当前各国政府高度重视无人驾驶汽车产业的发展,并出台了一系列政策予以支持,这些政策对无人驾驶汽车的发展做出了重要规划,并规范了自动驾驶汽车的测试和管理,多地还开展了智能网联汽车测试区建设,为无人驾驶汽车的测试和应用提供了良好的环境。
一、无人驾驶行业概述
1、定义与等级划分
根据市场调研机构XYZ-Research指出,无人驾驶技术是指车辆通过车载传感器、控制器、执行器等装置,融合现代通信与网络技术,无需人类驾驶员直接干预,即可实现自动行驶、决策以及应对各种交通场景的智能交通技术。依据国际汽车工程师学会(SAE)制定的 J3016 标准,无人驾驶技术从低到高被划分为 L0 - L5 六个等级,各等级汽车自动化程度与特点如下:
L0 级(无自动化):车辆完全依靠驾驶员手动操作,所有驾驶任务如加速、制动、转向等均由驾驶员完成。虽然车辆可能配备如安全气囊、防抱死制动系统(ABS)等基础安全辅助设备,但这些系统并不具备自动驾驶功能,驾驶员对车辆的操控拥有绝对控制权,目前市面上大部分经济型车辆仍处于这一等级。
L1 级(辅助驾驶):车辆开始具备一些简单的驾驶辅助功能,如自适应巡航(ACC)能够根据前车速度自动调整本车车速,以保持安全车距;车道偏离预警(LDW)可在车辆无意识偏离车道时发出警报,提醒驾驶员纠正方向。不过,驾驶员仍需时刻保持对车辆的操控,双手不能长时间离开方向盘,双脚也需随时准备应对突发情况。
L2 级(部分自动化):车辆可同时对速度和方向进行自动控制,典型的功能组合包括自适应巡航与车道保持辅助(LKA)协同工作,车辆能够在一定程度上自动保持在车道内行驶,并跟随前车速度行驶。此外,自动泊车功能也属于 L2 级范畴,车辆可自动完成停车入位的操作。然而,驾驶员依旧需要时刻关注路况,随时准备接管车辆的控制权。当下,众多汽车品牌宣称的自动驾驶功能大多处于 L2 级水平,如特斯拉的 Autopilot、宝马的驾驶辅助系统等。
L3 级(有条件自动化):在特定的驾驶环境下,如高速公路且路况良好时,车辆能够实现自动驾驶,完成所有的驾驶任务,包括加速、制动、转向以及交通环境监测等。此时,驾驶员可以暂时将注意力从驾驶任务上转移,例如查看手机信息、处理其他事务,但必须保持警觉,当系统发出接管请求时,需在短时间内迅速接管车辆。由于对系统可靠性和安全性要求极高,以及面临复杂的法律责任界定问题,目前全球范围内量产并真正达到 L3 级别的车型较少。
L4 级(高度自动化):车辆在特定的区域或场景内,如特定城市道路、园区、矿区等,能够实现完全的自动驾驶,无需驾驶员进行任何干预。即使遇到突发情况,车辆自身的系统也能进行处理和应对。不过,L4 级自动驾驶的适用范围受到地理区域和环境条件的限制,无法在所有道路和环境下实现完全自动驾驶。目前,部分企业在特定场景下进行的无人驾驶出租车(RoboTaxi)试点运营,便是 L4 级自动驾驶技术的应用尝试。
L5 级(完全自动化):这是无人驾驶技术的终极目标,车辆在任何时间、任何地点、任何路况下都能实现完全自主驾驶,无需人类驾驶员的参与。车内甚至无需配备方向盘、刹车踏板和油门踏板等传统驾驶控制装置,乘客只需告知车辆目的地,车辆即可自动规划最优路线并安全送达。但要实现这一等级,不仅需要攻克诸多技术难题,如复杂环境下的精准感知、决策算法的高度可靠性等,还需面对法律法规、社会接受度等多方面的挑战,目前仍处于研发和探索阶段。
2、发展历程
据市场分析报告进行解读,无人驾驶技术的发展历程可以追溯到上世纪,经过多年的技术积累与创新,无人驾驶从最初的设想逐步走向现实,并在近年来取得了显著的进展。
