汽車智能化,是汽車產業演進過程中的一個階段,是汽車電氣化/電子化和自動駕駛/無人汽車中的過渡,會延續很長時間。從汽車加入電子控制模塊開始,到最終實現無人駕駛結束,持續時間可能達百年。
智能汽車的概念涵蓋汽車電子和車聯網。汽車智能化,本質上是要滿足消費者用車過程中安全、舒適、節能和互聯的核心需求;我們認為安全、舒適、節能涉及到對車輛的控制(包括整車和車身),因此多與汽車電子相關;而互聯則可以完全通過智能手機實現,只有當網絡信息與汽車本身緊密聯系后,車聯網才有其實際意義。
智能化需要汽車電子的應用來實現
汽車智能化的范疇主要分為三類:整車控制、車身控制與車載信息,實際上也是汽車電子化的三個領域;在交通工具從馬車進化到汽車,再到新能源汽車的進程中,實際上是汽車電氣化的升級:汽車已不僅是機械+液壓的結合,而是增加了大量的電子部件,成為機電一體化的綜合體。汽車電子的核心在于電控系統,通過擬人過程實現智能化。
汽車電子核心技術包括:
1、線控系統(信號傳輸的途徑,由此延伸出各類總線結構);
2、通信協議(強調確定性、穩定性,通過若干網絡節點實現);
3、數據通信(符合統一協議的數據在線控系統中傳輸);
4、高壓電源(用電元件增加,整體驅動電壓升高,動力驅動、制動、轉向成為可能);
5、具有容錯空間的電子電氣架構。
寶馬認為,在未來的汽車工業發展中,90%的創新來源于電子和軟件,未來電子化的程度是衡量現代汽車水平的重要標志,也是開發新車型、改進汽車性能的最重要措施。我國汽車電子市場規模快速增長,賽迪統計,從2007年的 1216億元增長到2012年的 2672億元,全球占比約 24%;預計到 2015 年,中國汽車電子市場規模將突破 4000 億,三年復合增速15%。另外,深圳航盛認為,如實現國產化,有望降低成本 30%,將推動汽車整體成本降低8%。
智能化需要軟硬結合、同步開發
汽車智能化,就是要實現擬人的動作執行,其前提是獲取信息、處理信息,使得汽車擁有對客觀事物進行感知、分析、判斷并有效地進行處理和執行的綜合能力。
ECU、線束和總線的緊密融合
對應到硬件,就是汽車傳感器?控制器?執行器的邏輯架構,這三部分在汽車中通常被稱為電子控制單元(ECU,Electronic Control Unit),其核心處理器通常使用單片機(單片微型計算機),再配以輸入/輸出接口、模數/數模轉換器、存儲器,構成了完整的信號處理模塊;目前多數汽車上的ECU達 70-80個,高端豪車則數量上百(以實現更多的智能化功能)。前端處理器+ECU+后端執行器形成了一套完整的自控系統;再加上將其連接到一起的總線及線束,構成了汽車電子的完整架構。根據德爾福數據,高級車的線束總長度達2km,重量近 30kg,輕量化、集約型線束設計和制造也是汽車電子發展的重要方向之一。
汽車執行器也是電子化的重要領域;執行器是直接驅動受控對象的部件,傳統上以液壓或氣動元件為主,現在越來越多的使用電磁元件(電磁閥、電動機等),因為后者響應快,控制精準,可以有效達到安全、節能的目的。
百個ECU通過線束連上總線實現通訊
車內眾多ECU傳統上是各自獨立工作,需要給予電力、信號供應,由于多由不同供應商提供,以及系統復雜度不高,因此彼此分割和獨立;在ECU 增多、高低壓并行的背景下,為了減少電磁輻射和資源冗余,高速總線結構應用增多,使得以分布制控制系統為基礎構造汽車車載電子網絡成為可能。實現最大程度的優化配臵,減少線束長度和重量,提高可靠性,并可能減少部分 ECU 的重復應用。
為實現大量數據的快速交換,高可靠性和性價比,通常車內總線也會分為多種形態:LIN、CAN、MOST等。
從整體控制模式來看,總線有兩種類型:
