汽车传感器是把非电信号转换成电信号并向汽车传递各种工况信息的装置。在自动驾驶的层级结构中，汽车传感器处于感知层，产品附加值高， 是实现单车智能驾驶的核心硬件。那么，汽车传感器技术发展情况如何？产业链上下游情况如何？市场情况如何？竞争格局情况如何？今天感知芯视界编辑部带您逐一了解。

 

一、汽车传感器概念及分类

 

1、概念

 

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。通常是由敏感元件、转换原件、信号调节与转换电路等其他辅助元件组成。敏感元件接受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量，转换元件把来自敏感元件的其他量转换成适合传输、测量的电信号，适合输出、测量的电信号通过信号调节与转换电路被转换为可显示、记录、处理和控制的有用电信号，最后有用电信号被传递至其他装置并进行通信。

 

传感器的组成

敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

转换元件：传感器核心元件，以敏感元件的输出为输入，把感知的非电量转换 为电信号输出。转换元件本身可以作为独立传感器使用，叫做元件传感器。

变换电路：把传感元件输出的电信号转换成便于处理、控制、记录和显示的有 用电信号所涉及的有关电路。

辅助电源：转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。

 

 

 

2、分类

 

汽车传感器是把非电信号转换成电信号并向汽车传递各种工况信息的装置。汽车传感器可根据使用目的不同分为车身感知传感器和环境感知传感器。

 

车身感知传感器提高了单车自身的信息化水平，使车辆具备感知自身的能力；按照输入的被测量不同主要分为压力传感器、位置传感器、温度传感器、线加速度传感器、角加速度传感器、空气流量传感器、气体传感器，从工作原理上看这些传感器大都采用MEMS方案。环境感知传感器实现了单车对外界环境的感知能力，帮助汽车计算机获得环境信息并做出规划决策，为车辆智能化驾驶提供支持；环境感知传感器主要分为车载摄像头、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达以及红外雷达等。

 

二、行业历史发展阶段回顾

 

从国内产业的发展历程来看，1986年国家将传感器技术列入国家重点攻关项目，到2000年传感器技术体系和产业初步建立，国产传感器技术水平不断进步。2016年以来，国内传感器技术及产业快速发展，同时受国内物联网、5G、人工智能等技术的推动，传感器向着MEMS化、智能化、网络化、系统化的方向持续发展。

 

汽车传感器的发展阶段分为结构型传感器阶段、固体传感器阶段、智能型传感器阶段。目前MEMS传感器、智能型传感器快速发展，广泛应用于汽车、安防医疗等行业。汽车传感器通常研发周期较长，如汽车MEMS类传感器从设计研发到最终全面商业化平均耗时28年。

 

三、车身感知传感器：MEMS化是主要趋势

 

1、概况

 

车身感知传感器是汽车的“神经末梢”。车身感知传感器遍布汽车全身，被广泛应用于动力系统（新能源车是三电系统）、底盘系统、车身系统，实现对汽车自身信息的感知并作出决策、执行，是汽车的“神经末梢”，目前发展较为成熟，以MEMS传感器为主。

 

（1）车身感知传感器MEMS化是主要趋势

 

车身感知传感器的发展主要体现在新能源汽车的普及、汽车的安全性需求、以及MEMS微机电对传统机电的替代所带来的机遇。

 

动力来源是新能源汽车与传统燃油车的主要区别之一，新能源汽车的电子电气架构主要使用电池、电机、电控有关的以电流为主的电磁类传感器，燃油车动力系统则主要以测量压力、温度、气体的传感器为主；电磁类传感器需求有望随新能源汽车渗透率提高逐步放量。按照被测物理量的不同车身感知传感器可分为压力、位置、温度、加速度、气体、流量等各类传感器。

 

 

（2）汽车MEMS传感器分类

 

汽车MEMS传感器主要包括以下种类：

 

车身感知:压力传感器

将压力信号转换为电信号的汽车压力传感器主要分为电容式和电阻式两类。压力传感器是能够感受压力信号，并将压力信号转换成可用的电信号的装置。根据压敏元件的主流技术原理的不同，汽车压力传感器主要分为电容式压力传感器和电阻式压力传感器，通常应用于发动机的进气歧管处、检测大气压力变化、检测涡轮增压机的增压压力、检测悬架系统的油压、实时检测轮胎压力、测量气缸内混合气燃烧压力等。

 

车身感知:位置传感器

位置传感器是测量元件运转或运动所处位置的装置。汽车位置传感器的工作原理主要有霍尔效应、磁电阻效应、光电式、电容式、电热式五种。根据用途不同可分为曲轴位置传感器、节气门位置传感器、车高与转角位置传感器、液位传感器、方位传感器、座椅位置传感器等。

 

 

