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國外智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況及啟示
智能網(wǎng)聯(lián)汽車，是指搭載先進的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)車與X(車、路、人、云等)智能信息交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實現(xiàn)“安全、高效、舒適、節(jié)能”行駛，并最終可實現(xiàn)替代人來操作的新一代汽車。
汽車智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)成為了全球科技創(chuàng)新領(lǐng)域新的焦點，而智能網(wǎng)聯(lián)汽車是繼新能源汽車后汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)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(nèi)外IT產(chǎn)業(yè)巨頭都將智能網(wǎng)聯(lián)汽車作為自身發(fā)展的一大重點。
放眼國內(nèi)，國家層面給予了高度重視和及時引導(dǎo)，國內(nèi)長安、一汽、上汽、北汽等大型整車企業(yè)都制定了智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的規(guī)劃和戰(zhàn)略。從智能網(wǎng)聯(lián)汽車的技術(shù)架構(gòu)來看，環(huán)境感知技術(shù)是實現(xiàn)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(nèi)外智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器產(chǎn)業(yè)國內(nèi)外進展，二者的差距，以期從中得出有益的結(jié)論，為我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展夯實基礎(chǔ)獻策建議。
一、各國高度重視智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展
(一)美國：國家戰(zhàn)略和配套政策法規(guī)為產(chǎn)業(yè)發(fā)展保駕護航
早在2015年，美國交通運輸部就發(fā)布了《美國智能交通系統(tǒng)(ITS)戰(zhàn)略規(guī)劃(2015-2019年)》，該戰(zhàn)略的核心是汽車的智能化與網(wǎng)聯(lián)化，旨在解決美國交通系統(tǒng)存在的問題。為了自動駕駛技術(shù)在制度和政策法規(guī)上有據(jù)可循，美國交通運輸部聯(lián)合國家公路交通安全管理局于2016年發(fā)布了《聯(lián)邦自動駕駛汽車政策》，對自動駕駛汽車技術(shù)必須滿足的安全評估作出了明確規(guī)定。此后，包括加州、密歇根州、內(nèi)華達州等多個州以及哥倫比亞特區(qū)出臺了地方性的無人駕駛法規(guī)，各州根據(jù)實際情況對自動駕駛技術(shù)的研發(fā)和測試作了不同規(guī)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(yè)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(guān)的研發(fā)、測試和商業(yè)化發(fā)展。2017年，為了增強英國汽車行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全標準，英國政府對5×StarS聯(lián)盟進行專項資助。此外，英國政府向?qū)汃R、福特、路虎等政策企業(yè)投資超過1億英鎊，大力推動自動駕駛技術(shù)發(fā)展。
法國：2014年，法國發(fā)布自動駕駛汽車發(fā)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(guī)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(yè)戰(zhàn)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(wǎng)聯(lián)汽車處于高速發(fā)展階段
日本：日本IT綜合戰(zhàn)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(tài)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(nèi)進行公共道路測試。近年來，新加坡無人駕駛的政策環(huán)境和研發(fā)路測環(huán)境都在不斷完善，極大地促進了智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
二、全球汽車傳感器產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)新的發(fā)展趨勢
(一)傳感器市場需求空間進一步加大
智能駕駛的發(fā)展將大幅提升對傳感器的需求量。傳感器在智能汽車領(lǐng)域起著重要作用，擔(dān)任著智能駕駛汽車的感知系統(tǒng)，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(tǒng)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(wǎng)聯(lián)化，傳感器在汽車上的應(yīng)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(jīng)增長到 100 多個，未來隨著智能網(wǎng)聯(lián)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(quán)威部門預(yù)測，2016年到2025年全球車用傳感器市場規(guī)模將從82億美元增長至290億美元，年復(fù)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(xiàn)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(yīng)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(wěn)定性和可靠性等方面都更勝一籌，非常適合智能網(wǎng)聯(lián)汽車的需求。而對于微型化，主要是利用基于半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展的MEMS技術(shù)，在一塊芯片上將敏感器件、DSP、數(shù)據(jù)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(tǒng)的測試精度。目前，基于MEMS技術(shù)的傳感器已經(jīng)在汽車領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，取代傳統(tǒng)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(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展。
(三)自動駕駛安全性保障需要多傳感器的融合應(yīng)用
一方面，不同類型的傳感器適應(yīng)的最優(yōu)應(yīng)用場景存在差異性，智能網(wǎng)聯(lián)汽車實際行駛環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)有單一傳感器并不能滿足復(fù)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(yīng)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(huán)境適應(yīng)能力較差。采用多傳感器協(xié)同工作，可優(yōu)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(wǎng)聯(lián)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(xié)同工作，以及協(xié)同工作下產(chǎn)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(fā)展趨勢。
