超聲波雷達(dá)在汽車中的應(yīng)用 ADAS系統(tǒng)主要視覺(jué)傳感器解析

先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistant System），簡(jiǎn)稱ADAS，是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器， 在第一時(shí)間收集車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)， 進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)物體的辨識(shí)、偵測(cè)與追蹤等技術(shù)上的處理， 從而能夠讓駕駛者在最快的時(shí)間察覺(jué)可能發(fā)生的危險(xiǎn)， 以引起注意和提高安全性的主動(dòng)安全技術(shù)。

汽車傳感器裝備的目的不同，可以分為提升單車信息化水平的傳統(tǒng)微機(jī)電傳感器（MEMS）和為無(wú)人駕駛提供支持的智能傳感器兩大類。MEMS 在汽車各系統(tǒng)控制過(guò)程中進(jìn)行信息的反饋，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，是汽車的“神經(jīng)元”。而智能傳感器則直接向外界收集信息，是無(wú)人駕駛車輛的“眼睛”。

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汽車智能化的根基——傳感器

傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的信息來(lái)源，是車輛電子控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)關(guān)鍵部件。傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成，其中敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件是將上述非電量轉(zhuǎn)換成電參量，轉(zhuǎn)換電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換成便于處理、顯示、記錄和控制的部分。從目前汽車傳感器裝備的目的不同，可以分為提升單車信息化水平的傳統(tǒng)微機(jī)電傳感器和為無(wú)人駕駛提供支持的智能傳感器兩大類。

▲汽車傳感器的構(gòu)成

傳統(tǒng)傳感器：各個(gè)系統(tǒng)控制過(guò)程依靠傳感器，進(jìn)行信息的反饋，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制工作，是汽車的“神經(jīng)元”。汽車傳統(tǒng)傳感器依照功能可以分為壓力傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和液位傳感器等 8 類。汽車傳感器主要應(yīng)用于動(dòng)力總成系統(tǒng)，車身控制系統(tǒng)以及底盤系統(tǒng)中。汽車傳感器在這些系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著信息的采集和傳輸功用，它采集的信息由電控單元進(jìn)行處理后，形成向執(zhí)行器發(fā)出的指令，完成電子控制。

▲傳統(tǒng)傳感器分類

智能傳感器：智能傳感器是無(wú)人駕駛車輛的“眼睛”。汽車正在向一臺(tái)安全聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)駕駛機(jī)器人快速演進(jìn)，進(jìn)行環(huán)境感知、規(guī)劃決策，最終實(shí)現(xiàn)安全抵達(dá)目的地。目前應(yīng)用于環(huán)境感知的主流傳感器產(chǎn)品主要包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和攝像頭等四類。

▲智能傳感器分類

02

MEMS 傳感器：汽車微感官

MEMS 傳感器是在半導(dǎo)體制造技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器。MEMS 傳感器廣泛應(yīng)用于電子車身穩(wěn)定程序(ESP)、防抱死(ABS)、電控懸掛(ECS)、胎壓監(jiān)控(TPMS) 等系統(tǒng)。其中，壓力傳感器、加速計(jì)、陀螺儀與流量傳感器是汽車中使用最多的 MEMS 傳感器，占汽車 MEMS 系統(tǒng)的 99%。

▲MEMS 應(yīng)用廣泛

▲MEMS 傳感器價(jià)值較為集中

MEMS 具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)感知層傳感器的主要選擇之一，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：1）微型化、2）硅基加工工藝、3）批量生產(chǎn)、4）集成化。

1）微型化：MEMS 器件體積小，單個(gè)尺寸以毫米甚至微米作為計(jì)量單位，重量輕，耗能低。MEMS 更高的表面體積比（表面積比體積）可以提高表面?zhèn)鞲衅鞯拿舾谐潭取?/p>

