汽車(chē)智能化發(fā)展已經(jīng)成為電動(dòng)化后最為重要的產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，自動(dòng)駕駛也正在快速重塑整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈。

自動(dòng)傳感器兩種發(fā)展路徑

當(dāng)前，行業(yè)普遍將自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)鏈分為三個(gè)層級(jí)，即感知層、決策層以及執(zhí)行層。其中，作為汽車(chē)的“眼耳”，感知層的元器件構(gòu)成復(fù)雜，是數(shù)據(jù)采集的入口，其采集數(shù)據(jù)的精確度和效率直接影響著決策系統(tǒng)的判斷和執(zhí)行系統(tǒng)的操作，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的前提。具體包含激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、高清攝像頭以及高精度地圖等，并且不同的自動(dòng)駕駛技術(shù)路線(xiàn)，傳感層的元器件組合也不相同。

圖1：自動(dòng)駕駛感知層、決策層及執(zhí)行層

自動(dòng)駕駛傳感器的選擇，目前各大企業(yè)探索出了兩種不同路徑：一種是由攝像頭主導(dǎo)、配合毫米波雷達(dá)等傳感器組成，即構(gòu)成純視覺(jué)算法，典型代表為特斯拉、Mobileye；另一種是由激光雷達(dá)主導(dǎo)，配合攝像頭、毫米波雷達(dá)等傳感器組成，即構(gòu)成激光雷達(dá)算法，典型代表為Waymo、百度Apollo、小馬智行自動(dòng)駕駛企業(yè)。

多傳感融合：傳感層的主流趨勢(shì)

以當(dāng)前的技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，并不能依托單一的傳感器，多傳感融合成為當(dāng)下的主流趨勢(shì)。但是，傳感層涉及到每種傳感器其工作原理、材料特性、制造工藝等都各不相同，因此，其應(yīng)用的性能、成本也都存在巨大的差異。

高清攝像頭應(yīng)用較為廣泛，其成本也相對(duì)較低，可實(shí)現(xiàn)特征類(lèi)符號(hào)的檢測(cè)與識(shí)別，如車(chē)道線(xiàn)檢測(cè)、交通標(biāo)志識(shí)別、交通燈識(shí)別、行人和車(chē)輛檢測(cè)等，如同“眼睛”，為決策層提供視覺(jué)信息。

激光雷達(dá)在獲取目標(biāo)距離、方位、高度、速度等方面效果最好，但是，在所有傳感元器件中的成本方案也是最高的。當(dāng)前，激光雷達(dá)是推動(dòng)L3+自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)的重要元器件。

超聲波雷達(dá)探測(cè)距離短，是汽車(chē)上最常見(jiàn)的感應(yīng)元器件，常安裝在車(chē)前后保險(xiǎn)杠上，多用在倒車(chē)?yán)走_(dá)上。

毫米波雷達(dá)具有體積小、易集成和空間分辨率高的特點(diǎn)，一般用于探測(cè)車(chē)距及前車(chē)速度，幫助汽車(chē)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)剎車(chē)、自適應(yīng)巡航等功能。

圖2：自動(dòng)駕駛感知層傳感器功能

高精度地圖相較普通導(dǎo)航地圖，其精度更高、數(shù)據(jù)維度更多。精度更高體現(xiàn)在精確到厘米級(jí)別，數(shù)據(jù)維度更多體現(xiàn)在其包括了除道路信息之外的與交通相關(guān)的周?chē)o態(tài)信息。

因此，無(wú)論是車(chē)企，還是自動(dòng)駕駛技術(shù)企業(yè)，在考慮功能和方案落地成本上，都會(huì)采取多傳感的組合方式。例如，對(duì)識(shí)別要求較高的功能如智能大燈、道路偏離預(yù)警、道路保持輔助、緊急制動(dòng)、行人檢測(cè)、道路標(biāo)志識(shí)別采用以攝像頭為主的組合方案，而對(duì)測(cè)距要求較高的如自適應(yīng)巡航等，采用以雷達(dá)傳感器為主的方案。