车身感知:汽车温度传感器

温度传感器：汽车上应用最广泛的温度传感器是热敏电阻式温度传感器。汽车温度传感器将温度信号转化为可用输出信号，按照工作原理可分为热敏电阻式、热电偶式、热敏铁氧体式，其中热敏电阻式温度传感器应用最为广泛。根据应用场景的不同热敏电阻式温度传感器可分为进气温度传感器、冷却液温度传感器、车内外温度传感器、 蒸发器出口温度传感器、排气温度传感器等。

 

车身感知:汽车惯性传感器

惯性传感器是用于测量物体在惯性空间中运动参数的装置。根据运动是否呈线性的工作原理，惯性传感器分为线加速度传感器和角加速度传感器两类；按测量轴数量分为单轴、双轴、三轴加速度传感器。将线加速度传感器、角加速度传感器与其他测量元件组合搭配可以满足汽车安全控制及导航系统的需求，具体应用包括汽车安全气囊、ABS防抱死刹车系统、电子稳定程序（ESP）、电控悬挂系统等。

 

（线）加速度传感器：线加速度传感器又称加速度传感器，是通过测量传感器内部的惯性力并计算加速度数据的装置。按照工作原理的不同加速度传感器可分为交流响应型和直流响应型。交流加速度传感器的感测机构通常使用压电元件，分为电压输出式压电传感器和电荷输出式压电传感器；直流加速度传感器根据感测技术的不同可分为电容式和压阻式。

 

角（加）速度传感器：角加速度传感器又称角速度传感器，实质是陀螺仪。陀螺仪是利用动量矩（自转转子产生）敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或两个轴的角运动检测装置，可与加速度计共同构成惯性导航系统，是决定惯性导航系统精度的主要因素。

 

车身感知:空气流量传感器

空气流量传感器又称空气体流量计，可用于检测发动机进气量大小，是电喷发动机最重要的传感器之一。空气流量传感器通常安装在进气管上，将进气量信号转化为电信号传递给ECU，以供ECU确定喷油量和点火时间。对汽油喷射发动机进行电子调节，使其在各种旋转条件下基本都能获得最佳浓度的混合气，需要测量每时每刻吸入发动机的空气量，作为ECU计算（调节）喷油量的关键依据。如果空气流量传感器或电路出现故障，ECU得不到良好的进气信号，就无法适当调整喷油量，会造成混合气过浓或过稀，使发动机转动异常，甚至会造成零部件损坏。空气流量传感器分为体积式和质量式，其中体积式包括叶片式、卡门涡街式、量芯式， 质量式包括热线式、热模式。

 

车身感知:气体传感器

气体传感器是检测气体的种类和浓度等信息的装置。气体传感器按照技术原理的不同可以划分为半导体气体传感器、固体电解质气体传感器、催化燃烧气体传感器、电化学气体传感器、光学气体传感器等；根据被测气体的种类不同作用在汽车上的气体浓度传感器可以划分为氧传感器、NOX传感器、稀薄混合气传感器、 烟雾浓度传感器、柴油机烟度传感器。

 

2、市场规模

 

传感器产品在MEMS行业占据主导地位。据Yole数据，在MEMS行业产品结构中，传感器类产品合计占比65.38%。受益于物联网、人工智能、5G等新兴技术快速发展，MEMS应用前景广阔。据Yole数据，2020年全球MEMS行业市场规模为120.48亿美元，2026年市场规模有望达到182.56亿美元，CAGR可达7.17%；据中国信息通信研究院估计，2017-2022年汽车市场领域MEMS传感器市场规模有望从22.82亿美元增长至32亿美元，CAGR可达7%。

 

3、产业链分析

 

MEMS的工作原理是将输入的物理信号通过传感器转化为电信号，经信号处理后最终由执行器与外界产生作用。MEMS传感器产业链分为设计研发、生产制造、封装测试、系统应用四个环节。

 

 

（1）上游

 

上游包括原材料，芯片设计等环节，其中MEMS传感器材料分半导体材料，陶瓷材料，金属材料和有机材料四大块。

 

在设计研发方面，MEMS将产品的工艺流程、机电结构、包括封装和测试在内的验证相互交联在一起，往往需要数年时间完成多个设计闭环才能量产。

 

 

（2）中游

 

中游主要为MEMS传感器的制造，一般由芯片设计企业完成设计后交由第三方晶圆厂制造，MEMS对半导体制程的先进与否并不敏感，基础材料的属性是决定产品性能的根本因素，生产工艺会影响产品的精度及良率。此外MEMS行业还存在博世、意法半导体等大型IDM厂商。

 