探索起步期(20 世纪 20 年代 - 70 年代):1925 年,美国陆军电子工程师展示了一辆无线电控制汽车,这可以看作是无人驾驶概念的雏形,它通过外部无线电信号来控制车辆的行驶,开启了人类对车辆自动化行驶的探索。1960 年,斯坦福研究院研发出首个全自主轮式机器人 Shakey,它集成了传感器、计算机和控制系统,能够自主感知环境并做出决策,为后来无人驾驶汽车的研究奠定了基础。随后在 1977 年,日本筑波工程研究实验室开发出第一辆基于摄像头来检测前方标记或导航信息的自动驾驶汽车,迈出了无人驾驶技术发展的重要一步,从 “视觉” 角度为无人驾驶技术的发展提供了新的思路。
技术积累期(20 世纪 80 年代 - 90 年代):1984 年,卡内基梅隆大学开展了 Navlab 项目,致力于开发能够在复杂环境中自主行驶的车辆。在这个项目中,研究人员对计算机视觉、传感器融合以及路径规划等关键技术进行了深入研究,为无人驾驶技术的发展积累了宝贵的经验。1987 年,德国慕尼黑联邦国防军大学的恩斯特・迪克曼斯教授带领团队开发出 VaMP 自动驾驶汽车,该车在高速公路上进行了长达 1000 公里的测试,最高时速达到了 175 公里 / 小时,这一成果展示了无人驾驶技术在实际道路行驶中的可行性,极大地推动了无人驾驶技术的发展。1995 年,戴姆勒奔驰发布了尤里卡・普罗米修斯计划,这是第一个大范围联合开发的无人驾驶项目,众多知名大学、研究院纷纷参与其中,全球范围内的无人驾驶技术竞争序幕由此拉开。在这个项目中,各方合作对无人驾驶技术进行了全面而深入的研究,涵盖了传感器技术、通信技术、智能控制等多个领域,为无人驾驶技术的进一步发展奠定了坚实的基础。
快速发展期(21 世纪初 - 2010 年代):2004 年,美国国防部高级研究计划局(DARPA)举办了第一届无人车挑战赛(DARPA Grand Challenge),吸引了众多团队参与。虽然此次比赛中没有一辆参赛车辆能够完成全程,但它激发了全球对无人驾驶技术的研究热情,促使更多的科研机构和企业投入到无人驾驶技术的研发中。2005 年,斯坦福大学的团队在第二届 DARPA 无人车挑战赛中取得了胜利,他们研发的 Stanley 自动驾驶汽车成功完成了长达 212 公里的赛程,这一成果标志着无人驾驶技术在复杂环境下的自主导航能力取得了重大突破。2009 年,谷歌正式启动无人驾驶汽车项目,凭借其在人工智能、大数据和传感器技术等方面的优势,谷歌的无人驾驶技术迅速取得了显著进展。谷歌的无人驾驶汽车在大量的实际道路测试中表现出色,为无人驾驶技术的商业化应用带来了新的希望。2011 年,国防科技大学自主研制的红旗 HQ3 无人驾驶汽车完成了从长沙到武汉 286 公里的高速全程无人驾驶试验,最高时速达到 110 公里,展示了中国在无人驾驶技术领域的实力,也标志着中国无人驾驶技术进入了一个新的发展阶段。
技术突破与商业化探索期(2010 年代至今):2015 年,特斯拉发布了 Autopilot 自动驾驶辅助系统,虽然该系统最初仅处于 L2 级别的部分自动化水平,但它在市场上引起了广泛关注,推动了自动驾驶技术在消费级车辆中的应用。此后,特斯拉不断对 Autopilot 系统进行升级,逐步提升其自动化程度和功能表现。2016 年,百度发布了 Apollo 自动驾驶平台,旨在通过开放平台的方式,吸引全球的开发者和企业共同参与无人驾驶技术的研发,加速无人驾驶技术的创新和应用。