以蔚來(lái)即將量產(chǎn)的新車(chē)新嫩管ET7為例，其搭載的傳感器硬件共有33個(gè)，其中包括11個(gè)高清攝像頭、12個(gè)超聲波雷達(dá)以及5個(gè)毫米波雷達(dá)；小鵬P5作為全球首款量產(chǎn)激光雷達(dá)的智能汽車(chē)，搭載了2個(gè)高精度的激光雷達(dá)、 5個(gè)毫米波雷達(dá)、12個(gè)超聲波傳感器、13個(gè)高清攝像頭以及一組高精度定位單元（GPU+IMU），能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航輔助駕駛（NGP）。

接下來(lái)，文章將具體介紹激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、高清攝像頭以及高精地圖的工作原理和性能。

圖3：自動(dòng)駕駛各傳感器功能、優(yōu)劣勢(shì)及成本對(duì)比

1.高清攝像頭

車(chē)載攝像頭作為自動(dòng)駕駛傳感層主流傳感器之一，其工作原理是通過(guò)在汽車(chē)的前視、后視和環(huán)視等方向安裝高清攝像頭，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛360°視覺(jué)感知，實(shí)現(xiàn)車(chē)道輔助預(yù)警、盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、泊車(chē)輔助、全景泊車(chē)、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)、行人碰撞預(yù)警等多項(xiàng)智能駕駛功能。

從攝像頭的功能來(lái)看，車(chē)高清攝像頭又被分為單目、多目、廣角、夜視等多種類(lèi)型。據(jù)了解，由于雙目攝像頭需要高算力芯片支持，且成本相對(duì)較高，是單目攝像頭的成本的50%左右，雙目攝像頭的普及還需要一定時(shí)間，因此，單目攝像頭是目前主流的車(chē)載攝像頭。

車(chē)載攝像頭覆蓋率較低，市場(chǎng)潛力巨大。要完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，汽車(chē)必須配置五類(lèi)攝像頭，伴隨智能駕駛等級(jí)提升，單車(chē)車(chē)載攝像頭數(shù)量增長(zhǎng)，單車(chē)攝像頭配置數(shù)量至少為 12個(gè)，L5預(yù)計(jì)需要12—15顆。例如，特斯拉以視覺(jué)傳感為核心，其自動(dòng)輔助駕駛（Autopilot）共配置了8個(gè)攝像頭，包括3個(gè)前置攝像頭、2個(gè)側(cè)方前視攝像頭、2個(gè)側(cè)方后視攝像頭和1個(gè)后視攝像頭。

隨著無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展，L3以上智能駕駛車(chē)型對(duì)攝像頭的需求將增加。根據(jù)法國(guó)行業(yè)研究公司Yole數(shù)據(jù)顯示，全球平均每輛汽車(chē)搭載攝像頭數(shù)量將由2018年的1.7顆增加至2023年的3顆。從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，松下、法雷奧、富士通天、大陸、麥格納等廠(chǎng)商占據(jù)較大份額，前五大產(chǎn)商市場(chǎng)份額合計(jì)在59%左右，集中度相對(duì)較高。

2.激光雷達(dá)

激光雷達(dá)是激光探測(cè)與測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，其工作原理主要是通過(guò)測(cè)定傳感器發(fā)射器與目標(biāo)物體之間的傳播距離，分析目標(biāo)物體表面的反射能量大小、反射波譜的幅度、頻率和相位等信息，從而呈現(xiàn)出目標(biāo)物精確的三維結(jié)構(gòu)信息。