与大规模集成电路产品均采用标准的CMOS生产工艺不同，MEMS传感器芯片本质上是在硅片上制造极微小化机械系统和集成电路的集合体，生产工艺具有较高的定制化特点。其技术先进性除了体现在MEMS传感器芯片的设计难度之外，还体现在MEMS传感器芯片生产工艺的可实现性方面。MEMS传感器的领先厂商不但需要具备突出的极微小化机械系统和集成电路的设计能力，也需要开发不同传感器芯片的生产工艺。

 

 

MEMS传感器生产制造有IDM和Fabless两种模式，国际大厂以IDM为主。

 

封装方面，MEMS通常分为芯片级、器件级和系统级封装三个层次，大多采用非标准工艺，由传统IC封装企业代工，封装的成本能占到总成本的40%以上；测试方面，MEMS与集成电路相比要求更高、测试的复杂程度更大，测试方法因MEMS传感器的种类而有差别，各厂商通常采用自研方法进行测试，封测成本通常能占到总成本的一半以上。

 

（3）下游

 

MEMS传感器下游广泛应用于汽车，通信，消费电子，工业产品等产业。

 

汽车电子方面，传感器需求日益提升，国产化需求迫切。据前瞻经济学人数据，传统汽车传感器装备数量至少90个；据四川省汽车产业协会的数据，目前平均每辆汽车装配24个MEMS传感器，高档汽车中搭载约25-40，甚至上百个MEMS传感器；其中应用较多的是加速度、压力传感器及陀螺仪等传感器。根据Wind数据，目前国内汽车行业中车用芯片自研率低于10%，90%以上的汽车芯片都必须依赖从国外进口，汽车核心芯片国产化的需求较为迫切。

 

4、相关公司

 

5、竞争情况

 

国内企业在设计、制造、测试设备等环节与海外企业相比仍有差距，核心竞争力有待提高。国内MEMS产业形成从前端设计到后端封装测试的完整链条，国内各环节龙头发展迅速，但在数量和规模上与海外依然存在差距。设计环节国内企业产品线单一、规模偏小，多数企业年收入低于1亿美元，商业化MEMS设计工具方面处于真空状态；制造方面工艺水平差距明显，仅能制备压力传感器等低端产品，尚未建立压电材料等高端制造工艺线，出货量有限；封装环节国内企业在技术上致力于三维封装等第四代技术的研发；中国大陆全球市场份额可达20.7%，仅次于中国台湾的42%，是全球第二大芯片封装基地；测试环节国内高质量测试设备企业较少，高端设备仍被国外龙头垄断。整体看产业链各环节与海外企业相比仍有差距，核心竞争力有待提高。

 

6、未来展望

 

未来MEMS传感器或将向更大晶圆尺寸、新敏感材料、纳米加工技术方向演进，呈现多项功能高度集成化和组合化的趋势。目前业界普遍应用6英寸、8英寸的晶圆制造工艺，更大尺寸的晶圆能够有效降低成本、提高产量；薄膜型压电材料具备工艺一致性、高可靠性、高良率、体积小的优势，可有效提高MEMS传感器的技术水平；传感器向更小尺寸演进的趋势，有望推动微电子加工技术特别是纳米加工技术的快速发展；在更小空间上的设计、降低成本、降低功耗的驱动下，MEMS传感器或将实现在同一衬底上集成多种敏感元器件、制成能够检测多个参量的多功能组合，向多项功能高度集成化和组合化的趋势发展。

 

MEMS惯性导航传感器有望随L2及以上车型采用高精度车载组合导航系统逐步放量。MEMS惯性导航传感器运用加速度计、陀螺仪等MEMS传感器的多轴惯性测量单元（IMU）测量加速度、角速度并计算运载体的位置信息，可使汽车不依赖外部信息交互并进行自主导航，为决策层提供连续的车辆位置和形态等信息。目前惯性导航在自动驾驶中的应用主要是与高精度卫星定位共同组成组合导航系统，实现高精度定位。据佐思数据库，2021年中国L2级自动驾驶乘用车的销售渗透率超过20%，部分L2级车型通过配置高精定位系统和高精地图实现了高速领航自动驾驶，如小鹏P7，蔚来EC6、ES6、ES8，广汽埃安V、埃安LX等车型可以选装高精定位方案，一汽红旗E-HS9、高合HiPhiX、2021款理想ONE等车型标配高精定位方案。因此能够认为MEMS惯性传感器有望随L2及以上车型采用高精度车载组合导航系统逐步放量。

 

汽车行业智能化、网联化的趋势与MEMS的发展浪潮相得益彰，未来有望催生出MEMS传感器更多元的汽车场景需求。物联网推动了MEMS产业发展的第三次浪潮，这与汽车网联化的发展趋势遥相呼应。随着自动驾驶化升级、智能多元场景的开发、车联网的发展，汽车MEMS传感器有望得到更多的增长需求。

