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一、智能网联汽车大势所趋
伴随着电动化的发展,叠加特斯拉的明星示范效应,当前智能网联已经成为重塑汽车行业的关键因素之一,意味着软件定义汽车时代的到来,汽车已经从广义上的“硬”汽车转变为“软”汽车,其所承载的含义已经有了新的解释,即在原先满足消费者驾乘体验功能的基础上,赋予了新的人机交互、解放双手的作用。
智能网联汽车发展,即为智能化和网联化协同发展,目前来看网联化发展的较早较快,车辆本身、车-云之间已经有广泛的商用化案例;而作为网联关键的车-车之间,也只是局限于主机厂内部同软件平台之间的简单模式。而智能化的发展,则是要在网联化基础上,将智能车辆和智能交通融合在一起最终形成完全自动化的驾驶阶段,即智能网联汽车。
(一)ADAS相当长时间内仍是智能驾驶主力
从功能块上看,智能化可以分为座舱智能化和驾驶智能化,这两者之间相互融合、相互作用。座舱智能化,即智能座舱,主要体现在仪表板区域,具体细分为仪表盘、中控显示屏、HUD、空调控制系统、流媒体后视镜、行车记录仪、后排液晶显示屏等区域,而且目前有朝着一体化发展的方向,其中作为网联化重要载体的中控系统尤为突出。
对于L3以下不同阶段的智能化配置,目前没有明显的定义,从各大主机厂及智能化方案供应商的解决方案看,中高端车辆普遍采用的ADAS系统可以定义为L2+或者L3-水平。假如一台车辆标配ADAS系统,以90~Kph行驶在高速道路上,激活ADAS系统,LKA使其保持在某一固定车道,当前车减速,根据本车雷达识别前车车速和车距,AEB介入,做出速度调整,当前车加速时,同样本车加速行驶,此时驾驶员即可不干预驾驶,只需双手置于方向盘上;当车辆进入路况比较复杂的城市道路或者国道,速度在80Kph及以下,车辆的前置摄像头识别限速标识,做出速度调整,当行至路口,前车减速至停止时,本车即跟随停止;不过对于路口信号灯的识别,特斯拉在最新的软件版本中已经释放;停车起步时,驾驶员参与。当车辆驶入低速路时,面对转向和人行道等错综复杂的路况,则需要驾驶员来干预驾驶,待进入停车库,自动泊车激活,最终停车入库。这一系列驾驶操作,即为当前定义的主流ADAS系统,难点在于低速路况的不确定性带来的挑战,也是L3阶段的重点
ADAS相当长时间内仍旧是智能驾驶的主力。高级辅助驾驶系统,即ADAS系统(AdvancedDrivingAssistanceSystem),是利用车上的各类传感器,如毫米波雷达、激光雷达、单目摄像头、双目摄像头以及卫星导航等模块,实时感知车辆周边的环境,进行数据采集,并作动、静态辨识、侦测与追踪,根据高精度地图数据,进行快速运算与分析,从而让车辆和驾驶员预先感知周边环境带来的影响,并迅速做出反应,满足车内驾乘人员对整车性能,特别是安全性的要求。近几年ADAS的渗透率增长迅速,从原先局限于配置高端车品牌,到现在的中端车的高配车型,以及部分辅助驾驶的模块也逐步渗透到低端车辆的高配车型。
根据中汽协统计的数据,年搭载ADAS系统的车辆渗透率不足10%;我们以新能源车为例,拆分不同系统来分析。年Q1新能源乘用车销量10万辆,TOP31品牌在售车型共计款,总销量为9.4万辆,占比94%,我们选取TOP31的车型配置分析,配置车联网功能的车型数量占比最高,为71%,而自动泊车(APS)占比较少,大约为8%;除并线辅助外,其他功能相比年渗透率均明显提高。
(二)智能网联汽车产业链的发展是基础
1、感应端是智能驾驶的五官
智能驾驶,需要利用安装在车辆上的超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、摄像头、定位系统等各种传感器协同工作,收集车内外环境信息,尽可能早地察觉到危险,并采取相对应的措施,避免或者降低事故的发生概率。一般来说,L3级别以上对于自动泊车、拥堵路况和高速自动行驶要求高,需要配置激光雷达,并且单车配套摄像头和毫米波雷达数量众多;而L3级别及以下,则需要配置合适数量的摄像头、毫米波雷达和超声波雷达即可。
超声波雷达成本低,主要运用在倒车辅助、自动泊车等低速工况。
超声波雷达价格相对较低,应用范围较广,在短距离低速检测中具有非常大的优势。该种传感器主要是通过超声波发射装置发射超声波,再通过接收器接收反射回来的超声波的时间差来测算距离。常用的工作频率有40KHz、48KHz和58KHz三种,频率越高,灵敏度越高,水平与垂直方向探测角度越小;并且防水防尘,有少量泥沙遮挡也不影响;探测距离一般再0.1~3米之间,精度较高,适用于倒车辅助和自动泊车等低速工况。超声波雷达通常安装在汽车前后保和侧面,前者称为UPA,用于检测前后障碍物;后者称为APA,用于检测侧方障碍物。