2）批量生產(chǎn)：以單個(gè) 5mm5mm 尺寸的 MEMS 傳感器為例，用硅微加工工藝在一片 8英寸的硅片晶元上可同時(shí)切割出大約 1000 個(gè) MEMS 芯片，批量生產(chǎn)可大大降低單個(gè)MEMS 的生產(chǎn)成本?。

3）集成化：一般來(lái)說(shuō)，單顆 MEMS 往往在封裝機(jī)械傳感器的同時(shí)，還會(huì)集成 ASIC芯片，控制 MEMS 芯片以及轉(zhuǎn)換模擬量為數(shù)字量輸出。

▲MEMS 與 ASIC 芯片集成化封裝

▲MEMS 可批量生產(chǎn)降低制造成本

國(guó)外大廠壟斷 MEMS 傳感器市場(chǎng)，市場(chǎng)集中度較高。根據(jù) HIS Automotive 統(tǒng)計(jì),2017年全球 MEMS 前三大供應(yīng)商（博世、森薩塔、恩智浦）占據(jù)了 57%的市場(chǎng)份額，其中博世占據(jù)鰲頭，2017 年市占率達(dá)到 33.62%，森薩塔市占率達(dá)到 12.34%，恩智浦市占率達(dá)到 11.91%。電裝（8.94%）、亞德諾（8.51%）、松下（7.45%）、英飛凌（7.23%）等廠商也占有一定份額。

國(guó)外大廠產(chǎn)品線廣、技術(shù)領(lǐng)先、客戶眾多、形成較高的進(jìn)入門檻。MEMS 傳感器的研發(fā)難度及其制造工藝的復(fù)雜性是形成行業(yè)壁壘的主要原因。Invensense、英飛凌等國(guó)外廠商擁有 2 到 3 條產(chǎn)品線，博世、電裝、意法半導(dǎo)體等 MEMS 產(chǎn)品線超過(guò) 4 條。相比之下，小供應(yīng)商很難在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)制造，因此排名靠前的大供應(yīng)商市場(chǎng)份額相對(duì)穩(wěn)定，市場(chǎng)集中度較高。

MEMS 傳感器裝配量和價(jià)值量與其裝配車型價(jià)位成正比。目前平均每輛汽車包含 24個(gè) MEMS 傳感器，而在高檔汽車中，大約會(huì)采用 25-40 個(gè) MEMS 傳感器。例如 BMW高端車型僅發(fā)動(dòng)機(jī)就可以用到 20-40 個(gè)傳感器，而入門級(jí)車型僅 5 個(gè)左右。常用 MEMS傳感器后裝單車價(jià)值在 2000-20000 元不等；合資車通常不低于 4000 元，而自主品牌僅 2000 元左右，高端車型約為 10000-20000 元。?預(yù)計(jì)到 2019 年 MEMS 傳感器市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)到 420.13 億元；隨著智能化和電動(dòng)化的提升，2020 年和 2021 年市場(chǎng)規(guī)?？煞謩e達(dá)到 446.21 億元，472.27 億元，2015-2021 年復(fù)合增速為 6.5%。

03

智能傳感器：自動(dòng)駕駛核心

1.毫米波雷達(dá):ADAS 系統(tǒng)核心傳感器

毫米波雷達(dá)是指利用波長(zhǎng) 1-10nm,頻率 30GHZ-300GHZ 的毫米波，通過(guò)測(cè)量回波的時(shí)間差算出距離。毫米波雷達(dá)始用于軍事領(lǐng)域，隨著技術(shù)水平的提升，開(kāi)始逐漸應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。

毫米波雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)主要為以下 3 個(gè)方面：

1）探測(cè)性能穩(wěn)定、作用距離較長(zhǎng)、環(huán)境適用性好。

2）與超聲波雷達(dá)相比，體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。

3）與光學(xué)傳感器相比，毫米波雷達(dá)穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候全天時(shí)的特點(diǎn)。但也存在著成本較高，對(duì)行人的識(shí)別較為困難等不足之處。

