一文看尽汽车传感器产业,汽车的五官长

先进驾驶辅助系统（AdvancedDriverAssistantSystem），简称ADAS，是利用安装于车上的各式各样的传感器，在第一时间收集车内外的环境数据，进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理，从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险，以引起注意和提高安全性的主动安全技术。

汽车传感器装备的目的不同，可以分为提升单车信息化水平的传统微机电传感器（MEMS）和为无人驾驶提供支持的智能传感器两大类。MEMS在汽车各系统控制过程中进行信息的反馈，实现自动控制，是汽车的“神经元”。而智能传感器则直接向外界收集信息，是无人驾驶车辆的“眼睛”。

本期的智能内参，我们推荐国元证券的报告《车载MEMS及智能传感器研究》，详解传统传感器、MEMS和四种智能传感器的技术特点、行业现状和市场规模。

一、汽车智能化的根基——传感器

传感器是汽车电子控制系统的信息来源，是车辆电子控制系统的基础关键部件。传感器通常由敏感元件、转换元件和转换电路组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是将上述非电量转换成电参量，转换电路的作用是将转换元件输出的电信号经过处理转换成便于处理、显示、记录和控制的部分。从目前汽车传感器装备的目的不同，可以分为提升单车信息化水平的传统微机电传感器和为无人驾驶提供支持的智能传感器两大类。

▲汽车传感器的构成

传统传感器：各个系统控制过程依靠传感器，进行信息的反馈，实现自动控制工作；是汽车的“神经元”。汽车传统传感器依照功能可以分为压力传感器、位置传感器、温度传感器、加速度传感器、角速度传感器、流量传感器、气体浓度传感器和液位传感器等8类。汽车传感器主要应用于动力总成系统，车身控制系统以及底盘系统中。汽车传感器在这些系统中担负着信息的采集和传输功用，它采集的信息由电控单元进行处理后，形成向执行器发出的指令，完成电子控制。

▲传统传感器分类

智能传感器：智能传感器是无人驾驶车辆的“眼睛”。随着汽车无人驾驶技术的突破，汽车电子开始注重传感器的智能化发展；汽车正在向一台安全联网的自动驾驶机器人快速演进，进行环境感知、规划决策，最终实现安全抵达目的地。目前应用于环境感知的主流传感器产品主要包括激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达和摄像头等四类。

▲智能传感器分类

二、MEMS传感器：汽车微感官

MEMS传感器是在半导体制造技术基础上发展起来，采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。MEMS传感器广泛应用于电子车身稳定程序(ESP)、防抱死(ABS)、电控悬挂(ECS)、胎压监控(TPMS)等系统。其中，压力传感器、加速计、陀螺仪与流量传感器是汽车中使用最多的MEMS传感器，占汽车MEMS系统的99%。

▲MEMS应用广泛

▲MEMS传感器价值较为集中

MEMS具有较为明显的优势，是未来构筑物联网感知层传感器的主要选择之一，其优势主要体现在：1）微型化、2）硅基加工工艺、3）批量生产、4）集成化。

1）微型化：MEMS器件体积小，单个尺寸以毫米甚至微米作为计量单位，重量轻，耗能低。MEMS更高的表面体积比（表面积比体积）可以提高表面传感器的敏感程度。

2）批量生产：以单个5mm5mm尺寸的MEMS传感器为例，用硅微加工工艺在一片8英寸的硅片晶元上可同时切割出大约个MEMS芯片，批量生产可大大降低单个MEMS的生产成本。

3）集成化：一般来说，单颗MEMS往往在封装机械传感器的同时，还会集成ASIC芯片，控制MEMS芯片以及转换模拟量为数字量输出。

▲MEMS与ASIC芯片集成化封装

▲MEMS可批量生产降低制造成本

国外大厂垄断MEMS传感器市场，市场集中度较高。根据HISAutomotive统计,年全球MEMS前三大供应商（博世、森萨塔、恩智浦）占据了57%的市场份额，其中博世占据鳌头，年市占率达到33.62%，森萨塔市占率达到12.34%，恩智浦市占率达到11.91%。电装（8.94%）、亚德诺（8.51%）、松下（7.45%）、英飞凌（7.23%）等厂商也占有一定份额。

国外大厂产品线广、技术领先、客户众多、形成较高的进入门槛。MEMS传感器的研发难度及其制造工艺的复杂性是形成行业壁垒的主要原因。Invensense、英飞凌等国外厂商拥有2到3条产品线，博世、电装、意法半导体等MEMS产品线超过4条。相比之下，小供应商很难在较短时间内实现大批量生产制造，因此排名靠前的大供应商市场份额相对稳定，市场集中度较高。

MEMS传感器装配量和价值量与其装配车型价位成正比。目前平均每辆汽车包含24个MEMS传感器，而在高档汽车中，大约会采用25-40个MEMS传感器。例如BMW高端车型仅发动机就可以用到20-40个传感器，而入门级车型仅5个左右。常用MEMS传感器后装单车价值在-0元不等；合资车通常不低于元，而自主品牌仅元左右，高端车型约为0-0元。预计到年MEMS传感器市场规模可达到.13亿元；随着智能化和电动化的提升，年和年市场规模可分别达到.21亿元，.27亿元，-年复合增速为6.5%。

三、智能传感器：自动驾驶核心

1、毫米波雷达:ADAS系统核心传感器

毫米波雷达是指利用波长1-10nm,频率30GHZ-GHZ的毫米波，通过测量回波的时间差算出距离。毫米波雷达始用于军事领域，随着技术水平的提升，开始逐渐应用于汽车领域。