一是車體控制,非安全性的,數據傳輸速度比較低,如車身控制的LIN和多媒體控制的MOST;
二是整體控制,涉及到車輛的駕駛數據需要高速傳輸,基于安全性的考慮,多采用 CAN,也有基于時間觸發的通信協議,強調信息的確定性與可靠性。
值得一提的是,Tesla 采用了計算機局域網廣泛應用的 LAN總線架構,加上操作系統(在儀表盤、中控臺和BMS中),以及應用層/傳輸層的協議,是一臺完整智能終端的架構,可以方便的和外部網絡對接,與封閉的傳統汽車總線差異巨大。從主機廠的布局看,目前用于娛樂信息系統的 MOST 總線最可能被 LAN 替代,與高清攝像頭相連的區域也可采用 LAN 總線,因該場景的數據流量大,對帶寬要求高,同時信息需要與互聯網對接。
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全球汽車電子供應體系:相對穩固、地域特色鮮明
汽車電子的核心在于,它是汽車子系統中的一部分,與其他子系統形成強耦合關系;因此更換供應商,及國產化進程比輪胎、玻璃等會慢很多。
汽車電子的供應體系可以分為四個層級,分別是系統供應商、一級供應商(Tier 1)、二級供應商(Tier 2)、器件供應商:
系統供應商:如 Bosch、Denso這些,目前國內還沒有這個級別的供應商;典型產品是發動機、變速器中的工程件、算法控制部件,由于對發動機、變速器的理解要求非常高,而中國目前發動機、變速器國產化率較低,所以這塊也起不來;國外公司不僅僅是賣產品,而是賣服務,與產品一起打包銷售;形成了非常高的壁壘。
一級供應商:與系統供應商會有少量重合,目前國內很少,合資企業占大多數;但國內企業直接把產品調教好,打包銷售這種基本沒有,以產品整合的銷售模式為主。
二級供應商:國內公司能在這里已經不錯,也是內資企業主要的生存空間;大量電子元器件公司在這塊市場經營;國內企業長期趨勢是從后裝走向前裝,從底層走向頂層。
器件供應商:主要是指汽車電子系統的主芯片供應商,如Freescale、ST、TI等,該領域為海外傳統半導體公司為主導,大多數為半導體IDM 廠商,分布在歐洲、美國和日本。
(根據Gartner數據,全球模擬器件應用中,汽車使用占比已經從 2006年的14.3%提升至2013年的 23.5%,成為最重要的市場之一;對應的單車半導體用量從2007 年的295美元提升到2012年的 380美元。 )
在汽車產業發達、汽車電子公司集中的歐美日地區,汽車電子供應體系也呈現顯著的差異:北美整車品牌少,汽車電子大廠多從整車廠獨立出來,因此供需結構較為穩定,并且車型變化少,單一部件供應量大,成本較低;歐洲供應商競爭較為激烈,整車廠面向全市場采購;日本供應鏈企業之間的交叉持股較多,每家公司通常存在穩定的 2-3 家供應商或客戶,整個國家形成一個大的汽車聯盟。
隨著汽車設計平臺化的趨勢加劇,汽車模塊化趨勢也日益明顯,傳統的供應體系可能發生變化,從差異化設計逐漸轉向均一化模塊,使得單一供應商的全市場份額可能大幅提升,提升替代壁壘。
機會在車載和車身電子,內資從后裝走向前裝
胎壓監測等智能技術可能率先推廣
我們統計了市場上所見的汽車類智能技術/產品,選擇其中近五年內最具應用前景的20 項,按照安全、舒適、節能、互聯四個功能方向分類,并根據其價格和需求、標準化與安裝難易四個維度進行劃分。
需求量大、價格較低的產品可能率先取得規模性應用;如車載診斷系統和車載信息系統,已經取得較高的安裝比例,行車相關的手機APP也日漸增多,以眾包模式提供實時路況的車托邦App已實現千萬級用戶量。我們預計如胎壓監測、車道偏離預警系統、倒車影像、夜視系統等技術將在近年實現較快速度的成長。