激光雷達(dá)作為自動(dòng)駕駛解決方案的關(guān)鍵傳感元器件，其最大優(yōu)勢(shì)在于能夠利用多普勒成像技術(shù)，創(chuàng)建出目標(biāo)清晰的3D圖像。根據(jù)結(jié)構(gòu)特征，激光雷達(dá)分為機(jī)械式激光雷達(dá)、混合固態(tài)激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)。機(jī)械式激光雷達(dá)以一定的速度旋轉(zhuǎn)，在水平方向采用機(jī)械360°旋轉(zhuǎn)掃描，在垂直方向采用定向分布式掃描以搜集動(dòng)態(tài)信息；混合固態(tài)激光雷達(dá)MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）微鏡把所有的機(jī)械部件集成到單個(gè)芯片上，利用半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)，不需要機(jī)械式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，而是以電的方式來(lái)控制光束；固態(tài)激光雷達(dá)分為OPA固態(tài)激光雷達(dá)和Flash固態(tài)激光雷達(dá)。

當(dāng)前，大部分高級(jí)自動(dòng)駕駛企業(yè)更傾向機(jī)械式激光雷達(dá)，其主要分為1線(xiàn)、4線(xiàn)、8線(xiàn)、16線(xiàn)、32線(xiàn)、64線(xiàn)、128線(xiàn)等，線(xiàn)數(shù)越大，激光雷達(dá)的性能就越高。機(jī)械式激光雷達(dá)的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，同時(shí)高線(xiàn)束的機(jī)械式激光雷達(dá)能夠獲得更高的分辨率與測(cè)距距離，所以其目前會(huì)獲得高級(jí)自動(dòng)駕駛商的青睞。

目前我國(guó)車(chē)載激光雷達(dá)尚處于起步階段，自動(dòng)駕駛企業(yè)尚未大規(guī)模采用，競(jìng)爭(zhēng)格局仍未穩(wěn)定。國(guó)外主要的激光雷達(dá)公司包括Velodyne、Ibeo、Quanergy、Innoviz和LeddarTech等；國(guó)內(nèi)主要的激光雷達(dá)公司包括禾賽科技、北科天繪、速騰聚創(chuàng)、北醒光子、鐳神智能以及大族激光、大疆子公司Livox等。

3.超聲波雷達(dá)

超聲波雷達(dá)雖然是所有傳感元器件中“不起眼”的一個(gè)部件，但是超聲波雷達(dá)是最早運(yùn)用在汽車(chē)之上的。其工作原理主要是通過(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。其工作頻率有三種：40kHz、48kHz和58kHz，一般來(lái)說(shuō)，頻率越高，其靈敏度越高。

根據(jù)搭載在車(chē)上的位置不同，可以將超聲波雷達(dá)分為兩種類(lèi)型，第一種是被稱(chēng)為UPA（超聲波駐車(chē)輔助，Ultrasonic Parking Assistant）的超聲波雷達(dá)，主要安裝在汽車(chē)前后保險(xiǎn)杠上，用于測(cè)量汽車(chē)前后障礙物的倒車(chē)?yán)走_(dá)；另一種是被稱(chēng)為APA（自動(dòng)泊車(chē)輔助，Automatic Parking Assistant）的超聲波；雷達(dá)，其主要是安裝在汽車(chē)側(cè)面，用于測(cè)量側(cè)方障礙物距離。

根據(jù)目前量產(chǎn)車(chē)型來(lái)看，一套汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)需要安裝4個(gè)超聲波傳感器。而自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)是在倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再增加4個(gè)UPA和4個(gè)APA超聲波雷達(dá)，一共是12個(gè)。據(jù)悉，目前國(guó)內(nèi)在售車(chē)型的倒車(chē)?yán)走_(dá)功能滲透率已接近100%，而自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)滲透率在2019年達(dá)到了22%，有望在2025年達(dá)到50%。

超聲波雷達(dá)的優(yōu)劣勢(shì)也非常明顯，除了成本低，其超聲波的能量消耗較緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)，測(cè)距的方法簡(jiǎn)單。但是超聲波雷達(dá)測(cè)量距離有一定的局限性，由于超聲波的傳輸速度容易受天氣影響，在不同的天氣情況下，超聲波的傳輸速度不同，而且傳播速度較慢，當(dāng)汽車(chē)高速行駛時(shí)，使用超聲波測(cè)距無(wú)法跟上汽車(chē)的車(chē)距實(shí)時(shí)變化，誤差較大。

