时间: 2023-10-29 23:47:16 作者: 智能座舱域产品
2020 年以来,新势力企业车型销量节节攀升,在中国市场,2021 年 1-11 月特斯拉 +蔚小理销量增长至 49 万辆。从公司市值来看,有突出贡献的公司特斯拉市值高达 6.95 万亿元遥遥领先,远超传统车企。
从国内市场占有率的角度来看,新势力企业快速提升至 4.0%,性价比驱动型合资品牌份额持续下滑,大众、丰田等品牌驱动型合资品牌 2021 年 1-10 月份额较 2020 年下滑超 5%;在电动车领域这个反差则越来越明显,2021 年 1-10 月,新势力的渗透率迅速提升至 28.4%,而燃油车领域市场占有率高达 65%的合资品牌在 NEV 市场仅有不到 10%的份额。我们大家都认为,随着电动智能化的进一步推进,传统合资车企若不能加快转型,生存空间将进一步被压缩。
从需求端来看,有几个维度的底层逻辑推动汽车智能化需求的提升:1、千人保有量提升后,购车群体从首购转向增换购,推动消费升级进而提升汽车智能化的需求;2、购车群体由 70 后、80 后向 90 后、00 后转变,成长/生活环境被各种互联网信息技术笼罩,对汽车有更强烈的科技和智能化属性要求;3、用户重视智能汽车技术,且有较高付费意愿。
具体来看:汽车消费由首购转向换购,消费升级提升智能化需求。根据世界银行披露的数据,2019 年中国千人拥车量为 173 辆,相较于 21 世纪初的个位数保有以及 2010 年 50 辆左右有非常大的提升,汽车进入家庭阶段已经基本完成,市场由首购逐渐转向增换购。根据 SIC 的预测数据,2025 年将有 64%的汽车消费为增换购,2030 年这一比例将高达 78%。增换购将推动汽车的消费升级,购车动因除了满足基本空间、动力需求之外,科技感和智能化等把玩性需求将提升。
汽车花钱的那群人年轻化。根据 SIC 预测数据,2020 年 90 年代以后的购车群体占比 26% 左右,到 2025 年这一比例将快速提升至 38%,2030 年将有超过 52%的购车用户为 90 年代后出生人群。90 后、00 后这群人正好经历了 4G、5G、大数据、人工智能等 新兴科技驱动的全社会的数字化转型,典型例子就是手机全面由传统的键盘式诺基 亚手机向全面屏智能手机升级,映射到汽车消费场景,其对大屏、科技、智能的诉 求会远高于 70、80 后的购车群体。因此,随着 90 后、00 后逐步成为购车主力人群, 汽车智能化的需求将进一步爆发。
消费者重视智能汽车技术,有较强的支付意愿。根据麦肯锡汽车行业消费者调查数据,超过 8 成消费者认为辅助/无人驾驶以及智能网联功能重要,且有相当比例的用户对相关功能有支付意愿。此外针对 OTA 功能,69%的受访者都认可通过 OTA 升级车辆功能的重要性,其中有 62%的受访者愿意为之付费。
1、政策目标:2020 年 11 月国务院办公厅印发的《新能源汽车产业高质量发展规划》提出 2025 年高度无人驾驶汽车实现限定区域和特定场景商业化应用,2035 年高度无人驾驶汽车实现规模化应用。此外,根据《中国智能网联汽车发展路线 级智能网联汽车渗透率持续增加,2025 年达 50%,2030 年超过 70%。
智能座舱方向,当前渗透率较低,明年有望快速提升。根据前瞻产业研究院和 ICVTank 的统计数据,2020 年全球智能座舱域控制器出货量仅 80 万套,据 Marklines 统计 2020 年全球乘用车销量超 7700 万辆,渗透率仅 1%;另根据专家调研信息,目前国内智能座舱的渗透率在 10-20%左右。因此,无论是全球市场还是国内,智能座舱的渗透率仍然处于较低水平。根据亿欧的统计资料,以是否支持 OTA 升级作为是不是满足智能座舱的重要参考标准,中国 2021 年前 10 个月新发布车型(含改款)中智能座舱渗透率为 50.6%,这在某种程度上预示着国内当下正处于智能座舱边际快速渗透的状态,随着这些新车型明后年起量,将明显提升智能座舱的渗透率,海外市场同理。