这一举措促进了无人驾驶技术的生态发展,推动了技术的快速迭代和进步。2018 年,谷歌旗下的 Waymo 在亚利桑那州推出了商业化的无人驾驶出租车服务,这是无人驾驶技术在实际运营中的重要突破,标志着无人驾驶技术开始从实验室走向市场。近年来,随着传感器技术、人工智能算法、高精度地图等关键技术的不断进步,以及政策法规的逐步完善,无人驾驶技术的发展速度进一步加快,越来越多的企业开始在特定场景下进行无人驾驶技术的商业化应用探索,如物流配送、矿区运输、港口作业等领域,无人驾驶技术正逐渐改变着传统的交通运输模式。
二、无人驾驶行业产业链结构
1、上游产业
无人驾驶产业链的上游主要包括传感器、芯片等零部件供应商,这些企业为无人驾驶技术提供了关键的硬件支持,在整个产业链中占据着至关重要的地位。
传感器作为无人驾驶汽车的 “眼睛” 和 “耳朵”,能够实时感知车辆周围的环境信息,是实现自动驾驶的基础。常见的传感器包括激光雷达、毫米波雷达、摄像头、超声波雷达等。激光雷达通过发射激光束并测量反射光的时间来获取周围物体的距离和形状信息,具有高精度、高分辨率的特点,能够清晰地构建出周围环境的三维模型。例如,一些高端自动驾驶车辆配备的激光雷达,能够在几百米的距离内精确识别障碍物的位置和轮廓。毫米波雷达则利用毫米波频段的电磁波来检测目标物体的距离、速度和角度,具有较强的抗干扰能力和全天候工作性能,在恶劣天气条件下仍能稳定工作。摄像头能够获取车辆周围的图像信息,通过图像识别技术可以识别交通标志、车道线、行人等目标物体。超声波雷达主要用于近距离检测,在自动泊车等场景中发挥着重要作用。
近年来,全球传感器市场规模呈现出快速增长的趋势。据统计,2022 年中国传感器市场规模为 3096.9 亿元,2019-2022 年均复合增长率为 12.26% 。在竞争格局方面,全球传感器市场主要由美国、日本和欧洲的公司主导,如美国的 Velodyne、Luminar,日本的 Denso、Murata,德国的 Bosch 等。这些企业在技术研发、生产制造和市场份额方面具有较强的优势。不过,国内的传感器企业也在不断崛起,如速腾聚创、禾赛科技等在激光雷达领域取得了显著的进展,逐渐在全球市场中占据一席之地。
芯片是无人驾驶汽车的 “大脑”,负责处理传感器采集到的大量数据,并做出相应的决策。随着无人驾驶技术对算力需求的不断增加,芯片的性能和算力成为了关键因素。目前,用于无人驾驶的芯片主要包括英伟达的 Drive 系列、英特尔旗下 Mobileye 的 EyeQ 系列、高通的 Snapdragon Ride 平台等。这些芯片具有强大的算力,能够快速处理复杂的算法和数据,为自动驾驶系统提供高效的支持。例如,英伟达的 Drive Orin 芯片算力高达 254Tops,能够满足 L4 及以上级别自动驾驶的算力需求。
芯片市场同样呈现出快速发展的态势。随着人工智能、物联网等技术的发展,对芯片的需求不断增加。在竞争格局上,英伟达、英特尔、高通等国际巨头在无人驾驶芯片市场占据主导地位,但国内的芯片企业如地平线等也在积极布局,其研发的征程系列芯片已经在一些国产车型中得到应用,为推动国内无人驾驶产业的发展提供了有力支持。
2、中游产业
中游产业主要包括自动驾驶系统集成商和服务提供商,它们在无人驾驶产业链中起着承上启下的核心作用。