 

四、环境感知传感器：自动驾驶水平提升，环境感知传感器有望放量

 

环境感知传感器是汽车之“眼”，是未来无人驾驶智能感知系统的基础。环境感知传感器是在汽车安全技术从被动安全向主动安全演进的过程中产生的。环境感知传感器捕捉外界信息并提供给汽车计算机系统用于规划决策，主要包括激光雷达、车载摄像头、毫米波雷达、超声波雷达等，是汽车之“眼”，是未来无人驾驶智能感知系统的基础。

 

1、前景分析

 

在科技发展、政策支持等方面的推动下，汽车产业电动化、网联化、智能化、共享化的“四化”趋势已初步显现，在自动驾驶的目标驱动下，单个汽车环境感知传感器使用数量呈上升趋势。2021年中国汽车市场总销量为2627.5万辆、同比增长3.81%，其中乘用车2148.2万辆、同比增长6.45%，新能源车352.1万辆、同比增长157.01%。据中国汽车工业协会预计，2025年中国汽车总销量有望达到3000万辆，其中新能源车销量有望达到900万辆。自动驾驶的目标驱动与汽车市场销量兴旺的趋势使汽车传感器市场具备放量的先决条件。

 

 

随着驾驶自动化水平升级，单车搭载的环境感知传感器的数量持续增加。L0向L2级的自动驾驶发展主要是使汽车具备更多的ADAS（advanced driver assistance system，高级驾驶辅助系统）功能以实现更多驾驶辅助场景，需安装车载摄像头、超声波雷达、毫米波雷达。L2步入L3级的方式目前有两种：1）“弱硬件强算法”的视觉方案，硬件上车载摄像头+毫米波雷达的搭配、不配备激光雷达；2）“强硬件弱算法”的激光雷达方案，硬件上配备车载摄像头+毫米波雷达+激光雷达。L3向L5级别的发展或需配置更多的车身感知传感器以实现完全自动驾驶。当下部分车企的自动驾驶技术已从L2升级至L3级，实现了在自动驾驶场景中从“人主导、车辅助”发展到“车主导、人辅助”的过渡，而目前市场中的多数汽车依然处在L2级以下。

 

2、车载摄像头：受益于汽车行业高景气度，CIS和车载镜头有望持续扩张

 

车载摄像头以感光成像的方式为ADAS功能提供输入。车载摄像头是监控汽车内外环境、将光学信号转换成电信号并呈现图像以辅助驾驶员行驶的设备，通常分为单目摄像头、双目摄像头、广角摄像头，安装在汽车的前视、环视、后视、侧视、内置等各个部位。摄像头的主要功能是感知外界环境，为碰撞预警、行人检测等ADAS功能实现提供视频信号输入。

（1）市场规模

 

受益于汽车智能化发展自2017年以来车载摄像头市场在数量和规模上呈现上升趋势，据OFweek数据，2017年至2020年中国车载摄像头市场出货量从1690万颗增长至4263万颗，CAGR为36.13%，市场规模从25亿元增长至57亿元，CAGR为31.62%，市场规模化效应已显现。

 

 

（2）产业链

 

车载摄像头主要由镜头组、图像传感器（CIS）、数字图像信号处理（DSP）组成，其中CIS成本占比最高。

 

上游分为光学镜片、滤光片、保护膜、晶圆等。其中“光学镜片+滤光片+保护膜”是镜头组的上游；晶圆是CMOS和DSP芯片的上游。

 

中游包括图像传感器、模组封装、镜头组、胶合材料与图像信号处理器，其中图像传感器的成本占比可达50%，模组封装和镜头组占比分别为25%、14%。图像传感器是车载摄像头核心技术。

 

镜头组、胶合材料、图像传感器经封装构成镜头模组，镜头模组将光电信号传递至DSP进行图像信号处理；DSP将模拟信号转化为数字信号，并与镜头模组封装集成，形成下游终端系统。

 

 

1）CIS是手机、汽车等领域的主流图像传感器

 

我们知道，图像传感器的最大应用市场在智能手机领域。随着智能手机市场趋于饱和，图像传感器芯片厂商也开始转战蓬勃兴起的智能汽车市场。汽车智能化的发展，对摄像头需求量剧增，预计2025年中国市场乘用车摄像头搭载量将超过1亿颗。巨大的需求也带动了汽车图像传感器的增长，并衍生出更多细分市场。

 

据ICV TANK 预测，汽车用CIS的市场规模将在2027年达到74亿美元。

 

按应用场景，汽车CIS可以细分为三类：ADAS用CIS、座舱用CIS、图像用CIS（主要用于人眼看，如环视后视）。根据Yole预测，到2026年，ADAS用CIS将达到1亿片，汽车图像用CIS（如环视后视）将达到1.82亿片，座舱用CIS将达到0.82亿片。一般最新的ADAS用CIS已经达到800万像素，动态范围开始达到140 dB，如下图所示：

