34%,其后的厂商以依次为韩国的Sekonix、kantatsu和日本的fujifilm,行业前四大公司市场占有率CR4达到78%。舜宇光学作为全球领先的国内镜头厂商,于2004年进入车载镜头领域,在2012年时其出货量已稳居全球第一位,成为行业领导者。目前,舜宇的车载系列产品包括前视、后视、环视、侧视和内视镜头等,在车载镜头领域提出了良好的产品解决方案,其主要客户涵盖奔驰、宝马、奥迪、丰田等众多欧美、日韩及国内汽车厂商。此外,联创电子作为国内光学镜头的龙头企业之一,于2015年进入车载镜头领域并实现了突破性发展。目前,公司有2颗镜头通过MobileyeEyeQ4认证,8颗镜头通过MobileyeEyeQ5认证,产品获得法雷奥、麦格纳、安波福等核心Tier厂商认可,并为奔驰、宝马、特斯拉等知名车企提供相关产品。

? ? ? 车载CMOS传感器领域,韦尔股份是全球市占率第二的龙头企业。安森美深耕汽车电子领域,在全球车用CIS领域市占率超过60%居于全球首位,具有较大竞争优势。豪威科技和索尼位居全球二、三位,市占率依次为20%,8%。近年来,豪威科技在CIS领域不断实现技术突破,市场竞争力不断提升。豪威科技和索尼将手机CIS与汽车CIS相结合,掌握了大小像素曝光技术;此外,豪威科技还多次推出高像素产品OX08A、OX08B,实现车用CIS领域高像素的突破。2019年韦尔股份完成对豪威的收购,借助豪威在技术和市场占有率方面的优势,未来韦尔股份有望实现进一步的市场扩张和发展。

? ? ? 国内企业多点开花,车载CMOS传感器国产替代趋势明显。除了韦尔股份之外,比亚迪半导体经过多年发展实现了车规级CIS的突破,推出了国内首款130万像素车规级图像传感器并于2018年实现批量装车。思特威于2020年收购深圳安芯微电子有限公司(Allchip),积极扩展汽车领域产品线。安芯微拥有多款自主研发的SOC系列图像传感器产品,在车用CIS领域具有较强竞争力,未来,思特威有望在车用CIS领域实现突破性发展。格科微积极布局汽车CIS领域,产品已经应用于行车记录仪、车内摄像头、360度环视、倒车后视和驾驶员疲劳检测等终端应用,与联咏、晨星半导体、杰理JL、富瀚、凌阳等主流品牌商有合作关系。

? ? ? 车载摄像头模组领域集中度较高,海外企业占据着主要市场份额,国内欧菲光、丘钛科技积极布局,未来有望凭借成本优势占据更大份额。据中国产业信息网公开数据,全球车载模组封装厂商中,松下、法雷奥、富士通和大陆分占20%、11%、10%和9%,行业聚集程度较高。据盖世汽车研究院,2020年,我国车载摄像头模组出货量达4400万个,CAGR为20.6%,未来增长潜力巨大。国内企业加速发展,未来有望凭借成本优势在模组封装端占据更大份额。欧菲光是摄像头模组的龙头企业,基于手机摄像头模组领域的成本和技术优势,积极布局车载摄像头模组领域,着力研发高像素高清环视摄像头,前视ADAS摄像头等产品。2018年,欧菲光收购了富士集团天津工厂和车载镜头相关专利共300余项,进一步完善了其在车载摄像头产业链布局。目前,欧菲光已取得上汽、北汽、广汽等20余家优质车厂的供应商资质,并积极谋求国外车企的供应商资质认证。丘钛科技作为国内领先的模组供应商,2019年以来着力加大在车载摄像头模组领域的投资开发力度,着力打造车内视觉应用方案。