▲毫米波雷達(dá)優(yōu)劣勢(shì)

77 GHz 在性能和體積上都更具優(yōu)勢(shì)。目前車載雷達(dá)的頻率主要分為 24GHZ 頻段和77GHZ 頻段。與 24GHz 毫米波雷達(dá)相比，77GHz 的距離分辨率更高，體積更是小了三分之一。2018 年，中國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程（C-NCAP）將自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEBS）納入評(píng)分體系，從而將帶動(dòng) 77GHz 毫米波雷達(dá)在未來(lái)的市場(chǎng)需求。而從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，77GHz毫米波雷達(dá)的體積更小、探距更長(zhǎng)，使得其較 24GHz 毫米波雷達(dá)將具備更大的市場(chǎng)空間。

▲毫米波雷達(dá) 24GHz 和 77GHz 比較

24GHz 與 77GHz 毫米波雷達(dá)兼?zhèn)溆?ADAS 的長(zhǎng)短距檢測(cè)。毫米波雷達(dá)因其硬件體積小，且不受惡劣天氣影響，被廣泛應(yīng)用在 ADAS 系統(tǒng)之中。24GHz 目前大量應(yīng)用于汽車的盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、變道輔助。雷達(dá)安裝在車輛的后保險(xiǎn)杠內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)車輛后方兩側(cè)的車道是否有車、可否進(jìn)行變道。77GHz 雷達(dá)在探測(cè)精度與距離上優(yōu)于 24GHz 雷達(dá)，主要用來(lái)裝配在車輛的前保險(xiǎn)杠上，探測(cè)與前車的距離以及前車的速度，實(shí)現(xiàn)的主要是緊急制動(dòng)、自動(dòng)跟車等主動(dòng)安全領(lǐng)域的功能。完全實(shí)現(xiàn) ADAS 各項(xiàng)功能一般需要“1長(zhǎng)+4 中短”5 個(gè)毫米波雷達(dá)，奧迪 A8 搭載 5 個(gè)毫米波雷達(dá)（1LRR+4MRR），奔馳 S 級(jí)搭載 6 個(gè)毫米波雷（1LRR+6SRR）。目前 77GHz 的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)單價(jià)在 1000元左右，24GHz 毫米波雷達(dá)單價(jià)在 500 元左右。

▲毫米波雷達(dá)在 ADAS 系統(tǒng)中的應(yīng)用

毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)被外商壟斷，集中度較高。在全球毫米波雷達(dá)市場(chǎng)上，占主導(dǎo)地位的是德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家。目前毫米波雷達(dá)技術(shù)主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫、Denso、德?tīng)柛５葌鹘y(tǒng)零部巨頭所壟斷；其中，77GHz 毫米波雷達(dá)技術(shù)被壟斷于博世、大陸、德?tīng)柛?、電裝、TRW、富士通天、Hitachi 等公司手中。2016年，博世和大陸全球毫米波雷達(dá)市場(chǎng)占有率均為 17%，并列第一；電裝、海拉并列第二，市場(chǎng)份額為 11%，采埃孚占據(jù) 8%，德?tīng)柛Ｕ紦?jù) 6%，奧托立夫占據(jù) 4%。前七大供應(yīng)商巨頭市場(chǎng)占有率達(dá)到 73%。

