激光雷达行业研究报告:激光雷达,加速成长的千亿智能驾驶传感器

时间:2021-03-24 09:55来源:未来智库作者:wuping 点击:
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摘要:一、激光雷达:自动驾驶感知端核心元件 激光雷达属于感知设备,其通过发射接收激光束,实现对外界环境的3D建模。激光雷达不断向外发射激光束,并接收 物体反射回的光脉冲,根据已知光速计算出两者信号之间的时间差、相位差来确定车与物体之间的相对距离,再通过水 平旋转扫描或相控扫描测量物体的角度,通过获取不同俯仰角度的信号获得高度信息。感知到与物体之间

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一、激光雷达:自动驾驶感知端核心元件

激光雷达属于感知设备,其通过发射接收激光束,实现对外界环境的3D建模。激光雷达不断向外发射激光束,并接收 物体反射回的光脉冲,根据已知光速计算出两者信号之间的时间差、相位差来确定车与物体之间的相对距离,再通过水 平旋转扫描或相控扫描测量物体的角度,通过获取不同俯仰角度的信号获得高度信息。感知到与物体之间的距离、角度 等信息后,再通过软件算法去做 3D 建模,构建一个机器能够理解的虚拟模型。

激光雷达分类:一般分为机械式、半固态、固态。机械式多用于无人驾驶,其体积大、价格高,不适合量产车。高级辅 助驾驶汽车上目前以转镜、MEMS的半固态激光雷达为主。中长期随固态激光雷达技术逐渐成熟,有替代半固态的可能性。

激光雷达组成:主要包括激光发射、接收、扫描、信息处理四个子系统。从核心零部件上看,激光雷达由发射器,接收 器,配套的芯片,以及光学扫描件构成。激光雷达厂商负责整体设计,绝大部分零部件外购。外购的零部件有激光器 (发射器主要部件)、探测器(接收器主要部件)、芯片,光学部件由激光雷达厂商自主研发设计,再由代工厂生产加 工。

激光器、探测器和激光雷达性能、成本、可靠性密切相关。激光器和探测器是激光雷达的重要部件,激光器和探测器 的性能、成本、可靠性与激光雷达产品的性能、成本、可靠性密切相关。而且激光雷达的系统设计会对激光器和探测器 的规格提出客制化的需求,与上游供应商深入合作定制激光器和探测器,有助于提升产品的竞争力。

上游芯片分为主控芯片和模拟芯片,国外供应商大幅领先。激光雷达的主控芯片通常为FPGA,主控芯片也可以用MCU、 DSP替代。激光雷达系统中发光控制、光电信号转换、电信号实时处理等关键子系统需要用到模拟芯片,国外供应商的 产品性能相比国内供应商大幅领先。

光学部件由激光雷达公司设计,供应商加工,国内供应商具备完全胜任能力。光学部件方面,激光雷达公司一般为自 主研发设计,然后选择行业内的加工公司完成生产和加工工序。光学部件国内供应链的技术水平已经完全达到或超越国 外供应链的水准,且有明显的成本优势,已经可以完全替代国外供应链和满足产品加工的需求。

二、市场空间:25/30年全球市场规模483/1206亿元,未来十年复合增速超过80%

2020年进入L3级别量产元年,各大品牌相继推出L3级别自动驾驶汽车。2020年以来各个车企加速L3及以上功能车型的研发 和落地:具备L3功能的长安UNI-T、广汽Aion LX、上汽MARVEL-R、小鹏P7、固定场景L4功能的长城炮等相继上市。各车企也将更高级别自动驾驶规划提上日程,明确了L3-L5功能车型实现或量产时间,基本在2025年前达到完全自动驾驶功能。

中国智能网联汽车发展目标:2030 年 L2、L3 级渗透率70%。2020年我国新车L2渗透率约15%。2020年11月11日,国汽智 联首席科学家李克强教授发布《智能网联汽车技术路线图2.0》,提出了中国智能网联汽车产业在发展期(2020-2025)、推广 期 (2025-2030)和成熟期(2031-2015)的发展目标: 2025 年 L2、L3 级新车销量占比达 50%、C-V2X 达 50%; 2030年L2、L3级新 车销量占比达 70%、L4 级达 20%、 C-V2X 基本普及,2025年前后实现智能驾驶的规模化应用。

