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车载激光雷达市场潜力巨大

近年来,新能源汽车与智能化、网联化技术加速融合,使得自动驾驶技术得到了快速发展和应用。激光雷达成为自动驾驶系统中的重要感知传感器之一。我国也在不断加强政策引导和支持,鼓励技术创新和产业化发展。2019年10月,国家发改委发布《产业机构调整指导目录(2019年本)》,明确提出发展智能汽车传感器及融合感知技术,促进产业数字化、网络化、智能化升级。2020年2月,国家发改委等11部门联合发布了《智能汽车创新发展战略》。作为智能网联汽车的顶层规划文件,该政策进一步明确提出推进车载高精度传感器产品研发,建设关键零部件产业集群。激光雷达作为高精度传感器,被广泛认为是实现高等级自动驾驶的必要传感器,重要性愈发突出。

三种主要技术路线
激光雷达(简称LiDAR)是通过发射红外激光束的探测信号,与障碍物相遇后将反射回来的信号与发射信号进行比较处理,得到目标物的位置、距离、方位、速度、姿态、形状等信息,以实现避障或自主导航功能。激光雷达主要包括激光发射、扫描系统、激光接收和信息处理四大系统。这四个系统相辅相成,形成传感闭环。
自动驾驶感知系统主要包括激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达和摄像头。激光雷达凭借着探测距离远、高分辨率、高成像能力、抗电磁干扰能力强和算力需求相对低等优势,成为未来高等级自动驾驶汽车感知系统中的重要部件,并与其他传感器融合互补,提高感知信息冗余,保障自动驾驶安全。
当前,激光雷达主要有三种技术路线,分别是机械式激光雷达、混合固态激光雷达以及全固态激光雷达。混合固态激光雷达主要为MEMS(微振镜)激光雷达,固态激光雷达主要为Flash(泛光面阵式)和OPA(光学相控阵)。其中,MEMS激光雷达具有体积小、低成本、易量产的优势,成为当前自动驾驶汽车应用最广泛的技术产品,我国主要企业有华为、速腾聚创和览沃科技等。(见表1)

发展潜力与挑战

2021年,我国多家汽车品牌推出搭载激光雷达的智能驾驶汽车。小鹏P5成为全球首款搭载激光雷达的上市车型。2021年也成为激光雷达量产上车的元年,激光雷达市场也进入高速发展期。据相关预测,2025年我国车载激光雷达市场规模将达240亿元人民币,激光雷达渗透率可达30%以上。从产业链和价值链的角度来看,激光雷达是下游自动驾驶、导航、测绘等应用场景的核心零部件,目前呈现供不应求的市场状态。因此,激光雷达具有很强的产业附加值,行业整体盈利和市场空间较大。(见表2)

我国车载激光雷达产业发展潜力巨大,但当前仍然面临诸多问题,亟需进一步解决。一是激光雷达核心技术落后于国外先进企业。Velodyne、Quanergy、Ibeo等国外企业凭借先发技术优势已经积累大量技术专利,并占据较大市场份额。二是上游核心元器件被国外企业垄断。激光雷达上游包括大量光学元器件、电子元器件及芯片等,目前基本被国外企业垄断。三是激光雷达价格过高成为量产装车的主要阻碍。不同品质的激光雷达在价位上有很大差异,车载混合固态和固态式激光雷达价格基本在1000美元以内,而部分高端机械式激光雷达价格更是高达3万元以上,成为影响上车应用的主要因素。(见表3)

未来发展趋势
为更好地满足自动驾驶汽车的性能和搭载要求,下一代激光雷达将朝着高性能、低成本、小型化和固态化趋势发展。在高性能方面,激光雷达的探测距离、测量精度和方位角是评价激光雷达技术能力最主要的技术指标。随着汽车自动驾驶水平的提高,需要更高性能的激光雷达来满足多样化复杂化的场景需求。在低成本方面,成本高一直是制约激光雷达获得大规模应用的最大障碍。目前各企业正通过技术创新来推动成本降低。在小型化方面,未来的车用激光雷达须具备小型化和轻量化的特点。激光雷达单机重量不应超过1kg,便于嵌入车身,有利于整车灵活布置安装。在固态化方面,目前市面上用于自动驾驶技术研发的激光雷达多是机械扫描激光雷达,存在体积大、寿命短等方面的劣势,不能适应广泛装车应用。未来将利用半导体工艺将机械部件集成,实现体积小、质量轻、可靠性高和环境适应性强的全固态激光雷达。
智能网联汽车是新科技革命带动下汽车工业转型升级的战略方向和未来社会生态建设的必然选择,也是拉动我国汽车产业经济增长的新引擎。作为自动驾驶汽车重要的感知传感器,激光雷达也应该从技术创新、生态建设和推广应用等方面加大支持力度,推进产业高质量发展。
一是加强激光雷达关键技术创新。通过国家重点研发计划等研究专项加大对激光雷达技术创新,重点围绕激光发射、采集和数据处理等关键技术,以及与其他传感器的多元感知融合技术。同时,建议激光雷达头部企业成立技术创新联盟,联合开展技术攻关,降低研发成本,布局重点技术专利,完善技术标准体系。
二是构建自主可控的产业生态体系。将激光雷达上游光学、电子元器件及相关芯片等关键零部件纳入国家基础元器件产业发展行动计划,促进产业链补链强链。加强产业资金支持,引导社会资本投资产业链上游领域。支持领先企业扩大产业链布局,对上游重点领域企业给予增值税减免等优惠措施。
三是推动与整车企业的协同合作。依托国有汽车企业,鼓励采购应用自主激光雷达产品,加速国产激光雷达在实际应用中持续优化、试错更新,满足车规级性能要求。同时规模化应用将进一步降低产品成本,提高激光雷达产品市场竞争力。
注:本文作者系中国汽车技术研究中心有限公司,本文首发于《汽车纵横》杂志2022年9月刊
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