部分ADAS用CIS参数对比表

来源：佐思汽研《2022年汽车图像传感器(CIS)芯片产业研究报告》

 

座舱用CIS一般帧率较高（60fps以上），往往采用全局快门，集成化技术使得驾驶员监控和乘员监控系统无需两个摄像头，只需一个摄像头就能有效运行。

环视后视类（图像类）CIS一般在100-300万像素，动态范围多数在120 dB，少数达到140 dB。

 

2）受益于车载镜头需求增长，车载镜头市场有望持续扩张

 

光学镜头是光学成像系统中的必备组件，直接影响成像质量和算法实现效果。根据镜片特性光学镜头主要分为塑胶镜头、玻璃镜头、玻璃塑胶混合镜头，其中玻璃塑胶混合镜头折射率高、光学性能稳定，多用于汽车领域作为车载镜头。

 

 

据TSR，2018-2022年全球光学镜头市场收入有望从59.16亿美元增长至88亿美元，其中车载镜头营业收入有望达到16.13亿美元；2017-2022年全球车载镜头出货量有望从11738.4万件增长至23468.9万件。

 

 

（3）相关公司

 

 

（4）竞争格局

 

海外企业把持传感器、模组等高价值量领域，国内厂商在车载镜头领域份额领先。图像传感器方面按照出货量、销售额两个口径分别统计，2020年，索尼、三星、豪威科技、格科微、SK海力士占据全球CIS业务的主要市场份额，中国厂商已具备国际化的实力；据安森美，其在汽车CMOS图像传感的全球市场市占率达到60%、在ADAS领域市占率达80%，在全球市场居主导地位。车载镜头方面，国内厂商凭借成本以及响应优势，在全球具备一定的领先地位，其中舜宇光学2020年全球市场份额排第一。

 

（5）未来展望

 

ADAS加速渗透下车载摄像头有望量价齐升。L2及以下等级的汽车普遍搭载不超过8颗摄像头，L3搭载8-12颗，L4、L5搭载12颗甚至更多数量的摄像头。目前市场中智能汽车的渗透度不高并且普遍处于L0-L2级，摄像头的单车搭载数量普遍较低。2021年至2022年ADAS功能加速普及，随着多种L3级车型的乘用车上市并交付，智能驾驶逐渐从L2向L3迈进，单车搭载摄像头数量有望增加。未来L4、L5成为主流车型后，单车摄像头的平均数量有望进一步提升。伴随自动驾驶化不断升级，车载摄像头在像素、探测距离等方面的技术需求提高，技术工艺有望迭代升级。根据前瞻经济学人，2020年中国车载摄像头市场规模较去年增长21.28%，高于同期出货量14.87%的增速，预计车载摄像头的单颗价值有望持续上升。

 

 

高像素CIS有望在汽车上普及。在2015年之前，车载CIS主要用于倒车影像与行车记录仪，对像素要求不高，普遍在30-72万之间；2015年之后，随着自动驾驶、ADAS技术的兴起，单个汽车摄像头的安装数量不断增加，同时在高灵敏度、高动态范围、消除LED闪光等性能上有了更高的需求，价值量不断提升。考虑蔚来ET7搭载11颗800万像素高清摄像头，未来高像素的CIS有望在汽车上普及。

 

3、激光雷达：当前处于发展期，技术路线多样

 

目前搭载激光雷达的小鹏P5、极狐阿尔法S全新HI版等车型已正式交付，威马M7、智己L7、小鹏G9、哪吒S、阿维塔11等搭载激光雷达的车型，也将在今年上市交付。可以说，2022年是激光雷达应用到车型的量产年。

激光雷达运用光频波段的电磁波对目标进行照射并接收回波，通过信号处理获得目标位置、高度、速度等信息，生成目标点云图，实现对目标的探测、跟踪和识别。

 

车载激光雷达按照机械旋转部件的有无，可分为机械激光雷达、固态激光雷达、混合固态激光雷达；按照线束数量多少可分为单线束激光雷达、多线束激光雷达；按照测距方式可分为ToF测距法、FMCW测距法。

 

我们认为，自动驾驶的发展速度最终取决于能否解放驾驶员双手，既达到L4级别。在算力、基础设施、网络速度等综合技术能够支撑L4的应用之前，即使有政策支持和车企的激进尝试，整个自动驾驶产业难言爆发。因此在L4之前的阶段，激光雷达渗透率的主要动力来源于车企的搭载意愿。由于激光雷达的成本较高，搭载的车型还将继续以高端车型为主。未来，如果固态雷达技术逐渐成熟，价格降至200美元以下，固态激光雷达将成为成熟的车载商用传感器。