无人驾驶方向,目前仍处于 L2 级无人驾驶的导入期。根据中国智能网联汽车产业创新联盟披露数据,2021 年 1-9 月 L2 级无人驾驶渗透率有较大幅度提高,5 月以来渗透率超过 20%,相较去年同期提高接近 10 个百分点。预计 2021 年全年 L2 级无人驾驶渗透率将达到 20%,整体而言渗透率水平仍然较低。
全球主流车企正密集研发 L3 级以上无人驾驶。从全球车企自动驾驶量产时间表能够正常的看到,当前正处于车企密集研发 L3 级无人驾驶的阶段,一般无人驾驶先在高端旗舰车型上搭载,渗透到品牌内主流车型仍需要一段时间,预计明年 L2 级渗透率将快速上升。
随着智能汽车不断渗透、升级,产业链核心标的将迎来中长期牛市。复盘智能手机的发展历史,随只能手机渗透率的不断的提高以及硬件、软件的一直在升级,整个产业链蒸蒸日上,相关细分领域龙头公司迎来爆发。我们大家都认为智能汽车产业链正在复 刻消费电子的发展历史,随着汽车的核心竞争领域迁移至核心硬件(芯片、传感器、域控制器)、软件和操作系统等领域,相关公司将迎来长期爆发。
在传统的分布式汽车电子电气架构中,对于车辆中的传感器与各种电子电气系统的信息传输与控制都由分布式汽车电子控制器(ECU)完成,随着汽车电子化程度的提高和功能的多样化,分布式架构与 ECU 的局限性对于车辆的生产所带来的成本、功能实现、未来发展都提出了挑战,更加集成化、智能化的解决方案——域控制器与域内中心 化架构则应运而生。以下几点为域控制器逐渐取代 ECU 的主要动因:
(1)随汽车电子化与智能化的发展,ECU 数量与线束数量成为成本与车重负担
在分布式架构中,ECU 被运用在制动系统、变速系统、悬架系统、安全系统、驱动系统等方方面面,几乎车辆的每一个独立功能和传感器都需要配备一个 ECU。随着目前汽车的电子化程度的提高与智能化的提高,单车中的 ECU 数量不断的提高。2019 年,中国汽车单车 ECU 数量为 25 个,目前在高端车型与智能化程度高的车型中主 要 ECU 的数量达到 100 多个,加上一些简单功能的 ECU 总数可以超过 200 个。无人驾驶与其他智能化模块的应用使车辆需要更加多的传感器(如摄像头、雷达)与处理器,如果仍然采用分布式架构来实现,将使汽车 ECU 数量大幅度的提高,推动成本上 升。
除此之外,同一车辆上的不同 ECU 之间也一定要通过 CAN 和 LIN 总线连接在一起,因此 ECU 数量的增多也导致了总线线束的数量和复杂程度的大幅度的提高。总线线束的增加首先会增加车重,同时由于线束的主要材料为铜,线束的增多会较显著地提高单车成本。域控架构将模块内多个 ECU 的功能集成到了一个域控制器中,可以很大程度地控制 ECU 数量,简化线)分布式架构信息传输能力有限,不足以满足无人驾驶等复杂智能功能
传统的分布式架构中 ECU 之间的通讯能力有限,大多通过 CAN 通讯、LIN 通讯、Flex Ray 等,数据的传输速度很有限,最高只能达到约 20 兆 Bps 每秒。在无人驾驶中,信息需要被实时传输和处理,一个摄像头产生的数据量就会达到 200 兆 Bps 每秒,L3 以上级别的无人驾驶中运用到的 Lidar 激光雷达则会产生大于 1G Bps 每秒的数据量,无法通过分布式架构实现信息的实时传输。
域控制器的应用使数据信息可以在功能模块内通过中央网关以以太网协议进行传输,达到千兆甚至万兆的信息传输速度,对于无人驾驶等复杂智能功能的实现至关重要。因此,车内通信架构的升级也须基于域控架构实现,未来车载以太网将成为汽车骨干网。
汽车智能化需要车辆中的控制器具备足够的算力来实现大量的信息处理与运算,以无人驾驶功能为例,L2+级别以上的无人驾驶需要至少 50 TOPS 的算力,L3 级别以上的无人驾驶需要 300 TOPS 以上的算力,L4 级别则需要 700~1000 TOPS 的算力,这样的高算力要求是分布式 ECU 完全没有办法达到的,而无人驾驶域控制器在配备了高算力的芯片之后就能够完全满足各种汽车智能化的信息处理与运算要求。
