智能网联产业链研究 | 激光雷达市场格局现状分析

智能网联汽车的产品体系可分为传感系统、决策系统、执行系统3个层次, 分别可类比人类的感知器官、大脑以及手脚。

智能网联汽车的产业链涉及汽车、电子、通信、互联网、交通等多个领域, 产业链上下游关系密切。

芯片厂商:开发和提供车规级芯片系统, 包括环境感知系统芯片、车辆控制系统芯片、通信芯片等。

传感器厂商:开发和供应先进的传感器系统, 包括机器视觉系统、雷达系统 (激光、毫米波、超声波) 等。

汽车电子/通信系统供应商:能够提供智能驾驶技术研发和集成供应的企业, 如自动紧急制动、自适应巡航、V2X通信系统、高精度定位系统等。

整车企业:提出产品需求, 提供智能汽车平台, 开放车辆信息接口, 进行集成测试。

平台开发与运营商:开发车联网服务平台、提供平台运营与数据挖掘分析服务。

内容提供商:高精度地图、信息服务等供应商。

图1 智能网联汽车的3个产品层次

激光雷达概述

激光雷达 (Light Detection And Ranging, 简称“Li DAR”) 即光探测与测量, 是一种集激光、全球定位系统 (GPS) 和IMU (Inertial Measurement Unit, 惯性测量装置) 三种技术于一身的系统, 用于获得数据并生成精确的DEM (数字高程模型) 。这三种技术的结合, 可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑, 测距精度可达厘米级, 激光雷达最大的优势就是“精准”和“快速、高效作业”。它是一种用于精确获得三维位置信息的传感器, 其在机器中的作用相当于人类的眼睛, 能够确定物体的位置、大小、外部形貌甚至材质。

图2 激光雷达的工作原理图

激光雷达的原理

与雷达原理相似, 激光雷达使用的技术是飞行时间 (TOF, Time of Flight) 。具体而言, 就是根据激光遇到障碍物后的折返时间, 计算目标与自己的相对距离。激光光束可以准确测量视场中物体轮廓边沿与设备间的相对距离, 这些轮廓信息组成所谓的点云并绘制出3D环境地图, 精度可达到厘米级别, 从而提高测量精度。

激光雷达的分类

按有无机械旋转部件分类

激光雷达按有无机械旋转部件分类, 包括机械激光雷达和固态激光雷达。机械激光雷达带有控制激光发射角度的旋转部件, 而固态激光雷达则依靠电子部件来控制激光发射角度, 无需机械旋转部件。

按扫描线数量分类

激光雷达可以按扫描线数量分为单线激光雷达和多线激光雷达, 单线激光雷达只有一条扫描线, 也叫单层激光雷达。如果一个激光雷达具有几条激光扫描线, 同时进行扫描测量, 就叫多线激光雷达, 或者叫多层激光雷达。目前, 市场上比较常见的多线束产品包括4线束、8线束、16线束、32线束、64线束等。从扫描效果上来讲, 激光雷达线束越多, 测量精度越高, 安全性也越高。

表1 机械激光雷达和固态激光雷达的特点
表2 单线激光雷达和多线激光雷达的特点

车用激光雷达市场分析

产业发展现状

目前, 谷歌、福特、优步等各大公司都在大力研发自动驾驶车辆, 该类车辆对激光雷达的依赖性较大, 需借助雷达更好地识别车辆的周边环境, 以便为车主提供导航服务。如今, 在美国及全球其它地方的公路上, 经常可以见到车顶装有激光雷达系统的测试车辆, 其搭载的雷达系统也颇为惹眼。

当前, 车载激光雷达硬件生产厂商主要集中于国外, 包括美国Velodyne公司、美国Quanegy公司及德国IBEO公司等。由于激光雷达可广泛应用于ADAS系统, 例如自适应巡航控制 (ACC) 、前车碰撞警示 (FCW) 及自动紧急制动 (AEB) , 因此吸引了不少具有先进技术的初创公司竞争, 同时, 传统供应商也积极布局投资, 希望能够达成战略合作关系以便快速获得先进技术。如大陆公司收购了Advanced Scientific Concepts (ASC) 公司的高清3D闪存激光雷达业务;博世采用风投的方式对激光雷达初创公司Tetra View进行了战略投资, 后者是一家致力于分析捕捉超高分辨率3D图像的智能科技初创公司, 基于Flash激光雷达技术, 提供了一种使用激光灯来观察、监测周围环境的方法等。

中国市场方面, 陆续有科技公司开始研发车载激光雷达产品。国内的激光雷达产品主要以2D激光雷达为主, 多用于地形测绘、建筑测量、家用服务机器人等领域。不过, 国内以速腾聚创、禾赛科技、镭神智能等公司为代表的企业也开始尝试逐步进入车用激光雷达行业。上海的禾赛科技最新发布的用于自动驾驶的40线混合固态激光雷达Pandar40, 打破了自动驾驶激光雷达行业被国际巨头垄断且需要半年以上交货周期的现状。基于中国有较强的光机电基础, 利用这一优势将拥有不小的突破机会。

