自动驾驶出租业务即将现潮,成就惯性导航系统蓝海市场

闭门造车 2022-08-10

惯性导航系统gnss自动驾驶

3013 字丨阅读本文需 8 分钟

近日,交通运输部昨日发布征求意见稿,鼓励在条件相对可控的场景使用自动驾驶汽车从事出租汽车客运经营活动,从事运输经营的有条件自动驾驶和高度自动驾驶汽车应当配备驾驶员。

同日,重庆、武汉两地政府部门率先发布自动驾驶全无人商业化试点政策,并向百度发放全国首批无人化示范运营资格,允许车内无安全员的自动驾驶车辆在社会道路上开展商业化服务。

在自动驾驶领域,仍是惯性导航系统应用一片亟待开发的蓝海市场,具有广阔的市场空间。

机构人士表示,卫惯组合导航需求逐渐刚性,百亿级市场已来临。在众多高精度定位方案中,仅GNSS卫星定位为车辆提供绝对定位信息。卫星导航和惯性导航组合使用,可在隧道、城市峡谷、高架桥等复杂场景提供稳定的绝对位置信息。部分L2+车型均搭载卫惯组合导航,行业需求逐步刚性,哪咤、小鹏、蔚来、理想等新势力均规划搭载高精度定位,近期各主机厂相继推出数十款搭载高精度定位技术的车型。

什么是惯性导航?

惯性导航系统可实现自主导航定位,不依赖外界信号。惯性导航(Inertial Navigation System,简称 INS)是以牛顿力学定律为基础,利用惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,简称 IMU)测量载体的比力及角速度信息,结合给定的初始运动条件,与全球导航 卫星系统(GNSS)等系统进行信息融合,从而实时推算速度、位置、姿态等参数的导航 设备,可以输出完备六自由度数据。基于该技术的惯性导航系统可装备于运载体(如飞机、 船舶、汽车、无人机等)并用于实现导航定位,该方法不向外部辐射能量、不依赖于外界 信号,因而具备强自主性。

GNSS+IMU 是常见的组合导航方案,两者互补,满足定位精度和稳定性的要求。 GNSS(全球导航卫星系统)在卫星信号良好时可提供厘米级定位,但在地下车库等卫星 信号微弱的场景下,其定位精度会大幅下降。IMU 即使在复杂工作环境中或极限运动状态 下也可进行准确定位,但其存在误差累计问题。此外,GNSS 更新频率低(仅 10Hz,其 延迟达 100ms),不足以支撑实时位置更新,IMU 的更新频率>100Hz(其延时<10ms), 可弥补 GNSS 的实时性缺陷。因此,通过 IMU 与 GNSS 的组合,可达到优势互补的效果, 大幅提升定位系统的精确度。

IMU 的核心零部件为加速度计和陀螺仪。从组成上来看,IMU 通常由惯性传感器加速 度计、陀螺仪以及其他部件(磁力计、压力传感器等)组成。通常情况下,每套 IMU 装置 包含 3 组陀螺仪和加速度计,分别测量三个自由度的角加速度和线加速度。陀螺仪用以获 取运动体的角速度并测量其角度变化,加速度计用以获取运动体的线性加速度并测量其速 度变化,惯性导航解算软件通过积分运算、姿态矩阵计算等方法计算出地理坐标系下运载 体的速度、位置和姿态。

惯性导航技术起初军用为主,目前民用领域快速发展。惯性导航技术起源于二战期间, 德国以惯性技术为基础成功研制了 V-Ⅱ火箭的制导系统。随着惯性导航技术的普及,其逐 渐应用于导弹、飞机、卫星、潜水艇、太空实验平台等工作环境复杂、数据要求全面的运 载体之上。惯性技术可以实现对运动体高动态、全方位的测量,并在测量结果基础上实现 对运动体的有效控制,进一步应用于工业控制、测量、消费电子、石油、交通、通信、消 费电子等多个行业。

有望成为L3以上自动驾驶标配

卫星导航和惯性导航需求逐渐刚性,在众多高精度定位方案中,仅GNSS卫星定位为车辆提供绝对定位信息。卫惯组合使用可在隧道、城市峡谷、高架桥等复杂场景提供稳定的绝对位置信息。

值得一提的是,惯性导航已成为众多车企量产自动驾驶的主流方案,比如小鹏P5/P7已标配惯性导航,蔚来ET7、智己L7、华为AITO、哪吒汽车等车型也将配置惯性导航。还有Waymo、Apollo、Momenta等面向L4路线的自动驾驶科技企业亦采用惯性导航作为自动驾驶标配硬件。

中信证券此前研报中预测,到2025年中国L3及以上自动驾驶渗透率可达26%,中国惯性导航市场规模可达134亿元。若假设L3及以上自动驾驶渗透率达到100%,则中国惯性导航远期市场空间有望达到570亿元。不过,中信证券提示,惯性导航领域存在自动驾驶渗透率提升不及预期、自动驾驶技术路线变化、芯片供给短缺等风险。