同时,供应商在对全车的各个 ECU 的设计中都会对算力留有冗余,并且各个 ECU 之间有功能的重叠,从整车的视角来看就浪费了大量的算力。而域控制器的冗余留存是针对于整个域的,将冗余的重叠与算力的闲置最小化。
在传统的分布式 ECU 架构中,各个 ECU 之间通过 CAN、LIN 总线进行点对点数据传输,通信方式在汽车出厂时已经确定。在智能网联汽车中,大量的功能需要 ECU 间的协调工作来实现,当前 ECU 间基于信号的点对点通讯将会变得异常复杂,且不具备灵活性和扩展性,微小的功能改动都会引起整车通讯矩阵的改动。
博世将汽车电子电气架构的演进分为三大阶段:分布式架构、(跨)域集中式架构、车辆集中电子电气架构,每个大阶段中细分为两个小阶段,从低阶到高阶依次为:模块化(每个功能由一个独立的 ECU 实现)、集成化(不同的功能集成到一个 ECU 来实现)、域内集中(域控制器分别控制不同的域)、跨域融合(跨域控制器同时控 制多个域)、车辆融合(一个车载中央计算器控制全车的域控制器)、车辆云计算(更多的车辆附加功能由云计算实现)。
所谓“域”即控制汽车的某一大功能模块的电子电气架构的集合,每一个域由一个 域控制器进行统一的控制,最典型的划分方式是把全车的电子电气架构分为五个域:动力域、车身域、底盘域、座舱域和无人驾驶域,具体分工如下:
1.动力域控制器主要控制车辆的动力总成,优化车辆的动力表现,保证车辆的动力安全。动力域控制器的功能包括但不限于发动机管理、变速箱管理、电池管理、动力分配管理、排放管理、限速管理、节油节电管理等;2.车身域控制器主要控制各 种车身功能,包括但不限于对于车前灯、车后灯、内饰灯、车门锁、车窗、天窗、雨刮器、电动后备箱、智能钥匙、空调、天线、网关通信等的控制。
3.底盘域控制器 主要控制车辆的行驶行为和行驶姿态,其功能包括但不限于制动系统管理、车传动系统管理、行驶系统管理、转向系统管理、车速传感器管理、车身姿态传感器管理、 空气悬挂系统管理、安全气囊系统管理等;4.座舱域控制器主要控制车辆的智能座 舱中的各种电子信息系统功能,这些功能包括中控系统、车载信息娱乐系统、抬头 显示、座椅系统、仪表系统、后视镜系统、驾驶行为监测系统、导航系统等;5.自动 驾驶域控制器负责实现和控制汽车的无人驾驶功能,其需要具备对于图像信息的接 收能力、对于图像信息的处理和判断能力、对于数据的处理和计算能力、导航与路 线规划能力、对于实时情况的快速判断和决策能力,需要处理感知、决策、控制三 个层面的算法,对于域控制器的软硬件要求都最高。
目前汽车厂商的电子电气架构升级都仍处于域集中式架构阶段,少数领先的车厂已 经发展到了跨域融合阶段:大众:MEB 平台采用三大控制器来对全车来控制与功能实现:1、ICAS1 车辆控制域控制器,集成了车身控制管理、驱动系统管理、行驶系统管理、电动系统管理、灯具系统管理、舒适系统管理等诸多功能,将车身域、动力域、底盘域三域融合;2、ICAS2 智能驾驶域控制器,对于无人驾驶功能进行实现,拥有强大的信息处理与 计算能力,与多个传感器紧密相联;3、ICAS3 智能座舱域控制器,包括了实现中控系统、车载信息娱乐系统、抬头显示、座椅系统、仪表系统、后视镜系统、驾驶行为监测系统、导航系统等各种功能所需的硬件与软件。目前基于 MEB 平台的 ID.系 列车型能够最终靠 OTA 更新最多 35 个控制单元。
是汽车电子电气架构升级的领跑者,最早步入跨域融合阶段,Model3 的电 子电气架构中已经基本不按照功能来进行域的划分,全车只有 CCM 中央计算模块、 BCM RH 右车身控制模块、BCM LH 左车身控制模块三个域控制器。CCM 中央计算模块集成了无人驾驶域、智能座舱域、通信系统域的功能,将三者融合做统一的集中化的运算处理与控制。左右车身模块则将车身的不同功能域以区域划分并融合,两者分别对左车身和右车身区域的动力系统、转向系统、制动系统等来控制,同时对各种车身功能来控制和管理,包括但不限于热管理、自动泊车辅助系统、灯光系统、门锁系统、车窗系统等。