市场格局现状

随着自动驾驶汽车在全球布局, 作为其眼睛的激光雷达也在遍地开花。以美国、德国、以色列、加拿大等国家为首, 在激光雷达技术上走在全球前列。

22家激光雷达企业布局智能网联领域

据中国汽车工业信息网不完全统计, 全球范围内有22家企业加入到智能网联领域中来。其中, 国外激光雷达企业达到14家, 主要集中在美国、德国、加拿大等国家, 占据该领域的主导地位;国内激光雷达企业为8家, 主要集中在我国的北京市、深圳市等地。目前来看, 国内外企业在该领域的研发现状竞争激烈, 国内自主企业在激光雷达相关产品研发上已先后取得突破, 并与国内整车企业开展紧密合作, 由于国际上真正规模化应用激光雷达的量产车项目还属于起步阶段, 自主企业仍然有追赶时机。

表3 22家国内外知名激光雷达厂商汇总情况
表3 22家国内外知名激光雷达厂商汇总情况

按国别划分:22家激光雷达企业主要分布在六大市场, 包括美国、德国、中国、加拿大、奥地利及以色列。其中, 中国和美国企业数量最多, 各为8家, 这两个国家的激光雷达企业数量占到统计总量的73%, 遥遥领先于其它国家激光雷达产业的发展。

按产品数量划分:22家激光雷达企业共有56款产品, 其中, 中国企业的产品数量共计24款, 占统计总量的43%;其次是美国企业的产品数量达到22款, 占统计总量的39%;以上两个国家的产品数量共46款, 占统计总量的82%。虽然我国产品从数量上占有很大优势, 但从产品技术来看, 还落后于国外企业的研发水平。从单一企业产品数量看, 来自美国硅谷的激光雷达领军企业Velodyne处于该行业的领先地位, 产品数量共计12款, 占到统计总量的21%;紧随其后的是中国企业镭神智能, 产品数量为6款 (该企业只统计到产品系列) , 排在第三位的是中国企业速腾聚创, 产品数量达到5款, 以上3家企业产品数量接近50%。

按应用类型划分:主要集中在360°全景视野、ADAS、AEB、FCW等系统上。

按车企类型划分:主要集中在奥迪、宝马、福特、奔驰、丰田、沃尔沃、长城、吉利等企业。

截止至2025年前, 各应用类型市场将呈现增长态势, 随着激光雷达在消费者中的声名鹊起及同类产品间竞争加剧, 未来会有越来越多车企对该设备给予重视, 并将其整合到旗下车辆内。

激光雷达面临的挑战

激光雷达系统不是新兴事物, 已经在工业和军事方面应用很多年, 在汽车领域是相对较新的应用系统, 因此, 随着自动驾驶技术的快速发展, 激光雷达愈发扮演重要的角色, 但目前来看, 激光雷达还面临材料、成本、行驶速度等多方面的挑战。

材质

由于激光雷达基于对激光脉冲返回传感器所需时间的测量, 因此高反射率的表面会带来问题。大多数材料从微观水平上看表面粗糙, 并且向所有方向散射光;这类散射光的一小部分返回到传感器, 并且足以产生距离数据。

环境

空气中的环境也可以对激光雷达读数造成影响。记录显示, 大雾和大雨会减弱发射的激光脉冲而对激光雷达造成影响。为了解决这些问题, 较大功率的激光器投入使用, 但它对于较小的、移动或对功率敏感的应用来说并不是一个好的解决方案。

行驶速度

激光雷达系统面临的另一个挑战是旋转时的刷新率相对较慢。系统的刷新速率受复杂的光学器件旋转速度的限制。

成本

高昂的设备成本是它需要克服的最大挑战。尽管自该技术得到应用以来其成本已大幅降低, 但仍然是它被大范围采用的一个重要障碍。

属性识别

激光雷达视为计算机视觉的一个组件, 但点云却是完全基于几何呈现的。相反, 人眼除了形状之外还能识别物体的其他物理属性, 而现在的激光雷达系统不能区分纸袋和岩石之间的差别, 而这本应是传感器理解和试图避开障碍物时考虑的因素。

黑客攻击

激光雷达发出去的激光本身是没有编码的, 接收器本身是没办法识别到底光线是隔壁发射器发射出去的还是干扰信号, 最终反馈给激光雷达造成周围存在障碍物假象的攻击手法。

激光雷达市场发展趋势

据权威机构预测显示, 到2030年, 中国将成为全球最大的自动驾驶汽车市场, 自动驾驶汽车的总销量将达到2300亿美元。除了市场层面, 在消费者层面上, 与其它国家的消费者相比, 中国消费者在购买高端汽车时更喜欢选择带有自动驾驶功能的车型。因此, 随着自动驾驶汽车市场的进一步发展, 我国车载激光雷达市场前景明朗。

第一, 相关的企业多以近年来成立的为主, 老牌企业也是近几年开始布局, 因此, 企业竞争的势头和着力点更加突出, 目前已有数家企业较有特色, 但没有统领市场的独角兽。

第二, 产品固态化与低成本化是这个行业发展的必由之路。固态激光雷达异军突起, 成为各大企业争相研发和布局的领域。固态激光雷达系统使用激光扫描仪生成环境3D图像, 并自动处理此3D图像, 以执行监视、警告、制动和转向等任务。固态激光雷达市场的增长可归功于汽车行业的发展, 特别是针对无人驾驶汽车和先进驾驶辅助系统 (ADAS) 的应用。此外, 低成本化将是国产激光雷达发展的必然趋势。

第三, 软硬件结合成为提升竞争力的重要手段。毫无疑问的是, 激光雷达市场未来将是万亿级市场, 主要应用领域在汽车和机器人行业。随着激光雷达企业的竞争加剧, 软件和硬件技术的有效结合才能更快地推进产品落地应用。

作者:杨艳/高玉英 来源:中国汽车技术研究中心

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