? ? ? 车载摄像头软件算法领域Mobileye遥遥领先,国内企业逐渐起步。在车载摄像头领域,Mobileye的算法发展成熟,市占率达70%以上,目前已为Volvo、奥迪、宝马、日产等众多国内外车厂提供支持。目前,我国车载摄像头算法企业尚处于起步阶段,中科慧眼采用“FPGA+ARM”芯片基于双目摄像头搭载了中科慧眼MPV算法,未来,公司拟将持续深耕双目探索算法领域,逐步缩小与头部企业的差距。

? ? ? 系统集成方面,传统Tier1供应商占据主导,国内德赛西威、华域汽车等企业产品已在国内品牌汽车中得到使用。法雷奥、大陆、海拉、松下、索尼在摄像头前装市场占据主导地位。国内企业近年来加速布局。德赛西威作为国内最早布局车载摄像头的企业之一,实现了高清车载摄像头和环视系统的量产,目前已为吉利、广汽和奇瑞等国内品牌提供车载摄像头等相关配套产品;此外公司还开发出一系列如自动泊车系统以及夜视系统等摄像头相关的驾驶辅助系统,在吉利星越、奇瑞捷途等车型中得到了应用。华域汽车作为国内最大的汽车零部件企业之一,积极布局车载摄像头领域,通过视觉传感系统以及外部信息实现了自适应巡航控制(ACC)、前向碰撞报警(FCW)、盲点探测(BSD)等多项自动驾驶功能,公司还布局了诸如自动泊车系统、360度汽车行驶环境扫描系统的高级驾驶辅助系统,可以满足L3及以下的自动驾驶需求。华阳集团自成立以来一直专注于汽车电子领域,经过多年发展,已发展成为中国大型汽车电装企业之一,拥有丰富的产品线,公司积极布局车载摄像头领域,引进高清摄像头自动生产线,相继推出了360环视系统和“煜眼”技术,并开始应用于自动驾驶汽车,其中搭载“煜眼”系统的摄像头产品于2020年在新宝骏E300上迎来量产。

? ? ? 车载摄像头发展较为成熟,是应用最广泛的“汽车之眼”。我们认为车载摄像头不仅是目前自动驾驶的核心传感器,也将在未来高等级自动驾驶中发挥主导作用。随着自动驾驶等级提高,单车摄像头数量将持续提升,由L2的1-2个提升到L3的3-6颗,未来高等级自动驾驶有望达到10颗以上,相应带动车载摄像头市场高速增长,未来五年全球CAGR约为16%,中国CAGR约为32%。


毫米波雷达:全天候待命的自动驾驶传感器

毫米波雷达全天候待命,77GHz是未来方向

? ? ? 毫米波雷达是ADAS核心的传感器之一。毫米波雷达通过天线向外发射波长1-10nm,频率在30GHZ-300GHZ之间的毫米波,接收反射信号并处理后快速准确地获取汽车车身周围的物理环境信息,然后根据所探知的物体信息进行智能处理和决策。它首先运用于军事领域,随后进入汽车领域。

? ? ? 毫米波雷达的优势主要有以下几方面:(1)毫米波具有穿透烟、灰尘和雾的能力,可全天候工作。相比于激光雷达等其他传感器来说,毫米波的特性让毫米波雷达的应用环境更为广泛,能实现全天候待命。(2)毫米波雷达天线孔径小、空间辨识率高、易携带且方向性好。(3)毫米波雷达波束窄、抗电子干扰性好。(4)价格成本低廉,目前价格在千元级别,相比其他传感器如万元级别的激光雷达,成本较低。

? ? ? FMCW是主流调制方式。根据持续时间的长短,毫米雷达波可分为脉冲波和连续波,后者又可细分为FSK(频移键控)、PSK(相移键控)、CW(恒频连续波)、FMCW(调频连续波)等方式。目前,FMCW成为毫米波雷达主流调制方式,被德尔福、电装、博世、大陆等主流供应商采用。FMCW调频连续波具有能同时测出多个目标的距离和速度信息,可对目标连续跟踪,系统敏感性高,错误报警率低,不易受外界电磁噪声的干扰,测量距离远分辨率高,所需发射功率低,成本较低,信号处理难易程度及实时性可达到系统要求等优点。根据毫米波雷达的有效范围和频段,可将车载毫米波雷达分为长距离雷达(LRR)和中距离雷达(MRR)以及短距离雷达(SRR)。而各个国家目前对车载毫米波雷达分配的频段主要集中在24GHz和77-79GHz之中,分别属于SRR/MRR和LRR的范围。