▲毫米波雷達(dá)海外主要供應(yīng)商及產(chǎn)品

國(guó)內(nèi)毫米波雷達(dá)依賴進(jìn)口，受限國(guó)外技術(shù)封鎖，24GHz 毫米波雷達(dá)是主流方向。目前中國(guó)市場(chǎng)中高端汽車裝配的毫米波雷達(dá)傳感器全部都依賴國(guó)外進(jìn)口，市場(chǎng)被美、日、德企業(yè)壟斷，價(jià)格昂貴，并采取了技術(shù)封鎖，自主可控迫在眉睫。國(guó)內(nèi)自主車載毫米波雷達(dá)產(chǎn)品總體仍處于研制階段?？紤]到研發(fā)成本和 77GHz 開(kāi)發(fā)技術(shù)受限，目前國(guó)內(nèi)廠商對(duì)于毫米波雷達(dá)的研發(fā)方向集中于 24GHz。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，24GHz 毫米波雷達(dá)的產(chǎn)品體系已經(jīng)相對(duì)成熟，供應(yīng)鏈已經(jīng)相對(duì)穩(wěn)定，24GHz 的核心芯片能從英飛凌、飛思卡爾等芯片供應(yīng)商獲得。據(jù)麥姆斯咨詢研究表明，2016 年中國(guó)汽車預(yù)裝毫米波雷達(dá)的數(shù)量達(dá)到 105 萬(wàn)個(gè)，其中 24GHz 雷達(dá)占比 63.8%，77GHz 雷達(dá)占比 36.2%。

根據(jù)測(cè)算，毫米波雷達(dá) 2019、2020 年以及 2025 年市場(chǎng)規(guī)模可以達(dá)到 4.7 億元、36億元、80 億元。2017-2025 復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 58%左右。

2.激光雷達(dá)：L3-L5 自動(dòng)駕駛中的關(guān)鍵

激光雷達(dá)是一種綜合的光探測(cè)與測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)發(fā)射接受激光束，分析激光遇到目標(biāo)對(duì)象后的折返時(shí)間，計(jì)算出目標(biāo)對(duì)象與車的相對(duì)距離。目前常見(jiàn)的有 8 線、16 線、32 線激光雷達(dá)。激光雷達(dá)線束越多，測(cè)量精度越高，安全性越高。激光雷達(dá)并不是新鮮事物，早已在航空航天、測(cè)繪等領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用。隨著汽車智能化的發(fā)展，L3 級(jí)別自動(dòng)駕駛中開(kāi)始應(yīng)用激光雷達(dá)，由于其高精度、實(shí)時(shí) 3D 環(huán)境建模的特點(diǎn)將成為 L3-L5 階段中最為關(guān)鍵的傳感器。

▲激光雷達(dá)工作原理

▲Velodyne HDL-64E 激光雷達(dá) 3D 呈像

激光雷達(dá)固態(tài)化是未來(lái)趨勢(shì)，存在小型化、低成本優(yōu)勢(shì)。業(yè)內(nèi)降低激光雷達(dá)成本主要有兩個(gè)方式：

1）取消機(jī)械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、采用固態(tài)化技術(shù)根本性降低激光雷達(dá)成本。固態(tài)激光雷達(dá)體積更小，方便集成，并且系統(tǒng)可靠性提升，因此激光雷達(dá)有向固態(tài)發(fā)展的趨勢(shì)。

2）降低激光雷達(dá)線數(shù)，組合使用多個(gè)低線數(shù)激光雷達(dá)。從機(jī)械旋轉(zhuǎn)式過(guò)渡到混合固態(tài)再到純固態(tài)激光雷達(dá)，隨著量產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、技術(shù)迭代更新，成本不斷降低，激光雷達(dá)也在不斷向小型化、低功耗、集成化發(fā)展。

激光雷達(dá)的核心技術(shù)主要掌握在 Velodyne、Ibeo、Quanergy 三家企業(yè)中。美國(guó)Velodyne 的機(jī)械式激光雷達(dá)起步較早，技術(shù)領(lǐng)先，最新已推出 128 線原型產(chǎn)品VLS-128，同時(shí)與谷歌、通用汽車、福特、Uber、百度等全球自動(dòng)駕駛領(lǐng)軍企業(yè)建立了合作關(guān)系，占據(jù)了車載激光雷達(dá)大部分的市場(chǎng)份額。

