【灼识咨询新能源汽车专题四】环境感知—实现自动驾驶的关键
随着自动驾驶硬件和软件技术配套的不断进步，自动驾驶在未来将逐步成为现实。目前已研发量产的驾驶辅助系统（ADAS）也有助于用户更加安全、舒适地抵达目的地。其中，环境感知系统作为自动驾驶感知层的核心基础硬件，其包括车载摄像头和车载雷达在内的两大类核心技术的发展变革将成为实现高层级自动驾驶的关键。自动驾驶汽车环境感知传感器行业未来发展趋势主要包括产品技术革新、多传感器融合解决方案以及车辆传感器互联。
自动驾驶汽车商业化进程加速，环境感知传感器技术不断发展
自动驾驶汽车环境感知传感器作为汽车自动驾驶感知层的核心基础硬件，主要为自动驾驶汽车提供决策和执行的信息源。其功能是在车辆行驶的过程中感应周围环境、收集数据，并进行静态和动态物体的辨识、监测和追踪。此类传感器的综合使用加之系统的运算与分析，有助于驾驶员预先察觉到可能发生的危险，有效提升驾驶的安全性。
随着汽车自动驾驶领域的不断发展，为了实现更高层级的自动驾驶功能，利用雷达和摄像头等环境感知技术提高汽车的主动安全性能已经成为当今汽车自动驾驶领域努力的重要方向之一。目前，世界各家自动驾驶技术研发公司与传统整车厂都在持续发力，推动自动驾驶汽车商业化进程的加速实现，这也进一步促进了全球范围内自动驾驶汽车环境感知传感器行业的快速发展。
产品分类及对比：车载摄像头与车载雷达互为补充，增强环境感知能力
自动驾驶汽车环境感知传感器主要包括两大类：车载摄像头和车载雷达。根据摄像头数量分类，车载摄像头解决方案主要包括：单目、双目以及多目；基于不同的技术，车载雷达主要被分为：超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达三大类。
其中，超声波雷达在汽车领域应用的时间最久，其在泊车辅助方面的应用已经十分成熟，在汽车市场内被广泛接受；其主要的工作原理是利用超声波发生器产生的超声波，再由接收探头接收经过障碍物反射回来的超声波，根据接收时间差计算与障碍物之间的距离。
毫米波雷达则是指处于毫米波波段的雷达，也就是电磁波，其频率范围在30GHz-300GHz之间，波长从1cm到1mm；目前常用于车载领域的毫米波雷达频段包括以下三种：较低频率24GHz，一般安装于车辆后保险杠内或侧向，被大量应用于盲区检测（BSD）和换道辅助（LCA）；较高频率77GHz，一般装配于车辆前保险杠上，主要用于探测与前车车距以及前车速度，有助于实现紧急制动、自动跟车等主动安全功能；以及具备超高分辨率、尚处于研发阶段的高频率79GHz-81GHz。
按照有无机械旋转部件，激光雷达可被分为机械和固态两类：机械激光雷达因带有控制激光发射角度的旋转部件，体积较大、价格较高、测量精度也较高；而固态激光雷达主要依靠电子部件而非机械旋转部件控制激光发射角度，因而尺寸较小。
根据自动驾驶汽车环境感知传感器不同的产品特性，包括检测距离/范围、抗干扰能力、信息量大小、体积大小、成本高低等等，各类自动驾驶汽车环境感知传感器的优劣势对比分析如下表所示：
行业总体布局与竞争：高市场集中度下国际巨头领军，国内企业布局追赶
全球车载摄像头市场集中度较高，国外玩家如松下、法雷奥、富士通、大陆、麦格纳均为全球领先的一级零部件供应商；截至2018年，以上五大玩家占据的市场份额近60%，其下游客户也基本覆盖了全球主要的整车厂。除传统的车载摄像头制造公司以外，国内许多汽车零部件公司也逐步布局车载摄像头领域，其中上市公司包括：德赛西威、华域汽车、保隆科技等。