產品標準化程度高意味著可能依靠規模生產迅速降低成本,若安裝施工簡單將加快該產品的普及速度,因此符合這兩個條件的胎壓監測、抬頭顯示HUD等產品也有望取得積極推進。
內資廠以后裝為主,逐步走向前裝
截止 2013 年,根據中國汽車工業協會數據,中國汽車保有量達到 1.27億輛,全球保有量達到 11.9 億輛,汽車后市場越來越龐大;中國的汽車后市場占全部汽車市場的 49%,而全球則由于歐美日國家的汽車普及,后市場份額占 72%(配件+服務)。我們估測,中國汽車后市場的配件和服務總市場規模約 2500 億元,主要包括基本養護、汽車輪胎、美容裝
飾(前三項合計約1300 億)、飾品用品、汽車改裝、汽車電子、汽車影音(后四項合計1200億)等七項,其中后三項單價高、標準化程度低、安裝要求高,是汽車后市場附加值最高的三部分。
汽車電子產品的前裝供應鏈比較穩定,其產品要求高、種類多、認證周期長、進入壁壘高,國內廠商的進入過程相對較長;主機廠(無論合資還是自主品牌)出于安全性和穩定性的考慮,對國內廠商的態度也是逐漸放開,從與安全無關的車載信息系統開始導入,逐漸 BCM(車身電子控制)也引入國內供應商,而整車(動力和底盤)上的汽車電子國內獨資供應商則非常少。全球前四大汽車電子廠商分別有全球前四的主機廠支撐,而國內尚未形成這樣的格局,一方面是供應商還沒有形成規模,另一方面是部分主機廠并未采取長期合作的態度對待供應商。
后裝方面,以國內最常見的后裝汽車電子產品——車載導航為例,除部分進口車、合資品牌高端車的前裝導航外,后裝市場基本被中國廠商占據,深圳航盛電子、廣東好幫手電子、深圳路暢科技、惠州華陽通用、惠州德賽西威汽車電子、深圳索菱實業等公司是市場的主要參與者;我們估算這六家公司市占率不超過 30%,市場處于非常分散的狀態。由于率先實現后裝的產品以與安全相關性小的車載為主,因此門檻相對較低,市場進入者眾多,這樣的行業現狀較難被打破;行業龍頭會在后裝市場積累一定資本和經驗后,逐步進入前裝市場,打開新的空間。
總結內資汽車電子供應商可能的三條成長路徑:
1、 通過整車企業主導,或推動股權投資,實現零組件國產化,相對認證溝通順暢;但客戶單一,市場競爭力難以保障;
2、 通過海外并購,快速學習,進入海外供應鏈;但整合難度大;
3、 從后裝市場做起,逐步向前裝延伸,車載系統較為適用此路徑。[page]
智能汽車典型產品
主動安全:強需求的智能產品
美國弗吉尼亞州技術局和 NHTSA 聯合發布的研究表示,95%的交通事故由人為引起,其中 80%由于駕駛員在事故前 3 秒內的注意力不集中或判斷失誤造成的;大眾汽車的調查結果顯示,在嚴重的車禍中 85%的駕駛員完全沒有采取制動或沒有完全制動。美國高速公路安全保險機構認為, 通過碰撞前提示系統(FCW), 每年可以避免230萬起撞車事故和7200起交通悲劇;通過車道偏離預警系統(LDW),每年可以減少 50萬起撞車事故和 10000 起悲劇,超過 60%的交通事故可以通過為汽車配備包括盲點提示等基礎的智能輔助系統加以避免。
目前在售車中,通常越高端的車型所搭載的主動安全技術越多,而同一車型高低配臵差異也常在主動安全中體現;消費者需求強烈和產品價格高昂之間形成了巨大的鴻溝,以色列公司Mobileye就借此機遇崛起。
Mobileye 建立于 1999 年,致力于汽車工業的計算機視覺算法和輔助駕駛系統的芯片和產品研發;與整車廠增加攝像頭和雷達的路徑不同,其獨特之處是運用單攝像頭附帶傳感器的硬件配臵,加上獨特的算法系統,將物體探測任務歸一在一個平臺上,從而簡化安裝程序,大幅降低成本。通過一個三件套組合,包括攝像頭、顯示器、蜂鳴器在內,在后裝市場實現車道偏離、行人碰撞預警的功能;另外在前裝市場,結合汽車車體控制模塊,可以實現 ADAS的大部分功能。