Google、百度、福特、奧迪、寶馬等各企業(yè)相繼采用激光雷達(dá)的感知解決方案。寶馬聲明聯(lián)手激光雷達(dá)創(chuàng)企 Innoviz 研發(fā)無(wú)人駕駛汽車，預(yù)計(jì) 2021 年推出。根據(jù)個(gè)公司官網(wǎng)激光雷達(dá)產(chǎn)品價(jià)格，單車激光雷達(dá)傳感器價(jià)值在 3~8 萬(wàn)美元之間。

短期內(nèi)激光雷達(dá)不會(huì)大規(guī)模應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。盡管自動(dòng)駕駛加速發(fā)展給激光雷達(dá)行業(yè)創(chuàng)造了較好的應(yīng)用前景，但是激光雷達(dá)自身發(fā)展的諸多痛點(diǎn)卻限制了其在自動(dòng)駕駛汽車上的應(yīng)用。限制因素主要有三個(gè)方面：

1）成本高昂。激光雷達(dá)龍頭 Velodyne16線產(chǎn)品 0.8 萬(wàn)美元，32 線產(chǎn)品 4 萬(wàn)美元，64 線產(chǎn)品約 8 萬(wàn)美元。高昂的產(chǎn)品價(jià)格也抑制了激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛車輛中的應(yīng)用。

2）難以量產(chǎn)、交貨周期長(zhǎng)。Velodyne64線產(chǎn)品生產(chǎn)周期要 4-8 周，32 線和 16 線也要 2-4 周，為了保證激光雷達(dá)傳遞接受信號(hào)的精準(zhǔn)性，其復(fù)雜的組裝和調(diào)校過(guò)程拉大了其交貨周期。

3）缺乏相關(guān)車規(guī)。目前自動(dòng)駕駛只是一個(gè)前瞻性的概念，具體還沒(méi)有實(shí)踐，沒(méi)有相應(yīng)的政策法規(guī)的強(qiáng)制性要求，這在一定程度上也限制了激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的普及。

3.超聲波雷達(dá)：自動(dòng)泊車系統(tǒng)的主流傳感器

超聲波雷達(dá)的工作原理是通過(guò)超聲波發(fā)射裝置向外發(fā)出超聲波，到通過(guò)接收器接收到發(fā)送過(guò)來(lái)超聲波時(shí)的時(shí)間差來(lái)測(cè)算距離。超聲波雷達(dá)在自動(dòng)駕駛中，其基礎(chǔ)應(yīng)用為泊車輔助預(yù)警以及汽車盲區(qū)碰撞預(yù)警功能。超聲波雷達(dá)成本低，短距離測(cè)量中具有優(yōu)勢(shì)，探測(cè)范圍在 0.1-3 米之間，而且精度較高，因此非常適合應(yīng)用于泊車。但測(cè)量距離有限，且很容易受到惡劣天氣的影響。

▲超聲波雷達(dá)工作原理

自動(dòng)泊車普及激發(fā)超聲波雷達(dá)需求。超聲波雷達(dá)一般安裝在汽車的保險(xiǎn)杠或者側(cè)面，前者稱為 UPA，一般用于測(cè)量汽車前后障礙物，后者稱為 APA，用于測(cè)量側(cè)方障礙物。APA 超聲波傳感器是自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)的核心部件，探測(cè)距離較遠(yuǎn)，可用作探測(cè)車位寬度，獲得車位尺寸及車輛的位置信息。超聲波雷達(dá)主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)，以及自動(dòng)泊車系統(tǒng)中近距離障礙監(jiān)測(cè)。倒車?yán)走_(dá)已經(jīng)由高端車型下沉到中低端車型，滲透率較高，前裝率達(dá) 80%左右。倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)通常需要 4 個(gè) UPA 超聲波雷達(dá)，自動(dòng)泊車?yán)走_(dá)系統(tǒng)需要 6-12 個(gè)超聲波雷達(dá)，典型配置是 8 個(gè) UPA+4 個(gè) APA。