毫米波雷达的优势主要为以下3个方面：1）探测性能稳定、作用距离较长、环境适用性好。2）与超声波雷达相比，体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。3）与光学传感器相比，毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候全天时的特点。但也存在着成本较高，对行人的识别较为困难等不足之处。

▲毫米波雷达优劣势

77GHz在性能和体积上都更具优势。目前车载雷达的频率主要分为24GHZ频段和77GHZ频段。与24GHz毫米波雷达相比，77GHz的距离分辨率更高，体积更是小了三分之一。年，中国新车评价规程（C-NCAP）将自动紧急制动系统（AEBS）纳入评分体系，从而将带动77GHz毫米波雷达在未来的市场需求。而从长远来看，77GHz毫米波雷达的体积更小、探距更长，使得其较24GHz毫米波雷达将具备更大的市场空间。

▲毫米波雷达24GHz和77GHz比较

24GHz与77GHz毫米波雷达兼备于ADAS的长短距检测。毫米波雷达因其硬件体积小，且不受恶劣天气影响，被广泛应用在ADAS系统之中。24GHz目前大量应用于汽车的盲点监测、变道辅助。雷达安装在车辆的后保险杠内，用于监测车辆后方两侧的车道是否有车、可否进行变道。77GHz雷达在探测精度与距离上优于24GHz雷达，主要用来装配在车辆的前保险杠上，探测与前车的距离以及前车的速度，实现的主要是紧急制动、自动跟车等主动安全领域的功能。完全实现ADAS各项功能一般需要“1长+4中短”5个毫米波雷达，奥迪A8搭载5个毫米波雷达（1LRR+4MRR），奔驰S级搭载6个毫米波雷（1LRR+6SRR）。目前77GHz的毫米波雷达系统单价在元左右，24GHz毫米波雷达单价在元左右。

▲毫米波雷达在ADAS系统中的应用

毫米波雷达关键技术被外商垄断，集中度较高。在全球毫米波雷达市场上，占主导地位的是德国、美国、日本等国家。目前毫米波雷达技术主要由大陆、博世、电装、奥托立夫、Denso、德尔福等传统零部巨头所垄断；其中，77GHz毫米波雷达技术被垄断于博世、大陆、德尔福、电装、TRW、富士通天、Hitachi等公司手中。年，博世和大陆全球毫米波雷达市场占有率均为17%，并列第一；电装、海拉并列第二，市场份额为11%，采埃孚占据8%，德尔福占据6%，奥托立夫占据4%。前七大供应商巨头市场占有率达到73%。

▲毫米波雷达海外主要供应商及产品

国内毫米波雷达依赖进口，受限国外技术封锁，24GHz毫米波雷达是主流方向。目前中国市场中高端汽车装配的毫米波雷达传感器全部都依赖国外进口，市场被美、日、德企业垄断，价格昂贵，并采取了技术封锁，自主可控迫在眉睫。国内自主车载毫米波雷达产品总体仍处于研制阶段。考虑到研发成本和77GHz开发技术受限，目前国内厂商对于毫米波雷达的研发方向集中于24GHz。国内市场上，24GHz毫米波雷达的产品体系已经相对成熟，供应链已经相对稳定，24GHz的核心芯片能从英飞凌、飞思卡尔等芯片供应商获得。据麦姆斯咨询研究表明，年中国汽车预装毫米波雷达的数量达到万个，其中24GHz雷达占比63.8%，77GHz雷达占比36.2%。

根据测算，毫米波雷达、年以及年市场规模可以达到4.7亿元、36亿元、80亿元。-复合增长率达到58%左右。

2、激光雷达：L3-L5自动驾驶中的关键

激光雷达是一种综合的光探测与测量系统，通过发射接受激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出目标对象与车的相对距离。目前常见的有8线、16线、32线激光雷达。激光雷达线束越多，测量精度越高，安全性越高。激光雷达并不是新鲜事物，早已在航空航天、测绘等领域进行了应用。随着汽车智能化的发展，L3级别自动驾驶中开始应用激光雷达，由于其高精度、实时3D环境建模的特点将成为L3-L5阶段中最为关键的传感器。

▲激光雷达工作原理

▲VelodyneHDL-64E激光雷达3D呈像

激光雷达固态化是未来趋势，存在小型化、低成本优势。业内降低激光雷达成本主要有两个方式：1）取消机械旋转结构、采用固态化技术根本性降低激光雷达成本。固态激光雷达体积更小，方便集成，并且系统可靠性提升，因此激光雷达有向固态发展的趋势。2）降低激光雷达线数，组合使用多个低线数激光雷达。从机械旋转式过渡到混合固态再到纯固态激光雷达，随着量产规模的扩大、技术迭代更新，成本不断降低，激光雷达也在不断向小型化、低功耗、集成化发展。

▲QuanergyS3固态激光雷达

激光雷达的核心技术主要掌握在Velodyne、Ibeo、Quanergy三家企业中。美国Velodyne的机械式激光雷达起步较早，技术领先，最新已推出线原型产品VLS-，同时与谷歌、通用汽车、福特、Uber、百度等全球自动驾驶领军企业建立了合作关系，占据了车载激光雷达大部分的市场份额。

Google、百度、福特、奥迪、宝马等各企业相继采用激光雷达的感知解决方案。宝马声明联手激光雷达创企Innoviz研发无人驾驶汽车，预计年推出。根据个公司

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