2021 年量产的 GEEP3.0 电子电气架构为典型的域内集中式的架构,这中间还包括 动力与底盘域控制器、车身域控制器、智能座舱域控制器与智能驾驶域控制器。2022 年长城汽车计划推出的 GEEP4.0 架构则是跨域融合式的架构,将对全车控制集成在中央计算、智能驾驶与智能座舱三大核心计算平台上,并以多个区域控制器辅佐核心计算平台对于车身各个区域与功能的细化控制。
汽车将逐渐不再只是纯粹的交通工具,而具备更多的电子科技类产品属性。EE 架构的升级使汽车控制器中的软硬件解耦、使软件能轻松实现 OTA、使车载控制器的运算能力与信息传输能力大幅度提高,还可以采用云计算来增强运算能力,这些变革都为“软件定义汽车”与汽车的高度智能化发展提供了必要的条件,使汽车行业的发展突破了由硬件主导的阶段,软件成为汽车产业链未来的价值核心。从软件代码量对比来看,智能汽车的代码量已达到 1 亿行,远高于 PC 的 Windows 系统 5000 万行, 手机安卓系统 1300 万行。
智能汽车软件分为三层结构,包括:1、底层系统软件层,包括虚拟机、系统内核、 AUTOSAR 等;2、应用中间件和开发框架,包括功能软件、SOA 等,位于操作系 统、网络和数据库之上,应用软件的下层,为应用软件提供运行与开发的环境,帮 助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件;3、上层应用软件层,包括智能座 舱 HMI、ADAS/AD 算法、网联算法、云平台等,用于实际实现对于车辆的控制与 各种智能化功能。AP AUTOSAR 和中间件 OS 将是众多 Tier1 的发力重点。
是管理和控制车载硬件与车载软件资源的程序系统,最重要的包含两种, 1)基础汽车操作系统:如 QNX、Linux、WinCE、Android 等,包含所有的底 层组件,如系统内核、底层驱动等,有的还包含虚拟机,具体应用上,目前 75% 的无人驾驶域控制器的底层操作系统使用的是 QNX 系统;2)定制型汽车操作 系统:指在基础型操作系统之上进行深度定制化开发(包括系统内核修改),最 终实现座舱系统平台或无人驾驶系统平台,百度车载 OS,大众 VW.OS 属于此 类。国内主要的汽车操作系统玩家包括 TINNOVE 梧桐车(腾讯系)、斑马智行 (阿里系)、国汽智控、百度和华为等,主机厂自身开展 OS 研发难度非常大。
一种运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间软件 层,可允许多个操作系统和应用共享硬件,主要使用在在座舱领域。在座舱域控制 器中,由于安全要求不同,需要运行不同的操作系统(比如 Linux/QNX 负责实 时性仪表(ASIL B)、安卓负责信息娱乐系统(ASIL A)以及弱 ADAS 功能(ASIL C)),通过 Hypervisor 技术能将不同的操作系统运行在同一个主控芯片,实 现“一芯多屏”功能。目前常见的虚拟机包括黑莓的 QNX、英特尔主导的 ACRN、Mobica 为代表的 XEN、松下收购的 Open Synergy 的 COQOS、德国大陆汽车的 L4RE,法国 VOSyS 的 VOSySmonitor 等。
:中间件是位于底层操作系统和上层应用程序之间的软件模块,集成了 AUTOSAR 自适应平台和安全通讯模块,直接与操作系统交互,通过最小化接 口的方式,保证了与系统所有部分的快速通信,明显降低 OEM 系统集成的复 杂性。类似 EB、Vector、TATA、Mentor、ETAS、KPIT 等传统基础软件平台供 应商和 TTTech Auto、东软睿驰等后来者都在抢抓中间件市场机遇。
研发更多集中在上层差异化应用上,而基础软件(AUTOSAR)和中间件交由供应商集成,可更快速实现产品交付。
