智能網聯汽車,是指搭載先進的車載傳感器、控制器、執行器等裝置,并融合現代通信與網絡技術,實現車與X(車、路、人、云等)智能信息交換、共享,具備復雜環境感知、智能決策、協同控制等功能,可實現“安全、高效、舒適、節能”行駛,并最終可實現替代人來操作的新一代汽車。
汽車智能網聯技術成為了全球科技創新領域新的焦點,而智能網聯汽車是繼新能源汽車后汽車產業發展的又一制高點。在這樣的背景下,奔馳、寶馬、奧迪、比亞迪、上汽等全球知名汽車制造商,以及華為、Intel、百度、中興、高通等國內外IT產業巨頭都將智能網聯汽車作為自身發展的一大重點。
放眼國內,國家層面給予了高度重視和及時引導,國內長安、一汽、上汽、北汽等大型整車企業都制定了智能網聯汽車發展的規劃和戰略。從智能網聯汽車的技術架構來看,環境感知技術是實現車與車、車與路、車與人以及車與云之間信息交換的“五官”,而傳感器在其中扮演著信息采集非常重要的角色。為此,本文旨在分析國內外智能網聯汽車傳感器產業國內外進展,二者的差距,以期從中得出有益的結論,為我國智能網聯汽車產業持續健康發展夯實基礎獻策建議。
一、各國高度重視智能網聯汽車發展
(一)美國:國家戰略和配套政策法規為產業發展保駕護航
早在2015年,美國交通運輸部就發布了《美國智能交通系統(ITS)戰略規劃(2015-2019年)》,該戰略的核心是汽車的智能化與網聯化,旨在解決美國交通系統存在的問題。為了自動駕駛技術在制度和政策法規上有據可循,美國交通運輸部聯合國家公路交通安全管理局于2016年發布了《聯邦自動駕駛汽車政策》,對自動駕駛汽車技術必須滿足的安全評估作出了明確規定。此后,包括加州、密歇根州、內華達州等多個州以及哥倫比亞特區出臺了地方性的無人駕駛法規,各州根據實際情況對自動駕駛技術的研發和測試作了不同規定。
(二)歐洲:加大資金投入,多國已開展無人駕駛路測
英國:2014年,英國政府與整車企業共同出資2億英鎊(雙方各出資1億英鎊)成立 “智能移動基金”,重點扶持與自動駕駛相關的研發、測試和商業化發展。2017年,為了增強英國汽車行業的網絡安全標準,英國政府對5×StarS聯盟進行專項資助。此外,英國政府向寶馬、福特、路虎等政策企業投資超過1億英鎊,大力推動自動駕駛技術發展。
法國:2014年,法國發布自動駕駛汽車發展路線圖,并宣布投資1億歐元進行自動駕駛汽車實際道路測試,同時啟動道路交通法規修訂程序。2016年8月,法國政府進一步放寬了路測準入,允許外國汽車制造商在法國開展路測,這項政策也是法國新工業戰略的重要部分。此外,德國、瑞典、挪威等國已在進行或正在推進無人駕駛路測。
(三)亞洲:智能網聯汽車處于高速發展階段
日本:日本IT綜合戰略本部于2016年制定了自動駕駛普及路線圖,允許自動駕駛汽車在有司機的情況下可以2020年上高速公路行駛。2017年4月,日本將汽車保險的賠付范圍延伸至自動駕駛期間的交通事故;2017年6月,日本允許汽車在駕駛位無人的狀態下進行路測。
新加坡:2014年8月,新加坡成立自動駕駛汽車動議委員會,從2015年1月開放近5公里的特定路段供無人駕駛汽車測試。2017年底,開通一條路測專線,允許自動駕駛汽車在許可范圍內進行公共道路測試。近年來,新加坡無人駕駛的政策環境和研發路測環境都在不斷完善,極大地促進了智能網聯汽車產業的發展。
二、全球汽車傳感器產業呈現新的發展趨勢
(一)傳感器市場需求空間進一步加大