 

（1）产业链

 

激光雷达产业链上游主要有激光器、探测器、模拟芯片、FPGA主控芯片、光学组件，这些元件构成了激光雷达的激光发射系统、光电接收系统、信号采集处理系统、控制系统，共同实现激光雷达对目标物体的探测功能。中游市场按照所生产激光雷达在扫描系统所使用不同技术路线可分为机械式激光雷达、MEMS激光雷达、Flash激光雷达和OPA激光雷达等，最后应用到下游汽车行业等领域。

 

 

（2）测距方式：ToF为当前主流，FMCW仍处于发展期

 

ToF与FMCW能够实现室外阳光下较远的测程（100~250m），是车载激光雷达的优选测距方法。ToF即飞行时间测距方法，通过测量光等信号在发射器和反射器之间的“飞行时间”来计算出两者间距离。FMCW测距方法通过发送和接收连续激光束，把反射光和本地光做干涉并利用混频探测技术来测量发送和接收的频率差异，再通过频率差换算出目标物的距离。

 

ToF是目前市场上车载中长距激光雷达的主流方案，ToF激光雷达系统主要包括发射模块、接收模块、控制及信号处理模块和扫描模块。FMCW激光雷达整机和上游产业链仍处于发展期。FMCW与ToF技术相比具备灵敏度高、探测距离远、抗干扰能力强、能够直接测速的优点，但在短期很难达到较高集成度的情况下，FMCW激光雷达成本较高，FMCW激光雷达的硅光芯片化有望推动成本下降或为发展趋势。

 

 

（3）发射模块：有望实现发射端的VCSEL取代EEL，FMCW光源处于发展期

 

在激光雷达芯片化架构趋势下，发射端逐渐采用平面化的激光器器件。EEL因具备高发光功率密度被广泛用作激光发发射器器件，EEL发光面位于半导体晶圆的侧面，需经过繁复地处理后才能使用，工艺上依赖人工装调难以标准化生产。而VCSEL（垂直腔面发射激光器）发光面与半导体晶圆平行，在工艺上与EEL相比更具优势；并且近年来国内外开发了多层结VCSEL激光器将其发光功率密度提升了5~10倍，弥补了传统的VCSEL激光器发光密度功率低的缺陷。未来VCSEL有望逐渐取代EEL，并且激光发射器的波长有望从905nm向1550nm演进。

 

 

FMCW激光雷达的光源不同于ToF激光雷达，窄线宽的线性调频光是实现相干检测的基础。目前商用的能够实现窄线宽输出的激光器有四种类型：分布式反馈激光器（DFB）、分布式布拉格反射激光器（DBR）、外腔激光器以及通过窄线宽激光器的种子元加上外调制的方案。

 

上述四种解决方案各自存在问题，DFB激光器、DBR激光器频率功率起伏大、线性度差，外腔激光器量产困难，外调制方案各项性能最优，但成本过高难以实现商业化。同时，以上方案还共同存在功率不足的问题。FMCW激光雷达的光源解决方案仍处于发展期。

 

 

（4）扫描模块：混合固态方案是当前上车的主流

 

根据扫描系统方案，激光雷达可分为机械式、混合固态（包括转镜式、MEMS）和全固态（包括Flash和OPA）。基于ToF方案的混合固态方案是当前上车的主流。混合固态激光雷达比机械式成本低、比纯固态(OPA、FLASH)方案成熟，易实现商业化推广，是第一个通过车规级规定、成本可控、满足车企性能要求、可实现批量供货的技术方案。目前混合固态激光雷达包括转镜、棱镜、MEMS等，均采用ToF方案。

 

 

（5）探测模块：SPAD/SiPM具有更高灵敏度

 

激光探测的核心器件是光电探测器，能把光能转换成电信号，主要要求包括频带宽、灵敏度高、线性输出范围宽、噪声低等。激光雷达探测器主要分为光电二极管（PD）、雪崩二极管（APD）、单光子雪崩二极管（SPAD）和硅光电倍增管（SiPM）四种，APD目前是激光雷达的主流探测器。

 

SPAD工作在盖革模式，能够达到106量级的增益。SiPM由SAPD阵列并联组成，与APD相比，SPAD/SiPM具有灵敏度高、结构紧凑等优点。SPAD/SiPM可探测距离超过200m、5%的低反射率目标，在明亮的阳光下也能工作，在具备较高分辨率的同时可采用小光圈与固态设计集成到汽车中，正成为新兴激光雷达探测器。

 

 

（6）竞争格局

 