Mobileye 崛起,依靠低成本的 ADAS 中監控系統的解決方案,用單攝像頭+強算法芯片替代了原有的 5-6 顆攝像頭的應用方案,可大幅降低成本;因此在重視主動安全的外資品牌中首先獲得訂單。公司已經與超過20 家車廠合作,通過 Tier 1 供應商進入這些全球巨頭供應鏈中;公司銷售收入和已安裝車輛中都是前裝市場貢獻為主。 2011年收入0.2億美元,研發支出 0.15 億美元,此后銷售額每年翻番,而研發支出相對平穩,銷售額的快速增長使得公司有能力投入下一代產品研發;截止 1Q14,已有330萬輛車安裝了其產品,其中后裝市場僅 12萬輛。
Mobileye的核心競爭力在于低成本的單芯片解決方案,因此也可將其視作 IC 設計公司;受益于自動駕駛的行業大趨勢,提供核心半導體器件和軟件的公司將獲得更快的發展。
車載信息終端:信息匯集,想象無限
汽車上的屏幕主要有兩塊:1)中控臺上的車載信息中心,2)駕駛員面前的儀表盤;考慮到尺寸大小與受眾范圍,中控臺上的區域是目前車載信息中心的主要表現場所,但從主機廠的布局來看,未來車載導航和儀表盤的信息將實現更多互聯。易觀國際數據,2013 年中國市場實際新增裝配 900 萬臺(其中 200 萬臺前裝+700 萬臺后裝),當年增量前裝滲透率為10%,存量總滲透率約 25%;仍具有廣闊的成長空間。
傳統車載信息系統產業鏈比較簡單,以零部件/模組供應商到Tier 1 供應商再到整車廠為鏈條,其中 Tier 1 和整車廠或獨立第三方都可能扮演TSP(Telematics Service Provideer)的角色,為用戶提供操作界面平臺。Apple 推出的 CarPlay 和 Google 推出的 Android Auto 投射功能受到歡迎,依靠智能手機的信息處理能力,僅在汽車上設計接口,用以降低成本。車機是目前 IT/互聯網廠商進入汽車市場的重要切入口,國內外 IT 巨頭均布局已久。與新晉的 OBD 模式不同,車機單價高、人車互動直觀,是兵家必爭之地。
車載 OBD 裝臵:小入口的大生意
OBD全稱 On-Board Diagnostic,中文譯為“車載診斷系統”;最早為監控發動機運行狀況與尾氣后處理系統的工作狀態而設立,若檢測到排放超標或發動機異常,則會發出警報。美日歐已經進入 OBD-III階段,該系統會進入發動機、變速箱、ABS等系統ECU中讀取故障碼和數據。OBD直接連接到CAN總線,通過行車電腦讀取數據,是汽車行駛數據的一個匯集點和出口;已標準化的接口形態給產業鏈各方留下了突破的機會。
OBD可讀的汽車運行數據極有價值,如保險公司、二手車市場、整車廠、運營商都對其虎視眈眈,因為這些數據是分析汽車狀況、駕駛習慣的基礎,也是保險定價、二手車定價的基礎;經營OBD裝臵的廠商,如果能對數據擁有主動權(如果在擁有足夠多的用戶),將會非常強勢,成為大數據分析的源頭,并可延伸至數據服務端,直接給予客戶(包括個人及公司)行車路線、習慣的建議。
產業鏈調研發現,除此類專業診斷設備外,目前國內已出貨車載OBD診斷設備總量約為 60萬臺(總市場規模約15億元),包括商用車和乘用車市場;比較多應用在商用車,主要是專業車隊等,但大多僅有 GPS功能,車況檢測的應用較少。由于目前國內 OBD 檢測器生產商達到 2000 個,平均每家歷史產量僅約 300個。產業已經意識到依靠硬件收入發展將很快遇到天花板,未來將在數據和服務上產生更多的商業模式。
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