出于量产成本的考虑，目前世界范围内主流的量产自动驾驶车载摄像头方案以单目为主，在部分车型上配备双目摄像头。在车载摄像头视觉识别系统产品领域，Mobileye的市场份额超过70%。在国内自动驾驶车载摄像头方案市场中，乘用车市场仍以Mobileye、博世等国际供应商为主；而国内公司产品则主要以单目方案在商用车市场的应用为主。
全球车载毫米波雷达市场集中度较高，截至2018年，全球前五大玩家占据的市场份额高达 68%，整体市场主要被以博世为首的外资汽车零部件巨头垄断；此外，TRW、德尔福、奥托立夫、法雷奥等公司也是重要的毫米波雷达供应商。与之类似，目前中国车载毫米波雷达市场仍处于外资寡头垄断的情况：国内24GHz车载毫米波雷达市场头部玩家主要包括：法雷奥、海拉和博世，合计出货量占比超过60%；而国内77GHz车载毫米波雷达头部玩家主要包括：大陆集团、博世和德尔福，合计出货量占比超过80%。综合来看，中国市场当前仍在外资寡头的垄断之下。
在国际车载激光雷达市场中，德国公司Velodyne和美国公司Quanergy是行业内的头部玩家。由于激光雷达价格高昂，部分激光雷达价格甚至高于整车造价，全球范围内的车载激光雷达制造商均致力于降低车载激光雷达成本的研发，以期实现大规模的量产民用。随着未来固态激光雷达技术的不断发展、成本相应降低，激光雷达的批量装车也将逐步实现。
国内车载激光雷达制造企业如速腾聚、禾赛科技、北醒光子、北科天绘等在机械旋转式激光雷达与固态激光雷达均有所涉入。目前我国车载激光雷达市场玩家主要为初创公司，部分整车厂也通过投资的方式在此市场进行布局。我国车载激光雷达硬件提供商与国外企业在技术方面差距相对较小，甚至在精度和价格上与国外同档次产品相比拥有优势，这一点也为国内车载激光雷达制造企业追赶和超越国外的龙头企业提供了可能。
未来发展趋势：产品升级、多传感器融合与车辆传感器互联
A. 车载毫米波雷达中，高频段77GHz及以上产品将成为主流
由于77GHz及以上的车载毫米波雷达体积较小，该类产品更容易实现单芯片的集成、能够实现更高水平的识别精度、更高的信噪比以及更强的穿透能力等。同时随着车载毫米波雷达市场规模的扩大和生产技术的进步，77GHz及以上的车载毫米波雷达的制造成本也将进一步下降，因此在未来将会成为车载毫米波雷达的主流产品。
B. 车载激光雷达中，固态激光雷达产品将成为主要发展趋势
目前无人驾驶领域的车载激光雷达产品以机械式为主，而机械激光雷达的结构设计直接导致其在如下方面的不足：光路的调试和装配过程复杂、生产周期长、成本高；机械旋转部件在行车环境下的可靠性不足，难以符合车规的严苛要求。因此，在未来随着自动驾驶汽车渗透率的不断提高，车载激光雷达产品将趋向于固态化、小型化、低成本化，减少产品活动部件、提升可靠性以满足车规要求。
A. 自动驾驶多传感器融合解决方案
由于车辆行驶的道路环境复杂、多变，尤其是在高级别自动驾驶阶段，车辆进入非高速公路路段，需要面对愈加复杂、充满突发状况的路况环境，导致感知层的信息获取无法仅仅依赖单一的传感器完成。一般而言，高级别的自动驾驶汽车中，需要依靠雷达、视觉、定位等传感器的共同融合，才能以图像、点云等形式输入收集到的环境数据，并通过算法的提取、处理和融合，进一步形成完整的汽车周边驾驶态势图，为驾驶行为决策提供有效的依据。
B. 自动驾驶传感器实现车辆互联
目前，大多数量产车辆内的汽车环境感知传感器都是独立工作的，这就意味着它们彼此之间几乎不交换信息。在未来，随着5G、车联网和大数据等技术的发展，车辆之间的自动驾驶传感器将有望实现互联互通，在尚未进入环境感知范围内即可通过车联网提前传输相关的车辆信息，有助于驾驶过程的提前预知预判，推动真正“自动驾驶时代”的到来。