▲超聲波雷達(dá)在汽車中的應(yīng)用

▲UPA、APA 超聲波雷達(dá)比較

超聲波雷達(dá)技術(shù)方案各有優(yōu)劣，模擬式雷達(dá)占據(jù)主要市場(chǎng)。超聲波雷達(dá)的技術(shù)方案，一般有模擬式、四線式數(shù)位、二線式數(shù)位、三線式主動(dòng)數(shù)位四種，其在信號(hào)干擾的處理效果上依次提升。四種技術(shù)方案在技術(shù)難度、裝配以及價(jià)格上各有優(yōu)劣。目前市場(chǎng)上使用較多的是“模擬式”技術(shù)路線，其優(yōu)點(diǎn)為產(chǎn)品成本低，但易受外界環(huán)境干擾。未來(lái)智能化趨勢(shì)下，“數(shù)位式”技術(shù)路線會(huì)更受歡迎?！皵?shù)位式”技術(shù)路線下，信號(hào)數(shù)字化，可以極大程度地提高雷達(dá)的抗干擾能力，但成本較高，技術(shù)難度大，現(xiàn)階段的工藝水平只能多數(shù)采取四線式做法。

▲超聲波雷達(dá) 4 種技術(shù)路線方案

超聲波雷達(dá)市場(chǎng)主要由博世（BOSCH）、日本村田（Murata）、日本尼賽拉（Nicera）等占據(jù)，國(guó)內(nèi)奧迪威和同致電子具有較高的競(jìng)爭(zhēng)力。奧迪威是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的超聲波傳感器生產(chǎn)商，2016 年奧迪威車載超聲波傳感器的銷量為 2627 萬(wàn)個(gè)，全球車載超聲波傳感器的市場(chǎng)容量約 27400 萬(wàn)個(gè)，奧迪威的車載超聲波傳感器占全球乘用車市場(chǎng)份額的 9%。奧迪威的第一大客戶是臺(tái)灣同致電子。臺(tái)灣同致電子其核心產(chǎn)品為倒車?yán)走_(dá)，2016 年其市場(chǎng)份額位居亞洲第一。

超聲波中短期市場(chǎng)有望繼續(xù)提升，長(zhǎng)期可能會(huì)受到其他雷達(dá)傳感器的替代壓力。目前，后向的超聲波雷達(dá)搭載率最高，達(dá)到 45.2%，“前向+后向雷達(dá)”搭載率為 28.3%，不搭載占比 26.5%。隨著自動(dòng)化駕駛的發(fā)展，“前向+后向”雷達(dá)有望成為搭載標(biāo)配。因此，預(yù)計(jì)中短期內(nèi)，超聲波雷達(dá)市場(chǎng)滲透率將繼續(xù)提升，但長(zhǎng)期來(lái)看，未來(lái)搭載高級(jí)別自動(dòng)駕駛車型中，部分或者全部的超聲波雷達(dá)會(huì)被綜合性能更好的毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等替代。

根據(jù)測(cè)算，2019、2020 年、2025 年超聲波雷達(dá)的市場(chǎng)規(guī)模分別將達(dá)到 42億元，87 億元，192 億元。2016-2025 年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 38%左右。

4.攝像頭：ADAS 系統(tǒng)主要視覺(jué)傳感器

車載攝像頭是 ADAS 系統(tǒng)的主要視覺(jué)傳感器，是最為成熟的車載傳感器之一。借由鏡頭采集圖像后，攝像頭內(nèi)的感光組件電路及控制組件對(duì)圖像進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化為電腦能處理的數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)感知車輛周邊的路況情況。攝像頭主要應(yīng)用在 360全景影像、前向碰撞預(yù)警、車道偏移報(bào)警和行人檢測(cè)等 ADAS 功能中。