超聲波雷達(dá)的主要生產(chǎn)商有博世、法雷奧、日本村田、尼塞拉、電裝、三菱、松下、中國(guó)臺(tái)灣同致電子、航盛電子、豪恩、輝創(chuàng)、上富、奧迪威等。傳統(tǒng)的超聲波雷達(dá)多用于倒車(chē)?yán)走_(dá)應(yīng)用，這部分市場(chǎng)基本被博世、法雷奧占據(jù)，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商很多，但能進(jìn)前裝市場(chǎng)的寥寥無(wú)幾。

4.毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)其工作原理主要是通過(guò)發(fā)射電磁波信號(hào)，接收目標(biāo)反射信號(hào)來(lái)獲得車(chē)身周?chē)渌系K物的相對(duì)速度、相對(duì)距離、角度、運(yùn)動(dòng)方向等。根據(jù)頻率的不同，毫米波雷達(dá)可分為中短距和長(zhǎng)距。其中77GHz性能更優(yōu)，未來(lái)有望成為主流。而一般車(chē)用毫米波雷達(dá)的工作頻段為21.65—26.65GHz和76—81GHz，主流車(chē)毫米波雷達(dá)的工作頻率是24GHz、77GHz和79GHz三個(gè)頻段附近。

目前，車(chē)載雷達(dá)頻段主要集中在24GHz、60GHz和77GHz這3個(gè)頻段。其中，24GHz的波長(zhǎng)是1.25cm，60GHz是5mm，77GHz的波長(zhǎng)只有3.9mm。據(jù)悉，頻率越高波長(zhǎng)越短，分辨率、精準(zhǔn)度就越高。因此，精度更高的77GHz毫米波雷達(dá)正成為智能汽車(chē)的重要傳感器。

隨著技術(shù)的演進(jìn)，激光雷達(dá)駛?cè)肓税l(fā)展的快車(chē)道，4D毫米波雷達(dá)開(kāi)始進(jìn)入大眾視野。一般而言，毫米波雷達(dá)面對(duì)惡劣天氣等，其感知過(guò)程具備較高可靠性與穩(wěn)定性，如今，在增加了對(duì)目標(biāo)垂直高度的測(cè)量能力后，4D毫米波雷達(dá)將為更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛發(fā)展奠定夯實(shí)的傳感基礎(chǔ)。

正當(dāng)特斯拉準(zhǔn)備剔除毫米波雷達(dá)時(shí)，在今年上海車(chē)展上華為推出了4D毫米波雷達(dá)，據(jù)其官方介紹，其4D成像雷達(dá)采用12T24R的大天線(xiàn)陣列，跟常規(guī)的毫米波雷達(dá)3T4R天線(xiàn)配置相比，提升了足足24倍，更是比業(yè)界典型的成像雷達(dá)多了50%接收通道。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年，全球車(chē)載毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模為288億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為30%—35%左右，初步預(yù)測(cè)2023年全球車(chē)載毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模有望突破900億美元。

中國(guó)市場(chǎng)中高端汽車(chē)裝配的毫米波雷達(dá)傳感器全部都依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口，自主車(chē)載毫米波雷達(dá)產(chǎn)品總體仍處于研制階段。在全球毫米波雷達(dá)市場(chǎng)上，主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫、Denso、德?tīng)柛５葌鹘y(tǒng)零部件巨頭所壟斷，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商對(duì)于毫米波雷達(dá)的研發(fā)方向集中于24GHz。