毫米波雷达国外垄断,国内企业逐渐突破。毫米波雷达通过天线发射毫米波信号,目标反射信号后,车辆从而获取了自身周围的物理环境信息,ECU对该信息进行处理,追踪和识别目标;同时根据软件设定,以声音、视觉提醒或者触觉提醒等方式告知驾驶员,或者对车辆运行进行干预,保证驾驶的安全可靠。目前常用的毫米波雷达有24GHz和77GHz两类,24GHz主要检测中短距离(=m左右),77GHz主要是长距离检测(=m)。目前来看,国内24GHz已经量产使用,装机规模较大,但是77GHz因国外的长期禁运管制,起步较晚,规模较小且集中度较低,近8成市场规模仍被外企占据,大规模国产化替代需要持续推进。
激光雷达成本高,国内企业迅速崛起,提升性价比,逐步缩小与国外同行差距。
激光雷达(Lidar,LightDetectionandRanging),主要基于波长在nm~nm左右的激光探测和扫视,可以探测到空间三维信息,且可以显示出精确的三维图像,便于驾驶员快速做出相应的反应。激光雷达的车规级应用即为车载激光雷达,通过发射和接收激光束,分析激光到目标体及折返时间,计算目标与车的距离,同时利用收集的目标对象表面大量密集点的三维坐标、反射率等信息,迅速建立目标的三维模型和三维点云图等数据,绘制出周边环境地图,达到环境感知目的。目前来看,以Velodyne的技术最成熟,产品最丰富,精度和可靠性最高;但是国内品牌如速腾巨创和禾赛科技等也在加紧布局,在性价比上有所突破。
与其他传感器不同的是,激光雷达的优势明显:有极高的分辨率,探测精度高,范围广;抗干扰能力强;能获取比如距离、角度、反射强度和速度等丰富信息,从而生成含有数据的多维图像;并且可以全天候工作。但由于价格和天气等方面制约其快速发展。一方面,线束越多,价格越高;另一方面,在雨雪雾等恶劣天气下,会发生无法识别车道,从而不能有效绘制周边环境信息。
一般来说,激光雷达分为机械式和固态激光雷达。机械式雷达需要旋转测量周边环境,激光发射路径上不能有阻挡,目前只能安装在车顶,对于量产销售的车辆来说,不是一个很好的选择;而采用固态激光雷达,由于其体积小,成本低,可以集中在车辆内部,比如A柱、前后保等部位,通过雷达内部微动部件来偏转扫描,目前是最接近量产的配置,也是各大厂商重点推动的方案。
车载摄像头-汽车的眼睛,眼观六路。
车载摄像头的工作原理是,目标物体通过镜头(LENS)生成光学图像投射到图像传感器上,将光信号转变为电信号,再经过模数转换(A/D)后变为数字图像信号,最后由数字信号处理芯片(DSP)进行加工,处理成特定格式的图像输出到下游需求方。从车载摄像头的组成来看,主要子系统为镜头、CMOS传感器、模组组件、独立ISP芯片以及算法等。根据Yole的预计,年全球摄像头模组产业链市场达到亿美元左右,其中汽车摄像头市场有望超过50亿美元。
按照其配置区域不同,可以分为前置、侧视、后视和内视、环视摄像头等,每种主要负责功能不同,目前应用比较多的功能主要是后视、°环视功能。一般来讲,典型的辅助智能驾驶系统由4个环视、1个前视和1个后视等至少6个视像头组成。比如特斯拉model3就采用了八颗摄像头,外加一颗备用内视摄像头,从而实现自动驾驶的大部分功能。
根据我们的统计,°环视系统在新能源车的渗透率在三成以上,逐渐成为中高端车型以及中高配车型的主流标配,渗透率逐渐提升。从整个市场角度看,车载摄像头市场竞争格局较为充分,但主要集中在外资企业,合计占比在96%左右。
而在分件中,已经有国内自主品牌开始突围,甚至占据了细分市场相当大的比重。比如车载镜头方面,在手机镜头及手机镜头模组处于优势地位的舜宇光学,扩展到车载镜头领域,年公司车载镜头出货量为万颗,同比增长25.3%,已连续9年保持全球第一,优势明显。联创电子一方面供货特斯拉;另外,已与Mobileye、NVIDIA、Aurora等公司达成战略合作;其中有十几款镜头产品获得Mobileye认证;也得到Valeo、Continental等认可,已量产出货。
在汽车CIS领域,韦尔股份控股的豪威科技主要客户是欧美汽车品牌,在BBA中的渗透率位居行业首位,其在年市占率20%,年市占率达到30%,仅次于ONSemi,位居第二;而在手机市场市占率12.4%,位居全球第三。公司作为全球第三大CIS企业,有望继续受益于汽车智能化发展。
在ISP芯片领域,华为自年收购TIOMAP芯片在法国的业务后,基于此成立图像研究中心。从麒麟开始在海思的SoC芯片中集成了自研的ISP芯片模块,从底层硬件开始自研优化照片处理,并从P9开始跻身全球手机拍照第一阵营;年在荣耀30S上搭载的全新麒麟SoC上配备ISP5.0,实现数据吞吐率提升15%、能效提升15%的效果。根据CINNOResearch发布的最新数据,年Q1,华为海思首次登顶国内智能手机处理器市场,成为大陆份额最大的移动SoC厂商,占比达43.9%,高于高通的32.8%和联发科的13.1%。