此外,也有业内人士也指出,理想情况下,自动驾驶变革是指自动驾驶汽车完全、随时随地地取代真人驾驶员。但实际上,这一转变往往伴随着一个充满挑战的过渡期。自动驾驶商业化是渐进式人机和谐发展的过程。

造车新势力已提前布局

车载惯性导航打开惯性导航民用领域需求。中信证券分析师许英博等6月20日发布的研报中预测,到2025年中国L3及以上自动驾驶渗透率可达26%,中国惯性导航市场规模可达134亿元。若假设L3及以上自动驾驶渗透率达到100%,则中国惯性导航远期市场空间有望达到570亿元。

许英博指出,惯性导航核心上游元器件仍以外资主导,国内企业有望在软件和应用层取得产品的率先落地。目前全球较为领先的惯性导航公司包括霍尼韦尔(Honeywell)、诺格(NorthropGrumman)和赛峰(SAFRAN),国内高精组合定位的主要厂商包括华测导航、华依科技、星网宇达等。

兴业证券分析师王楠8月5日发布的研报中指出,卫星导航和惯性导航需求逐渐刚性。在众多高精度定位方案中,仅GNSS卫星定位为车辆提供绝对定位信息。卫惯组合使用可在隧道、城市峡谷、高架桥等复杂场景提供稳定的绝对位置信息。

中信证券分析师黄亚元6月28日发布的研报显示,卫惯组合导航有望成为L3以上的自动驾驶主流定位方案。2025年国内卫惯组合导航销量将超过1500万辆,规模接近40亿元。

许英博指出,作为自动驾驶标配产品,车载卫惯导航系统市场空间有望快速扩大。

尹欣驰指出,GNSS+IMU(卫惯)系统的互补优势逐渐得到重视,目前其在车中的应用落地正不断加速。小鹏、蔚来、智己、埃安、华为AITO等车企均在其量产车型上搭载配置惯性导航的高精度定位单元。Waymo、Apollo、Momenta、小马智行等专注于L3-L4的自动驾驶科技企业亦在其高级别自动驾驶方案中采用惯性导航作为自动驾驶标配硬件。

不过,尹欣驰提示,惯性导航领域存在自动驾驶渗透率提升不及预期、自动驾驶技术路线变化、芯片供给短缺等风险。财联社记者今日报道亦指出,理想情况下,自动驾驶变革是指自动驾驶汽车完全、随时随地地取代真人驾驶员。但实际上,这一转变往往伴随着一个充满挑战的过渡期。有业内人士表示,自动驾驶商业化是渐进式人机和谐发展的过程。

中国车载惯导远期空间超 500 亿

国产厂商有望在中游应用端发力

当前惯导技术主要应用于军工领域。据智研咨询测算,2019 年中国惯性导航市场规 模约 174 亿元,同比+13.5%,其中军用惯导占比约 82%。近 5 年 CAGR 约 13%。从产 品来看,当前惯导市场以高价格、高精度、高稳定性、广泛应用于军工的激光惯性导航系 统和光纤惯性导航系统为主,合计占比约 66%。

车载惯性导航打开民用领域需求,中国车载惯导市场远期空间超 500 亿。惯性导航目 前的单车价值量在 1000-2000 元左右(根据其不同精度)。目前 L3 及以上自动驾驶渗透率 仍较低,我们预测到 2025 年中国 L3 及以上自动驾驶渗透率可达 26%。作为自动驾驶的标配产品,随着 L3 及以上自动驾驶的逐步渗透,车载惯性导航市场空间有望快速扩大。 若假设其单车价值量为 1500 元/个,L2 及以下车辆不使用,L3 及以上车辆配置 1 个,则 2025年中国惯性导航市场可达 134亿元。若假设 L3及以上自动驾驶渗透率达到 100%后, 则中国惯性导航的远期市场空间有望达到 570 亿元。

惯性导航核心上游元器件仍以外资主导。目前全球较为领先的惯性导航公司包括霍尼 韦尔(Honeywell)、诺格(NorthropGrumman)和赛峰(SAFRAN)。赛迪顾问数据显示,在民 用 MEMS 惯性导航领域,其核心的惯性导航传感器(芯片)由博世、意法半导体、TDK、 ADI等企业主导,合计份额在80%以上。国内惯性导航传感器主要企业包括航天三十三所、 航天电子、赛微电子、中国兵器工业导航与控制技术研究所等军工企业,但其主要产品仍 以军工领域应用的高精度激光陀螺仪、光纤陀螺仪为主,较少涉及民用领域的 MEMS 传 感器。

国内企业有望在软件和应用层取得产品的率先落地。目前国内惯性导航/组合导航企业 主要集中在中游惯性导航系统设计、制造、以及软件算法上。得益于国内智能汽车和自动 驾驶产业的快速发展,主机厂对惯性导航产品的需求持续提升。在此过程中,国内车载惯 导厂商有望与主机厂形成更紧密的合作,在定制化、差异化服务方面占据优势。此外,通 过软件和算法上快速和持续的迭代升级,国内企业有望实现软件性能的领先,并以此实现 应用层产品的率先落地。

文章来源:未来智库,科创板日报,格隆汇

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