? ? ? 77GHz是未来发展趋势。市场上的毫米波雷达主要包括24GHz和77-79GHz两类。24GHz主要用于汽车盲点监测、变道辅助等中短距测量功能,后者则属于长距毫米波雷达,主要用于自动驾驶、前向碰撞预警等长距离测量功能,而目前中国、日本等地区尚不允许79GHz频段的使用,所以77GHz是主要的长距毫米波雷达。相较于24GHz雷达,77GHz体积更小,穿透力更强,探视距离可达150-250米,探测精度为24GHz雷达的3-5倍,可接受的车速上限达250km/h,在识别精度、测量距离以及环境适应度等方面均具有明显优势。因此,77GHz的技术要求和生产成本也更高,具有较高的技术壁垒,当前市场上的主流产品为24GHz雷达。未来,随着技术的成熟以及成本的下降,77GHz雷达将逐渐取代24GHz雷达成为未来毫米波雷达市场的主流发展趋势。

产品加速升级,市场空间潜力大

? ? ? 随着ADAS系统的逐渐升级,对毫米波雷达的要求会更高。毫米波雷达的技术总的趋势是朝着成本更低、体积更小、功耗更低、集成度更高的方向发展。在雷达芯片技术上,高集成化的单片微波集成电路(MMIC)成为了主流;而在芯片工艺上,朝着利用CMOS工艺,将MMIC做得更小的方向发展。

为实现汽车周围环境的全方位感测覆盖,一辆汽车需要多个毫米波雷达。比如L3级别的自动驾驶,至少需要5颗毫米波雷达(1长、4短);随着自动驾驶等级的增加,毫米波的数量也是不断增加,到了L5级高级自动驾驶阶段毫米波雷达将增加到10颗以上。“短程+中程+长程”毫米波雷达三者结合一起共同完成自适应巡航(ACC)、自动紧急制动(AEB)、前方/后方碰撞预警(FCW/RCW)、变道辅助(LCA)、盲点检测(BSD)、倒车辅助(BPA)、泊车辅助(PA)等多种ADAS功能。

? ? ? 自动驾驶带动下车载毫米波雷达市场空间广阔。随着智能化时代自动驾驶汽车的普及,自动驾驶相关配件将迎来重要增长时刻。根据DIGITIMESResearch数据可知,2017年以来全球毫米波雷达市场规模超过20亿美元且保持高速增长态势,预计到2022年,全球毫米波雷达市场规模将达到160亿美元。其中,短中距毫米波雷达将由2017年的11.85亿美元增长至2022年的84亿美元,同期长距毫米波雷达将实现由16.16亿美元至75.6亿美元的飞跃式发展。根据Yole数据,2020年中国的毫米波雷达市场从2015年的19亿元增长到2020年的72亿元,增速保持在30%以上。根据OFweek预测,到2025年,中国的毫米波雷达市场规模将超过300亿元。

竞争格局:海外主导,国产替代空间广阔

? ? ? 从全球市场来看,目前海外企业占据的市场份额仍然较大,行业集中度较高。全球毫米波雷达市场中,前五大市场主体分别为:博世、大陆集团、海拉、富士通、电装,合占2018年全球市场份额的68%,其中博世、大陆集团、海拉、电装均为传统Tier1供应商,富士通是全球领先的信息通信技术企业,在毫米波雷达领域也具有较强实力。