5.高精度地圖

高精度地圖（Precision Map），即指高精度、精細(xì)化定義的地圖，其精度需要達(dá)到厘米級(jí)。與傳統(tǒng)導(dǎo)航電子地圖不同，高精度地圖是提供給計(jì)算機(jī)使用的，為輔助駕駛和自動(dòng)駕駛提供重要的道路信息保障。作為自動(dòng)駕駛最核心的傳感技術(shù)之一，尤其面對(duì)L3以上級(jí)別的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，高精度地圖已成為必不可少的組成部分。

圖4：傳統(tǒng)電子導(dǎo)航地圖與高精地圖對(duì)比

在導(dǎo)航電子地圖及導(dǎo)航服務(wù)領(lǐng)域，伴隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)智能化、網(wǎng)聯(lián)化快速發(fā)展，高精度地圖成為了助力自動(dòng)駕駛汽車(chē)落地的必備選項(xiàng)。當(dāng)前，導(dǎo)航電子地圖產(chǎn)品能力及服務(wù)形態(tài)加速向高精度、高精細(xì)化、可滿(mǎn)足云端在線(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)用、可快速更新等方向進(jìn)行演進(jìn)和升級(jí)。

高精度地圖作為自動(dòng)駕駛重要的感知基礎(chǔ)技術(shù)之一，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外車(chē)企量產(chǎn)智能駕駛汽車(chē)的優(yōu)先選擇。在自動(dòng)駕駛技術(shù)路徑上，雖然特斯拉主要依托精密的視覺(jué)算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，但寶馬、奧迪、奔馳以及小鵬等造車(chē)新勢(shì)力都紛紛選擇以激光雷達(dá)為主的自動(dòng)駕駛技術(shù)路線(xiàn)，高精地圖有了更多量產(chǎn)落地機(jī)會(huì)，搭載高精度地圖和高精定位也成為了眾多車(chē)企的必選項(xiàng)。

奪得高級(jí)別自動(dòng)駕駛高精地圖量產(chǎn)訂單，將是中國(guó)圖商贏得市場(chǎng)的重要手段。隨著自動(dòng)駕駛汽車(chē)量產(chǎn)加速，高精度地圖數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、使用、更新與分享或會(huì)產(chǎn)生新的商業(yè)模式，產(chǎn)業(yè)發(fā)展將進(jìn)入量產(chǎn)化博弈新階段。2021年，各車(chē)企L3車(chē)型密集上市，更多的智能駕駛汽車(chē)會(huì)搭載高精度地圖，高精度地圖市場(chǎng)規(guī)模將實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。從各主機(jī)廠(chǎng)即將量產(chǎn)的L3級(jí)車(chē)型的高精度地圖供應(yīng)商來(lái)看，中國(guó)高精度地圖市場(chǎng)率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的圖商主要是高德地圖、百度地圖、四維圖新等。

當(dāng)前，自動(dòng)駕駛繼無(wú)人出租車(chē)試點(diǎn)運(yùn)營(yíng)之后，再次掀起商業(yè)化新浪潮。11月26日，國(guó)內(nèi)首個(gè)自動(dòng)駕駛出行服務(wù)商業(yè)化試點(diǎn)在北京開(kāi)放，這標(biāo)志著我國(guó)自動(dòng)駕駛領(lǐng)域從測(cè)試示范邁入商業(yè)化試點(diǎn)的新階段。首批獲許開(kāi)展商業(yè)化試點(diǎn)服務(wù)的企業(yè)，將在北京經(jīng)開(kāi)區(qū)內(nèi)60平方公里的范圍內(nèi)，開(kāi)展商業(yè)化試點(diǎn)服務(wù)。隨著自動(dòng)駕駛汽車(chē)迎來(lái)實(shí)質(zhì)性的商業(yè)化落地，將進(jìn)一步拉動(dòng)自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)鏈上下游的發(fā)展，而在自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)鏈中，傳感器是鏈條上游最重要的部分之一，傳感器的性能、成本、可靠性等都深刻影響到中游的自動(dòng)駕駛集成方案和下游智能汽車(chē)研發(fā)。