智能駕駛的發展將大幅提升對傳感器的需求量。傳感器在智能汽車領域起著重要作用,擔任著智能駕駛汽車的感知系統,比如ADAS的感知層中需要用到大量的攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達、夜視儀等傳感器。隨著ADAS系統逐漸成熟,汽車傳感器的需求量將會大幅攀升。隨著汽車電子化、智能化和網聯化,傳感器在汽車上的應用越來越廣泛,2000 年汽車上裝配的傳感器只有 10 個左右,到今天中高端的車上傳感器已經增長到 100 多個,未來隨著智能網聯的進一步深化,汽車配備的各類傳感器仍將有 4 倍的增長空間。權威部門預測,2016年到2025年全球車用傳感器市場規模將從82億美元增長至290億美元,年復合增長率(CAGR)達到15 %。
(二)傳感器智能化、微型化趨勢愈加明顯
傳感器智能化是指傳感器除了實現傳感的基本功能之外,還具備自我校準、自我標定等功能,更重要的是能夠基于自身邏輯判斷和信息處理能力,對采集的信號進行智能處理。在實際應用中,相較于一般的傳感器,智能傳感器在測量精度、信噪比、遠程可維護性、穩定性和可靠性等方面都更勝一籌,非常適合智能網聯汽車的需求。而對于微型化,主要是利用基于半導體集成電路技術發展的MEMS技術,在一塊芯片上將敏感器件、DSP、數據處理裝置集成封裝,能夠有效降低傳感器成本、提升傳感器集成度、縮小傳感器體積并提高系統的測試精度。目前,基于MEMS技術的傳感器已經在汽車領域廣泛應用,取代傳統傳感器趨勢明顯。隨著電子制造工藝的不斷迭代,微型傳感器將進一步向納米傳感器演進,更加適合智能網聯汽車的發展。
(三)自動駕駛安全性保障需要多傳感器的融合應用
一方面,不同類型的傳感器適應的最優應用場景存在差異性,智能網聯汽車實際行駛環境復雜,現有單一傳感器并不能滿足復雜路況下的所有需求。以攝像頭和激光雷達為例,攝像頭成本低、應用廣泛,但算法識別率有待進一步提高;而激光雷達雖然識別率更高,但成本偏高且環境適應能力較差。采用多傳感器協同工作,可優勢互補,進而提高駕駛安全性。另一方面,為了保證自動駕駛的行駛安全性,智能網聯汽車感知方案必須要具備安全冗余性。在此前提下,多傳感器協同工作,以及協同工作下產生的信息冗余就顯得非常有必要。目前來看,毫米波雷達、激光雷達及攝像頭等傳感器多路融合是自動駕駛傳感器方案的主流發展趨勢。
三、我國智能網聯汽車傳感器發展存在的問題
(一)核心專利被國外企業壟斷
國內汽車傳感器市場的需求量巨大,每年進口額都超過千億人民幣,這主要是國內汽車傳感器芯片、傳感器關鍵技術和傳感器產業結構與國外存在較大差距,導致國內汽車傳感器在高端市場競爭中缺位或者是競爭力不足。比如國內企業多數只能做一些水溫和壓力傳感器等技術含量不高、附加值低的產品,而針對國五、國六排放階段在尾氣處理上必須要用到的氮氧化物傳感器等一些高技術含量產品,國內目前還是完全依賴進口。目前,國內汽車傳感器市場絕大部分被西門子、博世、霍尼韋爾等國際零部件巨頭占據,90%傳感器依賴國外。國內在汽車傳感器新原理、新器件和新材料等方面的研發和產業化能力較弱,汽車傳感器核心專利大部分被外資廠商壟斷,嚴重阻礙了中國自主傳感器產品的發展。
(二)企業研發投入資金來源有限
汽車傳感器的研發投入動輒上千萬甚至上億元,一般民營企業憑借自身實力有限,并且融資渠道也同樣缺乏。汽車傳感器產業鏈上的很多企業在不斷加大投資之后,往往會面臨“后繼乏力”的困境。其主要原因是汽車傳感器產業大投入、長周期、高風險等因素,使常規的市場渠道難以支撐行業的持續巨額資金投入。以傳感器芯片為例,新產品一般要過2至4年才可以進入市場,5至6年開始實現銷售,8至9年才可能達到收支平衡,10年才可能達到盈利,期間每年又需投入數億美元,一般的投資很難連續支撐。由于短期內難以獲利,銀行等金融機構對于該行業缺乏足夠的投資興趣,導致汽車傳感器產業的投融資渠道更加不順暢。