三、我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器發(fā)展存在的問題
(一)核心專利被國外企業(yè)壟斷
國內(nèi)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(nèi)汽車傳感器芯片、傳感器關(guān)鍵技術(shù)和傳感器產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與國外存在較大差距，導(dǎo)致國內(nèi)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(nèi)企業(yè)多數(shù)只能做一些水溫和壓力傳感器等技術(shù)含量不高、附加值低的產(chǎn)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(shù)含量產(chǎn)品，國內(nèi)目前還是完全依賴進口。目前，國內(nèi)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(jù)，90%傳感器依賴國外。國內(nèi)在汽車傳感器新原理、新器件和新材料等方面的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)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(chǎn)品的發(fā)展。
(二)企業(yè)研發(fā)投入資金來源有限
汽車傳感器的研發(fā)投入動輒上千萬甚至上億元，一般民營企業(yè)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(chǎn)業(yè)鏈上的很多企業(yè)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(chǎn)業(yè)大投入、長周期、高風(fēng)險等因素，使常規(guī)的市場渠道難以支撐行業(yè)的持續(xù)巨額資金投入。以傳感器芯片為例，新產(chǎn)品一般要過2至4年才可以進入市場，5至6年開始實現(xiàn)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(shù)億美元，一般的投資很難連續(xù)支撐。由于短期內(nèi)難以獲利，銀行等金融機構(gòu)對于該行業(yè)缺乏足夠的投資興趣，導(dǎo)致汽車傳感器產(chǎn)業(yè)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(yīng)用環(huán)境
汽車是由多達幾千個電子零部件組成的復(fù)雜產(chǎn)品，特別是隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，控制電子部分、多媒體電子部分、導(dǎo)航及車載通信等等越來越多，使車輛復(fù)雜程度不斷加大。而這些電子零部件產(chǎn)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(huán)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(chǎn)品的可靠性。汽車傳感器作為汽車電子產(chǎn)品中最典型代表在應(yīng)用時要和發(fā)動機以及整個調(diào)校系統(tǒng)進行匹配試驗，但國內(nèi)在這個環(huán)節(jié)上的配套環(huán)境不成熟，現(xiàn)有的系統(tǒng)和設(shè)備嚴重落后。這就導(dǎo)致企業(yè)無法真正了解產(chǎn)品后續(xù)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(yè)對使用國產(chǎn)傳感器的信心。
四、對策建議
(一)加強智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器核心技術(shù)攻關(guān)
一是依托現(xiàn)有基礎(chǔ)，提高自主創(chuàng)新能力。利用較為成熟的轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器技術(shù)，加大車用傳感器研發(fā)投入，推進傳感器企業(yè)與國際知名汽車零部件企業(yè)及國內(nèi)整車企業(yè)、科研院所等單位的交流合作，協(xié)同開發(fā)新型車載傳感器技術(shù)與產(chǎn)品。二是聚焦重點，推動產(chǎn)業(yè)高質(zhì)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(wǎng)聯(lián)汽車亟需的傳感器產(chǎn)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(shè)計、試驗仿真、軟件算法等關(guān)鍵配套技術(shù)。推動MEMS技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)機電技術(shù)生產(chǎn)傳感器，提高車用傳感器總體設(shè)計水平、技術(shù)水平和產(chǎn)品可靠性。
(二)完善智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器產(chǎn)業(yè)鏈布局
一是聯(lián)合攻關(guān)，提高競爭實力。支持國內(nèi)汽車傳感器企業(yè)開展器件設(shè)計、制造封裝工藝、系統(tǒng)集成等聯(lián)合攻關(guān)，提升產(chǎn)品性能，提高產(chǎn)業(yè)整體競爭實力。二是產(chǎn)業(yè)鏈上下游聯(lián)動，縮短產(chǎn)品市場化周期。瞄準汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)，大力推動新型車用傳感器自主研發(fā)。加大智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器配套政策引導(dǎo)，鼓勵國內(nèi)整車廠商與國內(nèi)傳感器制造企業(yè)加強技術(shù)交流與合作，共同推進國內(nèi)汽車傳感器產(chǎn)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(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展態(tài)勢。三是把握時間窗口，加大示范應(yīng)用力度。把握智能網(wǎng)聯(lián)汽車快速發(fā)展的契機，以下游整車企業(yè)需求為牽引，實施智能網(wǎng)卡汽車傳感器重大示范應(yīng)用工程，積極提升國產(chǎn)化汽車傳感器的實際應(yīng)用水平，帶動國產(chǎn)化汽車傳感器的市場占有量，降低產(chǎn)品成本，推進我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)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(xiàn)有財政資金渠道，優(yōu)化資源配置，加大對智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器產(chǎn)業(yè)扶持力度，更要進一步研究PPP、產(chǎn)業(yè)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(huán)境，優(yōu)化投融資環(huán)境。建立國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器專項資金，采取委托貸款、股權(quán)投資等方式，引導(dǎo)和撬動更多的社會和金融資本，投向智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器領(lǐng)域。人才方面，鼓勵高等院校、科研機構(gòu)根據(jù)需求和自身特色，聯(lián)合公共服務(wù)平臺和企業(yè)，建設(shè)跨學(xué)科的智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器綜合人才培養(yǎng)基地，為企業(yè)輸送高層次工藝人才和技術(shù)創(chuàng)新人才。積極引進海外領(lǐng)軍人才和髙端技術(shù)人才，持續(xù)優(yōu)化人才環(huán)境，支持相關(guān)院士工作站、博士后工作站、技術(shù)中心、孵化創(chuàng)業(yè)中心等建設(shè)，為高端人才集聚提供載體。
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