ADAS 系統(tǒng)配套 6 個(gè)以上攝像頭。根據(jù)不同 ADAS 功能的需要，攝像頭的安裝位置也有不同。主要分為前視、后視、側(cè)視以及內(nèi)置。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛時(shí)全套 ADAS 功能將安裝 6 個(gè)以上攝像頭，前視攝像頭因需要復(fù)雜的算法和芯片，單價(jià)在 1500 元左右，后視、側(cè)視以及內(nèi)置攝像頭單價(jià)在 200 元左右。ADAS 的普及應(yīng)用為車載攝像頭傳感器帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)空間。

▲攝像頭安裝位置及特點(diǎn)

短期內(nèi)單目攝像頭為主流技術(shù)路線。前視攝像頭 ADAS 系統(tǒng)可分為搭載單目攝像頭和搭載雙目攝像頭兩種技術(shù)路線。相比單目攝像頭，雙目攝像頭的功能更加強(qiáng)大，測(cè)度更加精準(zhǔn)，但成本比較高，因此多搭載于高檔汽車。雙目攝像頭的方案在成本、制造工藝、可靠性、精確度等綜合因素的制約下，導(dǎo)致其難以在市場(chǎng)上推廣，而單目攝像頭低成本可靠性的解決方案，搭配其他傳感器，完全可以滿足 L1,L2,以及部分 L3 場(chǎng)景下的功能。因此在現(xiàn)有的市場(chǎng)環(huán)境下，單目攝像頭的解決方案依然會(huì)是主流。

攝像頭主要作為雷達(dá)輔助傳感器。雖然攝像頭分辨率高、可以探測(cè)到物體的質(zhì)地與顏色，但在逆光或者光影復(fù)雜的情況下視覺(jué)效果較差，極易受惡劣天氣影響，因此攝像頭獲取的圖像信息將主要負(fù)責(zé)交通標(biāo)志識(shí)別等少數(shù)領(lǐng)域，作為激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)的補(bǔ)充。

攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈可以大致劃分為上游元件生產(chǎn)、中游模組封裝集成、下游產(chǎn)品應(yīng)用三部分。

1）上游元件主要包括 CMOS 傳感器、鏡頭組、DSP 等,上游市場(chǎng)中 CMOS 傳感器以及 DSP 主要被索尼、三星、TI、安森美等國(guó)外企業(yè)壟斷，國(guó)內(nèi)企業(yè)在鏡頭組生產(chǎn)方面具有優(yōu)勢(shì)，其中自主品牌舜宇光學(xué)等具有較高的競(jìng)爭(zhēng)力；

2）中游封裝集成包括模組封裝和系統(tǒng)集成兩部分。模組封裝以及集成工藝復(fù)雜，市場(chǎng)被外企壟斷，主要廠商有 Panasonic、索尼、法雷奧等企業(yè)。

3）下游產(chǎn)品應(yīng)用于整車廠、4S 店。

車載攝像頭產(chǎn)業(yè)制作工藝要求高，認(rèn)證周期長(zhǎng)。相對(duì)于手機(jī)攝像頭，車載攝像頭所面臨的工況更加惡劣，需要滿足耐高溫、抗震、防磁、穩(wěn)定等多項(xiàng)要求。特別是應(yīng)用于 ADAS 系統(tǒng)的前視攝像頭，涉及行車安全，對(duì)可靠性的要求必須非常高，因此車載攝像頭的制作工藝要求非常高。企業(yè)在成為整車廠商的一級(jí)供應(yīng)商之前，需要經(jīng)過(guò)大量不同種類的嚴(yán)格測(cè)試，一旦進(jìn)入整車廠商的供應(yīng)體系就會(huì)形成很高的壁壘，很難被替代，替換成本也非常高。例如，國(guó)外視覺(jué)傳感器龍頭 Mobileye 用了 8 年的時(shí)間從研發(fā)進(jìn)入到前裝市場(chǎng)。