激光雷达市场参与者众多，竞争格局较为分散，具有较强竞争力的厂商主要集中在中国、美国和欧洲。激光雷达市场份额分布较为分散。VALEO为激光雷达头部企业，占据28%的市场份额，而中国企业速腾聚创、大疆、图达通、华为和禾赛科技分别占据10%、7%、3%、3%和3%的市场份额。

 

 

（7）未来趋势

 

激光雷达未来或向纯固态方向演进，FMCW方案短期受制于成本。激光雷达从研发之初的单点式、单线扫描式，到后来的多线扫描式，再到技术方案不断创新的固态式、FMCW式，以及如今芯片化的发展趋势，不断进行技术迭代。FMCW对硅光芯片的要求比光通信产品更苛刻、成本在短期内难以降下来，工艺仍需时间成熟，而固态式的普及是当下的发展趋势。

 

4、毫米波雷达：国外企业技术领先，国内已经实现量产

 

毫米波雷达，是一种使用天线发射波长 1-10mm、频率 24-300GHz 的毫米波作为放射波的雷达传感器，通过处理目标反射信号获取汽车与其他物体相对距离、相对速度、角度及运动方向等物理环境信息。

 

相较于摄像头和激光雷达等车载传感器，毫米波雷达具有独特的优势。1）集成度高，受外界环境影响小：毫米波波长介于厘米波及光波之间，兼具微波制导和光电制导的优点，与微波导引头相比，毫米波导引头体积小、重量轻、集成度高，与红外导引头相比，毫米波导引头穿透烟雾能力强，且具备一定反隐身能力，可全天候全天时工作；2）测量精度高：毫米波频率高，多普勒效应显著，距离和速度测量精度高（可达厘米级别），此外，毫米波雷达可在小天线口径下获得窄波束，细节分辨能力强、被截获性低、抗干扰能力强；3）性价比较高：毫米波雷达探测距离约为200m，相较于激光雷达，毫米波雷达的成本很低，可以在自动驾驶汽车上大规模推广应用。

 

目前，77GHz雷达由于其体积较小，更容易实现单芯片的集成，且具有更高的识别精度、更高的信噪比以及更强的穿透能力，已经成为毫米波雷达行业的主流。在另一方面，根据美国FCC和欧洲ESTI规划，24GHz的宽频段（21.65-26.65GHz）在2022年过期。因此，随着规模的扩大和成本的进一步下降，77GHz将成为毫米波雷达未来市场的发展趋势。

 

 

（1）产业链及相关公司

 

 

1）上游

 

毫米波雷达的产业链上游包括MMIC单片微波集成电路、基带数字信号处理芯片、天线高频PCB板。硬件成本占比约50%，每一部分均存在技术壁垒，国内厂商处于追赶的状态。毫米波雷达的核心部件为MMIC芯片和天线PCB板。

 

MMIC：MMIC电路中核心芯片目前基本来自恩智浦（NXP）、英飞凌、德州仪器（TI）等海外芯片设计公司。MMIC成本占比达到约25%左右。

 

天线高频PCB板：目前雷达天线高频PCB板由沪电股份、罗杰斯、Isola、施瓦茨、松下电工、雅龙等少数公司掌握。国内大多数高频PCB板厂商暂无技术储备，只能根据图纸代加工，元器件仍需国外进口。天线高频PCB板成本占比达到约10%左右。

 

基带数字信号处理器：高端DSP芯片和FPGA芯片主要被国外企业垄断，DSP芯片供应商有飞思卡尔、英飞凌、亚德诺半导体、意法半导体等公司，FPGA芯片供应商有赛灵思、阿尔特拉、美高森美、莱迪思等公司。数字信号处理器成本占比达到约10%左右。

 

2）中游

 

主要是毫米波雷达生产企业，软件成本占比达到50%。中游企业主要进行毫米波雷达算法研发。算法需要大量数据支持，研发投入需求较大，是雷达性能的决定性因素之一。毫米波雷达生产国外企业包括博世、大陆、电装Denso、海拉、富士通Fujitsu、采埃孚天合TRW等。国内企业包括保隆科技、德赛西威、雷科防务、华域汽车、加特兰等。

 

（2）竞争格局

 

从毫米波雷达的市场格局来看，由海外企业占据核心技术与主要份额。全球市场主要由博世、大陆集团、天合汽车集团、法雷奥、海拉、德尔福、电装、奥托立夫、富士通等厂商占据。77GHz毫米波雷达技术主要掌握在博世、大陆、德尔福、电装、TRW、富士通天、Hitachi等公司手中。国内企业技术不断成熟已经加入市场竞争。

 

 

（3）市场规模及趋势

 

全球毫米波雷达市场快速增长。据中商产业研究院统计，2015 年全球车载毫米波雷达市场规模为19.4亿美元，在自动驾驶技术的推动下，市场规模逐年增加，预计到2020年将超过50亿美元。据Yole公司预计，到2022年全球车载毫米波雷达的市场空间将达到75亿美元，6年CAGR将达到25%；出货量方面，预计到2020年，全球车载毫米波雷达出货量将接近7000万颗。