(三)汽車傳感器缺乏配套試驗和應用環境
汽車是由多達幾千個電子零部件組成的復雜產品,特別是隨著汽車產業的發展,控制電子部分、多媒體電子部分、導航及車載通信等等越來越多,使車輛復雜程度不斷加大。而這些電子零部件產品可靠性十分重要,直接決定了整車的安全及運行可靠性。特別是嚴苛的環境(運輸過程、存放、工作中、氣候等因素),都在考驗著汽車電子產品的可靠性。汽車傳感器作為汽車電子產品中最典型代表在應用時要和發動機以及整個調校系統進行匹配試驗,但國內在這個環節上的配套環境不成熟,現有的系統和設備嚴重落后。這就導致企業無法真正了解產品后續的匹配性和可靠性以及所需的改進方案,有直接影響了下游企業對使用國產傳感器的信心。
四、對策建議
(一)加強智能網聯汽車傳感器核心技術攻關
一是依托現有基礎,提高自主創新能力。利用較為成熟的轉速傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器技術,加大車用傳感器研發投入,推進傳感器企業與國際知名汽車零部件企業及國內整車企業、科研院所等單位的交流合作,協同開發新型車載傳感器技術與產品。二是聚焦重點,推動產業高質量升級。重點圍繞激光雷達、毫米波雷達、超聲波傳感等智能網聯汽車亟需的傳感器產品,突破激光二極管、雪崩二極管、高端 CMOS 圖像傳感芯片、DSP 芯片、77GHz 雷達等核心部件,以及自動化設計、試驗仿真、軟件算法等關鍵配套技術。推動MEMS技術逐步取代傳統機電技術生產傳感器,提高車用傳感器總體設計水平、技術水平和產品可靠性。
(二)完善智能網聯汽車傳感器產業鏈布局
一是聯合攻關,提高競爭實力。支持國內汽車傳感器企業開展器件設計、制造封裝工藝、系統集成等聯合攻關,提升產品性能,提高產業整體競爭實力。二是產業鏈上下游聯動,縮短產品市場化周期。瞄準汽車電力驅動系統、電源系統、無人駕駛系統、安全系統、導航系統和輔助系統,大力推動新型車用傳感器自主研發。加大智能網聯汽車傳感器配套政策引導,鼓勵國內整車廠商與國內傳感器制造企業加強技術交流與合作,共同推進國內汽車傳感器產品在新能源汽車和智能汽車上的市場準入,并在這一過程中形成產業集聚發展態勢。三是把握時間窗口,加大示范應用力度。把握智能網聯汽車快速發展的契機,以下游整車企業需求為牽引,實施智能網卡汽車傳感器重大示范應用工程,積極提升國產化汽車傳感器的實際應用水平,帶動國產化汽車傳感器的市場占有量,降低產品成本,推進我國智能網聯汽車傳感器產業各環節協同發展。
(三)加大資金和人才保障力度
資金方面,不僅要研究利用現有財政資金渠道,優化資源配置,加大對智能網聯汽車傳感器產業扶持力度,更要進一步研究PPP、產業投資基金、科技投資保險、金融租賃等投融資新模式,吸納社會資本,建立公平的投資環境,優化投融資環境。建立國家智能網聯汽車傳感器專項資金,采取委托貸款、股權投資等方式,引導和撬動更多的社會和金融資本,投向智能網聯汽車傳感器領域。人才方面,鼓勵高等院校、科研機構根據需求和自身特色,聯合公共服務平臺和企業,建設跨學科的智能網聯汽車傳感器綜合人才培養基地,為企業輸送高層次工藝人才和技術創新人才。積極引進海外領軍人才和髙端技術人才,持續優化人才環境,支持相關院士工作站、博士后工作站、技術中心、孵化創業中心等建設,為高端人才集聚提供載體。