自动驾驶系统集成商将传感器、芯片、算法等零部件和技术进行整合,开发出完整的自动驾驶解决方案。这些解决方案需要具备高度的可靠性和稳定性,以确保车辆在各种复杂的路况下能够安全、准确地运行。例如,百度的 Apollo 自动驾驶平台,通过整合多种传感器数据和先进的算法,为合作伙伴提供了从低速到高速、从特定场景到全场景的自动驾驶解决方案。该平台不仅能够实现车辆的自动行驶、避障、泊车等功能,还具备不断学习和优化的能力,能够根据实际行驶数据不断提升自动驾驶的性能。
服务提供商则为自动驾驶车辆提供地图测绘、数据存储与分析、云服务等支持。高精度地图是自动驾驶的重要基础,它能够提供车辆位置、道路形状、交通标志等详细信息,帮助自动驾驶车辆更准确地进行定位和路径规划。例如,高德地图、百度地图等企业都在积极开展高精度地图的研发和测绘工作,为自动驾驶提供精确的地图服务。数据存储与分析服务能够对自动驾驶车辆在行驶过程中产生的大量数据进行存储和分析,通过对这些数据的挖掘,可以发现潜在的问题和优化空间,进一步提升自动驾驶系统的性能。云服务则为自动驾驶车辆提供了实时的数据传输和计算能力,使得车辆能够与云端进行高效的交互,获取最新的地图数据、交通信息和算法更新。
在竞争态势方面,中游市场竞争激烈,参与者包括传统汽车零部件供应商、科技公司和初创企业。传统汽车零部件供应商如博世、大陆集团等,凭借其在汽车领域的深厚技术积累和广泛的客户资源,在自动驾驶系统集成方面具有较强的竞争力。科技公司如谷歌旗下的 Waymo、百度等,凭借其在人工智能、大数据等领域的技术优势,迅速在自动驾驶领域崭露头角。初创企业则以创新的技术和灵活的运营模式,在细分市场中寻求发展机会。例如,一些专注于特定场景自动驾驶解决方案的初创企业,通过为矿区、港口等场景提供定制化的自动驾驶服务,获得了市场的认可。
3、下游产业
下游产业主要是各类应用场景的终端用户,包括个人消费者、物流企业、公共交通运营商等。不同的应用场景对无人驾驶技术有着不同的需求特点和发展潜力。
对于个人消费者而言,无人驾驶汽车能够提供更加便捷、舒适和安全的出行体验。在城市通勤场景中,无人驾驶汽车可以自动规划最优路线,避开交通拥堵,减少出行时间。同时,乘客可以在车内放松休息、处理工作或进行娱乐活动。在长途旅行中,无人驾驶汽车的自动驾驶功能可以减轻驾驶员的疲劳,提高行驶的安全性。此外,无人驾驶汽车还能为老年人、残疾人等特殊群体提供更加便利的出行方式,拓展他们的出行范围。
物流运输领域是无人驾驶技术的重要应用场景之一。物流企业面临着运输成本高、效率低、驾驶员短缺等问题,而无人驾驶技术的应用能够有效解决这些问题。无人驾驶货车可以实现全天候、不间断的运输,提高运输效率。通过智能调度和路径规划,还能降低运输成本。在一些电商物流和快递运输中,无人驾驶车辆已经开始进行试点应用。例如,京东在部分地区开展了无人驾驶快递车的配送服务,通过在园区或特定区域内的运营,提高了快递配送的效率和准确性。
公共交通领域对无人驾驶技术的需求也十分迫切。无人驾驶公交车可以实现准时、高效的运行,提高公共交通的服务质量。通过车联网技术,无人驾驶公交车还能与其他车辆和交通设施进行智能交互,优化交通流量,减少交通拥堵。在一些城市的特定公交线路上,已经开始试点无人驾驶公交车。例如,广州市在南沙区开通了无人驾驶公交示范线路,为乘客提供了全新的出行体验。
总的来说,下游市场的需求是推动无人驾驶技术发展的重要动力。随着技术的不断成熟和成本的降低,无人驾驶技术在各个应用场景中的应用前景将更加广阔。不同应用场景的需求特点也将促使企业不断优化技术和解决方案,以满足市场的多样化需求,推动无人驾驶产业的快速发展。
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