当前自动驾驶技术路线分为视觉主导和激光雷达主导,前者当前成本占优、后者能实现的高阶智能驾驶潜能大。自动驾驶 环境感知的技术路线主要有两种,一种是摄像头主导、配合毫米波雷达等低成本传感器的视觉主导方案,以特斯拉为典型 代表;另一种以激光雷达为主导,配合摄像头、毫米波雷达等传感端元器件,典型代表如Waymo等自动驾驶厂商。纯视觉 方案精度、稳定性、视野方面都有局限;对于决策端的计算要求非常高,且需要大量的数据积累,对于神经网络进行训练, 使它具备判断能力;摄像头是二维的,因此会存在失真,只能依靠大量学习和算法去弥补;但是成本更低,商业化可行性 更高。激光雷达方案当前成本较高,但是在信息获取上更加精准。

辅助驾驶单目为主,激光雷达逐渐渗透;未来无人驾驶激光雷达方案胜出具有更大概率。激光雷达路线商业化瓶颈在于价 格;纯视觉方案瓶颈在于极高要求的算法。纯视觉方案对于数据积累和算法训练过于依赖,对于进入复杂少见的道路环境时其安全性受到挑战,未来进入无需人类接手的自动驾驶场景,必须保障100%的安全性,随着激光雷达成本的逐渐下降, 我们认为,激光雷达在辅助驾驶中渗透率将逐渐提升,高级别自动驾驶对于激光雷达具有很强的需求。

乘用车激光雷达市场空间: 25/30年全球市场规模483/1206亿元,21-30年复合增速80%以上。

三、技术路线:短中期半固态长期固态,整体趋向芯片化集成化

按照扫描方式有无机械转动部件可以分为机械旋转、混合固态、纯固态。混合固态分为MEMS、转镜,纯固态分为相控 阵OPA、Flash。按照测距原理可分为飞行时间测距ToF和调频连续波FMCW。ToF与FMCW能够实现室外阳光下较远的测程(100~250 m),是车载激光雷达的优选方案。

四、竞争趋势:团队、技术、客户、资金是关键因素

激光雷达行业目前仍处于导入期,许多市场参与者当前还处于创业期,且技术路线尚未完全清晰。基于此我们认为在未来的车载激光雷达竞争中的关键因素有以下几点:

1)管理层以及团队:目前激光雷达创始团队多为科研技术人才出身,多拥有光电领域技术背景。

2)技术路线和技术实力:目前多种技术路线并存,技术路线仍不成熟,各厂商技术路线不一,显示差异化竞争形态。目 前看来,近五年主流路线为MEMS,长期维度固态激光雷达可能替代半固态大面积上车。芯片化、集成化将推动激光雷达 价格进一步下降,规模化可能性增强,同时推动OPA+FMCW的渗透。

3)客户积累与拓展:2021年处于激光雷达量产元年,开始向辅助驾驶汽车渗透,部分客户已定点,将在2021-2023年相继 量产,但大部分车型仍并未配置激光雷达,且激光雷达向量产车进一步渗透已相对明确,伴随成本下降和逐步上量,激 光雷达在量产车上的渗透率将持续提升。因此,各大激光雷达厂商均与OEM、Tier1密切合作,良好的技术交流、项目预 研和密切虎作有望给未来客户项目落地打下坚实基础。

4)融资和资金支持:行业仍处导入期,技术成熟度低,未来需要大量资金支持研发投入和产能扩张。现在的半固态和固 态激光雷达技术仍不十分成熟,未来还需要不断优化,向着集成化、芯片化、低成本的成熟车规产品发展,这需要投入 大量的资金进行研发投入和新的技术趋势的布局。先行进入资本市场的公司有望在资金支持方面具备一定的优势。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:wuping )
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