:上层的应用软件层是 OEM 重点研发打造差异化的领域,比如 座舱 HMI、无人驾驶等。无人驾驶域控制器上层的应用算法较为复杂,包括场 景算法(涵盖数据感知、决策规划、控制执行等)、数据地图、人机交互(HMI) 等,其中场景算法最为复杂,典型的包括感知、决策、执行三个维度的算法,进而实现各类场景下的无人驾驶功能,如 L2 级无人驾驶的典型功能全自动泊车(APA)、领航辅助等。目前整车厂、传统 Tier1、初创企业、科技巨头以及独立的软件企业等在上层软件领域都在积极发力。
智能汽车软件的商业模式一般都会采用“IP+解决方案+服务”的模 式,Tier1 软件供应商的收费模式包括:(1)一次性研发费用投入,购买软件包,比 如 ADAS/AD 算法包;(2)单车的软件授权费用(License)、Royalty 收费,按汽车出货量和单价特殊的比例分成,例如车载音乐、视频软件等;(3)一次性研发费用和单车 License 打包。国内的大部分的企业都是按照项目形式或者是一次性 NRE 的形式收费,无论是卖多少辆车都按一个价格收费,如中科创达、诚迈科技基于高通 等芯片平台提供智能驾驶舱适配性开发。只有细致划分领域国际头部供应商会采用第三 种收费模式,既收取开发费 NRE,还根据每一辆车收 license 费用。
。根据专家访谈,目前市面 L3 级以上的无人驾驶域控制器的单价在 3000 元~10000 元左右,L2 级自驾域单价 2000 元左右;座舱域控制器的单价在 2000 元左右;底盘域由于要达到 ASIL-D 安全等级,故价格和座舱域相当,也是 2000 元左右;车身域控制器单价在 500 元左右。
目前无人驾驶域控制器主要有四类玩家:1、头部新势力企业,如特斯拉自研无人驾驶芯片,蔚来自研域控制器然后找第三方代工;2、国际 Tier1,自己与芯片商合作,做方案整合后研发域控制器并向整车厂销售,例如大陆 ADCU、采埃孚 ProAI、麦格纳 MAX4 等;3、域控软件供应商,例如 TTTech 与上汽集团合资成立了创时智驾,为上汽成员企业配套无人驾驶域控制器产品;4、本土 Tier1,根据英伟达在 10 月云栖大会上公布的信息,目前采用英伟达 Orin 系列方案的车企客户包括奔驰、沃尔沃、蔚来汽车、小鹏汽车、理想汽车、上汽智己以及 R 汽车,德赛西威拿到了其中大部分的域控制器定点订单。此外 还有华为、经纬恒润、福瑞泰克等企业布局了这一领域。
根据产业链调查,无人驾驶域控制器方面,预计国内市场 2025 年出货量 将超 400 万套,随着支持 L3 级无人驾驶的域控制器逐渐放量,平均价格有望从现 在 2000 元左右提升 3000 元以上;座舱域控制器方面,预计 2025 年出货量将超 500 万套,随着入局者增多行业区域成熟,价格略微下滑。预计国内市场 2025 年座舱+ 无人驾驶域控制器市场规模将超 200 亿元。
智能座舱的主要构成包括车载信息娱乐系统、仪表盘、抬头显示(HUD)、流媒体后视镜、语音交互系统等 HMI 交互产品,具体功能基于座舱域控制器实现,座舱还有望和智能驾驶领域打通。
伴随人机交互体验的升级,座舱产品的价值量将翻倍提升,座舱市场空间将迎来扩容。
在传统座舱中,单车价值量根据豪华程度不同会呈现较大差异,平均而言机械 仪表盘+车载信息娱乐系统等单车价值量在 1500 元左右;而在智能座舱时代,包括 中控屏、液晶仪表盘、HUD 和流媒体后视镜等主要部件,单车价值量有望大幅度的提高 至 6000 元以上。我们预计 2025 年市场规模将超 900 亿元,复合增速约 13.5%,其 中全液晶仪表和 HUD 领域增长空间最大。
大象研究院是大象投资控股集团旗下的智库机构,以“立足行业基础研究,服务全球长期资金市场”为使命,追求成为全世界顶级独立第三方研究机构。研究院对内提供基础行业研究,为集团“为中国优秀公司可以提供全球性咨询与资本服务”的愿景提供研究支持;对外提供独立的第三方研究报告和决策咨询支持。大象研究院的研究覆盖先进制造、TMT、节能与环保、人工智能、新能源、新材料、医疗健康、生物科学技术、文化娱乐、互联网金融等行业,结构化整理超过上万份细分行业报告,并实时更新。