? ? ? 海外企业在毫米波雷达上的布局并不相同。观察不同公司的主要产品参数,博世的主要毫米波雷达产品集中于76-77GHz,主攻中远距离探测,LLR产品最大探测距离可达250米。大陆集团的77GHz和24GHz的产品领先,主攻77GHz产品,第五代LRR的远程最大探测距离可达300米。德尔福公司也是垄断77GHz技术的国际公司之一;而海拉以24GHz频率的毫米波雷达为主,短距毫米波雷达技术领先。

? ? ? 国内企业加速追赶,24GHz取得突破,77GHz处于起步阶段。面对外资企业接近垄断的市场,近年来内资企业加大毫米波雷达研发力度,寻找市场突破口,加速追赶外资脚步。在研发大力投入的作用下,国内部分企业取得了一定的研发成果,市场化产品即将问世;不过由于技术和资源的限制,主流方向仍然集中在24GHz雷达方面。在77GHz毫米波雷达方面,核心技术仍被外资零部件制造商所掌控,国内仍处于初级阶段,只有极少数企业能做到77GHz雷达的样机产品。

? ? ? 在毫米波雷达的上游硬件方面,主要包括天线PCB板、前端收发射频组件(MMIC芯片)、数字信号处理及控制电路,其中天线PCB板与MMIC芯片是核心组件。

? ? ? 天线PCB板作为毫米波雷达的核心部件,国产替代取得较大突破。当前毫米波雷达天线的主流方案为微带阵列,高频天线PCB板要求在较小的集成空间保持较高的信号强度,因此行业技术壁垒较高,毫米波雷达成本占比约为10%。德国Schweizer全球市场占比达30%,居于行业领先地位。近年来,国内天线PCB板企业取得较大突破,主要生产厂商包括沪电股份、深南电路、景旺电子、生益电子等,其中沪电股份是大陆、博世的PCB板供应商,深南电路也已具备车载高频PCB板供应能力,生益电子的毫米波雷达用PCB板已经具备量产能力,潜在客户包括博世、大陆等,预计2021~2023年可实现量产出货。

? ? ? 前端收发射频组件主要采用MMIC芯片技术,目前主要由海外巨头垄断。目前射频组件的主流方案是单片微波集成电路(MMIC),毫米波雷达成本占比约为25%。MMIC芯片具有损耗低、噪声低、频带宽、功率大、抗辐射能力强等优点,可极大简化毫米波雷达结构,降低了毫米波雷达生产成本,利于推动毫米波雷达的广泛使用。目前国际MMIC市场主要由智浦(NXP)、英飞凌、德州仪器(TI)等国外企业垄断,国内芯片设计企业积极布局毫米波雷达领域,力求缩小与行业领先企业的差距,以意行半导体、加特兰微电子为代表的国内企业已完成MMIC芯片的研发,逐步进入产业化阶段。

? ? ? 我们认为毫米波雷是自动驾驶的核心传感器之一,具有全天候工作的优点,将在自动驾驶中发挥重要作用。市场规模方面,预计到2022年全球毫米波雷达市场规模将达到160亿美元,随着技术的成熟以及成本的下降,77GHz雷达将逐渐取代24GHz雷达成为未来毫米波雷达市场的主流。目前博世、大陆等海外企业占据的毫米波雷达主要市场份额,国内企业近年来加速布局,已经24GHz产品方面取得突破,77GHz产品处于研发过程中。

超声波雷达:自动驾驶的重要辅助传感器

成本优势明显,主要用于自动泊车系统

? ? ? 超声波雷达是自动驾驶领域的重要辅助传感器,不同频率的超声波雷达灵敏度和探测角度均不同,当前主流超声波雷达包括40kHz、48kHz以及58kHz三种;根据技术方案的不同,超声波雷达可分为模拟式、四线式数位、二线式数位、以及三线式主动数位,随着信号抗干扰能力的逐渐提升,相应的技术难度与价格也逐渐增加;根据水平和垂直探测角度是否相同,超声波雷达还可分为等方性和异方性两种。