根據(jù)測(cè)算，預(yù)計(jì)攝像頭傳感器 2019 年攝像頭市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 150 億元，進(jìn)入 L3 階段，2020 年和 2025 年市場(chǎng)規(guī)?？梢赃_(dá)到 205 億元和 315 億元，2016-2025 年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 17%左右。

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多傳感器融合是必然趨勢(shì)

ADAS 融合多種傳感器，帶動(dòng)傳感器市場(chǎng)發(fā)展。隨著未來(lái)智能汽車比重的提升，ADAS市場(chǎng)將加速成長(zhǎng)。根據(jù)高盛全球投資研究部門研究，當(dāng)前全球 ADAS 滲透率普遍不高，歐美日滲透率只有 8%-12%。根據(jù)蓋世汽車研究院測(cè)算，我國(guó) ADAS 的滲透率在 2%-5%左右；從生命周期上判斷，ADAS 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)從導(dǎo)入期到成長(zhǎng)期的跨越?？傮w來(lái)看，智能駕駛、無(wú)人駕駛浪潮下，汽車電子化、智能化水平不斷提升，ADAS 具有很大的成長(zhǎng)空間。環(huán)境感知作為 ADAS 的硬件基礎(chǔ)，傳感器的應(yīng)用必不可少，ADAS 滲透率的提升將帶動(dòng)車載傳感器需求量的大幅增加，未來(lái)傳感器的市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

▲ADAS 融合多種傳感器

環(huán)境感知傳感器是汽車的眼睛，毫米波雷達(dá)綜合優(yōu)勢(shì)突出。智能化時(shí)代背景下，環(huán)境感知顯得尤為重要，不同傳感器的原理和功能各不相同，在不同的場(chǎng)景里發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，難以相互替代。毫米波雷達(dá)綜合優(yōu)勢(shì)突出，有望率先成為 ADAS 系統(tǒng)主力傳感器。

▲各種傳感器優(yōu)劣勢(shì)比較

▲毫米波雷達(dá)綜合優(yōu)勢(shì)突出

單種傳感器特性突出，均不能形成完全信息覆蓋，多傳感器融合是未來(lái)發(fā)展必然趨勢(shì)。并且為L(zhǎng)evel3-Level5 級(jí)自動(dòng)駕駛方案的實(shí)現(xiàn)提供了必要的技術(shù)儲(chǔ)備。目前自動(dòng)駕駛環(huán)境感知的技術(shù)路線主要有兩種：一種是以特斯拉為代表的視覺(jué)主導(dǎo)的多傳感器融合方案，另一種是以低成本激光雷達(dá)為主導(dǎo)，典型代表如谷歌Waymo。國(guó)外主流車企如特斯拉、奧迪、通用等均發(fā)布了其自動(dòng)駕駛汽車多傳感器規(guī)劃。多傳感器融合對(duì)于保證車輛對(duì)周邊環(huán)境的全局定位和理解是至關(guān)重要的。

總的來(lái)說(shuō)，ADAS 采用的傳感器主要有攝像頭、雷達(dá)、激光和超聲波等，可以探測(cè)光、熱、壓力或其它用于監(jiān)測(cè)汽車狀態(tài)的變量， 通常位于車輛的前后保險(xiǎn)杠、側(cè)視鏡、駕駛桿內(nèi)部或者擋風(fēng)玻璃上。ADAS內(nèi)每一類子系統(tǒng)在運(yùn)作時(shí)，都離不開(kāi)信息的搜集、處理與判斷，以及判斷完畢后系統(tǒng)給予車體指令，使汽車進(jìn)行不同動(dòng)作等各階段。在這樣的流程中，雷達(dá)和攝影機(jī)等傳感器，以及MCU或影像處理IC等處理器，就成了最主要的使用元件。在通往L5級(jí)別自動(dòng)駕駛的道路上，ADAS系統(tǒng)的成熟與完善是基本保障。

編輯：黃飛

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