多传感器信息数据融合处理是智能驾驶的趋势。
我们认为,智能驾驶的发展,要达到车辆自主控制、自主学习,分析和判断有利的环境和路线,一定离不开多传感器之间的互相融合,方能有效地支持冗余设计、扬长避短,达到提升驾驶安全可靠的目的。通常,每种传感器都有自己独特的特征,而汽车需要面对复杂的行驶环境,有来自天气、周边路况、驾驶员等各个方面、全天候全场景的环境影响,这就需要多种传感器搭配融合才能满足将来L5级别自动驾驶需求。
2、决策端是智能驾驶的大脑
相对于常规内燃机车,决策端是新能源车智能化的优势之一,主要由两大方面组成,一方面是硬件层面的域控制器(DCU)和多域控制器(MDC);另一方面是软件层面的运算平台和操作系统等。
汽车控制单元由传统的分布式向集中发展,域控制器成为智能汽车架构的关键之一。传统的汽车控制单元,比如内燃机车,其布置依赖于硬件,采用分布式架构,通常每个子系统都需要配置ECU,全车最多配置多个模块,如此大量的ECU和线束,增加了开发成本和物料成本,降低了数据处理效率,不能适应智能网联汽车发展的需要;此外,随着智能网联化的发展,对数据运算处理的要求越来越高,而传统的分布式架构控制单元难以满足这些要求。因此,满足这些对运算和数据处理高效快速的控制单元应运而生,即为域控制器,实现统一指挥。随着软件定义汽车时代的到来,采用集中式控制单元的全新EE架构,叠加OTA等云端服务,是促进智能网联汽车快速量产、软件快速迭代升级的基础。
以宝马七系为例,9款ADAS系统配置有14个ECU,半导体平均BOM成本为美元;在款上采用了新的E/E架构,新增融合ECU,并采用以太网通讯,半导体平均BOM成本下降了10%。
采用集中式EE架构,离不开域控制器。域控制器分为DCU(DomainControlUnit)和MDC(MultiDomainController)。前者根据汽车电子部件功能可以将EE架构分为动力总成、安全、车身电子、座舱和智能驾驶等域,通过处理能力强的多核CPU/GPU来控制指定域;但是考虑到控制器需要分析处理的信号庞大复杂,原有的分布式或者DCU已经无法满足要求,所以就有了后者-多域控制器,使摄像头、毫米波雷达、激光雷达、车内其他各种传感器在一个MDC内进行处理以确保输出一致的最优结果。这种结构通过MDC统一接受和处理信号,并且传感器与ECU不再一一对应,有助于整车厂根据需要灵活选择不同传感器及供应商。
特斯拉model3域控制器分为三大板块,CCM(中央计算模块)、BCMLH(左车身控制模块)和BCMRH(右车身控制模块),其中CCM覆盖智能驾驶和娱乐控制等,BCMLH覆盖灯光、转向等车身便利系统功能,BCMRH覆盖底盘、安全系统和大部分动力系统等功能,构成复杂的多域控制器。
除特斯拉外,大众MEB、宝马、奥迪等同样也在开展全新EE架构平台设计,如宝马的CentralComputingPlatform、奥迪的CentralComputingCluster和大众MEB的ICAS。
目前最重要的两个方向是智能驾驶域控制器和座舱域控制器。国外零部件龙头企业如Bosch、Continental、Visteon等凭借本身资源和技术优势,牢牢占据大部分市场;国内企业以德赛西威、华为等典型代表,特别是前者,在自动驾驶域已经有了量产突破。而在智能座舱方面,由于消费者对车内电子产品诉求发展较早,因而智能座舱在国内发展较快,有德赛西威、华为、均胜电子、东软睿驰等。根据佐思产研的预测,年全球汽车域控制器(座舱+自动驾驶)出货量将超过万套,-年均增长50.7%。
如果说域控制器是智能网联汽车的神经中枢系统,那么核心车规级处理器则是智能驾驶的大脑。域控制器要完成大量计算,必须依赖于具有强大运算力的核心处理器,从而达到利用这些处理器来集中控制每个域,取代分布式EEA架构。比较典型的车规级企业有NVIDIA、NXP、Infineon、TI、Renesas、Mobileye等,其中Mobileye于年被Intel并购。我们可以看到,在车规级芯片领域,NXP、Infineon、Renesas三家占据国内市场68%的份额,国际市场35%的份额,牢牢占据车规级芯片前三甲地位。
消费芯片巨头上车,努力从传统车规级芯片供应商分得一杯羹。传统消费电子芯片供应商,如Qual
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