? ? ? 主要用于倒车雷达与自动泊车系统。目前市面上的超声波雷达有两种,分别是用于测量汽车前后障碍物的超声波驻车辅助(UPA)超声波传感器以及用于测量侧面障碍物距离的自动泊车辅助(APA)超声波传感器。倒车雷达系统配备有4个UPA超声波传感器,在此基础上自动泊车系统增加了4个UPA超声波传感器以及4个APA超声波传感器,构成前侧后4+4+4的超声波雷达布局。

? ? ? 价格低廉是最大优势。超声波雷达利用超声波发射装置发出超声波以及接收器收到超声波的时间差来测算障碍物的距离,测距方法较为简单,相应的测距范围也较为有限,无法精准定位障碍物的位置。但相较于毫米波雷达和激光雷达,超声波雷达价格优势显著,整体成本较低,单个超声波雷达售价约10-100元。低技术门槛和低成本为超声波雷达的推广和普及创造了良好的基础条件。

? ? ? 行业规模将保持稳健增长。自动驾驶的普及以及超声波雷达在倒车雷达以及自动泊车系统装载率的提高推动了车载超声波雷达市场的发展。据P&SIntelligence数据,2019年全球车载超声波雷达市场规模超30亿美元,市场增速平稳,预计2020-2030年全球车载超声波雷达市场规模CAGR为5.1%,到2030年,全球市场规模将达61亿美元。据头豹汽车研究院,2014年以来,中国超声波雷达市场规模持续扩张,预计到2023年,中国超声波雷达市场规模将超60亿元。随着自动泊车市场需求的增加以及车型的更新换代,汽车搭载超声波雷达日益提高,据AI车库数据,当前国内在售车型的倒车雷达功能渗透率已接近100%,自动泊车系统渗透率在2019年达到了22%,预计在2025年将达到50%。

国外企业占据主要市场,国内企业已具备成熟技术

? ? ? 博世、法雷奥等海外企业占据超声波雷达主要市场。据恒州博智数据,2018年,全球超声波雷达市场份额占比前两位依次为法雷奥和博世,两者市占率之和超过50%。法雷奥拥有丰富的超声波雷达量产经验,其推出的最新一代自动泊车系统Park4U,有平行与转角两种模式,可在狭小空间内完成自动泊车过程,目前可为路虎、起亚、大众、途安等众多车企提供相关产品和服务。博世有超声波雷达、倒车雷达、半自动泊车、全自动泊车等一系列产品线,其推出的第六代超声波雷达将数字信号处理与信号编码结合,在识别范围和识别速度方面均取得了较大进展,可以识别第五代产品无法识别的低矮物体。通过超声波雷达与车载摄像头以及毫米波雷达的配合,力求实现功能更加完备的L2级自动驾驶系统。

? ? ? 国内企业技术已具备成熟技术,主要壁垒在车企认证。相较于毫米波雷达和激光雷达,国内外厂商超声波雷达技术差距较小,国内一系列企业自主生产的超声波雷达足以满足自动泊车和倒车等功能。但目前ADAS零部件供应领域包括超声波雷达领域主要被国外巨头垄断,主流车企为保证汽车研发的顺利进行均有固定的供应厂商,我国自主企业获得车企认证难度较大,可进入的市场空间较小。另一方面,部分自主厂商在核心技术上竞争力较弱,产品附加值较低,难以提供完整的自动驾驶辅助方案,因此往往局限于二级供应梯队,利润空间有限。开云是国内领先的超声波雷达制造企业,产品广泛应用于汽车电子、智能仪表等领域,其中,车载UPA超声波传感器是其主营产品之一。2017年,开云超声波传感器中国汽车市场占有率将近30%,全球汽车倒车雷达传感器市占率约为9.59%。

? ? ? 我们认为超声波雷达是自动驾驶的重要辅助传感器。2019年全球车载超声波雷达市场规模超30亿美元,到2030年将增长至61亿美元,CAGR为5.1%。国内企业如开云已具备成熟技术,主要壁垒在车企认证。


文章来源:https://www.163.com/dy/article/HPLLB26F0527UP9U.html

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