 

根据亿欧汽车与中研网的数据，2020年我国毫米波雷达的市场规模为180亿元。根据高工智能汽车研究院数据，2021年1-11月国内上市新车搭载前向/角毫米波雷达上险量为1186.91万颗，同比增长44.55%。

 

国内外毫米波雷达市场仍将保持快速增长。现阶段大多数智能化程度更高的汽车采用4个短距毫米波雷达+1个长距毫米波雷达的装配模式，未来毫米波雷达的单车搭载量将随着汽车智能化的发展而不断攀升。

 

5、超声波雷达：逐步实现国产替代，市场格局几乎定型

 

目前车载超声波雷达在自动驾驶中基础应用是泊车辅助预警，能以声音或者更为直观的显示器告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员驻车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷。一般汽车需要配备12个超声波雷达传感器，随着未来超声波雷达的产品性能不断提高，应用场景有望向自动驾驶领域进一步拓宽，并在L3-L5级别的自动驾驶中起到更多作用。

 

超声波雷达，其工作原理是向外发出并接收超声波，根据超声波的折返时间来测算距离。根据在汽车上的安装位置不同超声波雷达可分为UPA（超声波驻车辅助）和APA（自动泊车辅助）两种类型；UPA探测距离一般在15~250cm之间，感测距离较短，但是频率较高，为58kHz，精度高。APA探测距离一般在30~500cm之间，感测距离较长，但是频率较低，为40kHz，精度一般。

 

 

（1）产业链及相关公司

 

超声波雷达测距方式简单，产业链成熟，单体价格相对低廉，平均售价100元左右。超声波雷达上游主要为芯片和传感器供应商，芯片主要依赖进口，如飞思卡尔（恩智浦NXP收购）等厂商，传感器已经实现国产化。超声波雷达中游为超声波雷达生产商，主要参与者可以分为国际Tier1、国内Tier1以及初创公司。由于超声波雷达技术较为成熟，故国内外玩家之间的差距主要在于传感器实现上的稳定性和可靠性，但整体差异较小。其中国际Tier1主要是博世、法雷奥、大陆，国内Tier1主要是奥迪威、辉创电子、航盛电子、同致电子，初创企业有晟泰克、辅易航（中科创达收购）等。产业链下游即为汽车厂商。

 

 

（2）竞争格局

 

全球车载超声波雷达市场方面，据 P&S Intelligence 数据，2019 年，全球车载超声波雷达市场规模为34.60亿美元（约合人民币243.90亿元）；该机构预测，2020年至2030年，全球车载超声波雷达市场规模将保持5.10%复合年增长率，并于2030年达到61亿美元（约合人民币429.80亿元）。国内超声波雷达市场方面，高工智能汽车研究院监测数据显示，2021年1-8月国内新车前装（标配）搭载超声波雷达上险量为6,400.74万颗，同比上年同期增长23.49%；其中泊车用APA超声波传感器上险量为626.93万颗，同比增长25.43%。

 

在全球市场竞争格局上，超声波雷达传感器领域主要公司有国际供应商博世、法雷奥、村田制作、尼赛拉，国内供应商奥迪威、上富股份等。这些供应商可以分为三个梯队，第一梯队为国际知名供应商博世、法雷奥等，第二梯队为国内知名供应商辉创电子、航盛电子、同致电子等，第三梯队为行业初创企业晟泰克、辅易航等。

 

 

（3）超声波雷达发展有望随自动泊车应用推广受益

 

当前主机厂推出的自动泊车APA方案基本采用12颗超声波雷达。2019-2020年，4颗超声波雷达方案占据大部分市场，主要实现倒车辅助功能。2019年12颗超声波雷达方案的占比仅为9.6%左右，预计到2025年12颗超声波雷达方案的渗透率将达到26.1%。随着自动泊车商业化推广，12颗超声波雷达方案占比正在快速攀升，有望成为未来智能汽车的主流。

 

 

五、市场展望

 

智能化趋势下，感知类传感器使用量增多：随着L2/L2+渗透率的不断普及，整车需要通过环境感知类传感器识别车身周围环境，单车使用量随着智能驾驶等级的提升不断增加。根据前瞻产业研究院预测，2026年中国汽车传感器市场规模预计达到982亿元，市场空间广阔。

 

现在我们只是看到了未来驾驶的一小部分。传感器技术可以为驾驶员和最终的自动驾驶做更多事情，随着技术的不断发展，更多的功能将被添加到汽车上。

 

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来 源：感知芯视界

编辑：仪器仪表WXF

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