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鈦媒體注:本文來(lái)自微信公眾號(hào)國(guó)泰君安證券研究(ID:gtjaresearch),作者為國(guó)泰君安汽車(chē)團(tuán)隊(duì),鈦媒體經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
7月30日晚,在納斯達(dá)克的一片哀鴻遍野中,“理想”汽車(chē)以11.5美元公開(kāi)發(fā)行。
至此,除了蔚來(lái),美國(guó)投資者開(kāi)始一睹中國(guó)汽車(chē)業(yè)的“理想”。
事實(shí)上,自特斯拉對(duì)汽車(chē)乘用體驗(yàn)顛覆之后,中國(guó)新造車(chē)者們就被寄予厚望。在此前的募資中,中國(guó)造車(chē)新勢(shì)力的“理想”備受?chē)?guó)際投資者青睞,獲得足額認(rèn)購(gòu)并提前結(jié)束。
消費(fèi)者看到的,是越來(lái)越簡(jiǎn)潔的中控臺(tái);投資者看到的,是越來(lái)越高的單月產(chǎn)量……而在這背后,看不到的,是另一段汽車(chē)電子架構(gòu)研發(fā)的向死而生。
1994年,奧迪在日內(nèi)瓦車(chē)展上正式發(fā)布首款大型豪華轎車(chē)——第一代奧迪A8。彼時(shí),還沒(méi)有被奉為“燈廠”的奧迪,造出來(lái)的豪華轎車(chē)上安裝的車(chē)燈方方正正、進(jìn)氣格柵方方正正,和一個(gè)更加方方正正的全鋁車(chē)身。
后來(lái)的八年里,奧迪一共賣(mài)出了10萬(wàn)輛A8轎車(chē),這僅僅是中國(guó)人民熟知的“方頭大奔”(奔馳S級(jí)W220)一年的銷(xiāo)量。
當(dāng)消費(fèi)者被全鋁車(chē)身、V8發(fā)動(dòng)機(jī)吸引來(lái)的眼球移向中控時(shí),他們重新想起了被桑塔納支配的恐懼。
▼ 第一代奧迪A8內(nèi)飾
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數(shù)據(jù)來(lái)源:太平洋汽車(chē)網(wǎng),國(guó)泰君安證券研究
大面積的木紋裝飾是德國(guó)人面對(duì)豪華做出的最后妥協(xié),奧迪的工程師試圖通過(guò)數(shù)十個(gè)拇指大的按鈕來(lái)標(biāo)榜自己作為豪華車(chē)的功能豐富。
除此之外,車(chē)上有5個(gè)ECU,主要用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),ECU就是車(chē)輛專(zhuān)用的電子控制器。每個(gè)車(chē)載功能對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)ECU,比如加熱裝置ECU、多媒體系統(tǒng)ECU等等。在汽車(chē)電子化的初期,只有少量ECU被應(yīng)用于汽車(chē),這些分散的ECU構(gòu)成了車(chē)輛的電子電氣架構(gòu)。
▼ 大眾品牌汽車(chē)整車(chē)ECU數(shù)量超過(guò)70個(gè)
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來(lái)源:Kingslayer,國(guó)泰君安證券研究
奧迪深知第一代A8 沒(méi)有真正打動(dòng)對(duì)出行品質(zhì)要求日益提高的富裕階層。2002年,第二代奧迪A8來(lái)了。
▼ 第二代奧迪A8內(nèi)飾
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來(lái)源:太平洋汽車(chē)網(wǎng),國(guó)泰君安證券研究
衛(wèi)星導(dǎo)航、分區(qū)自動(dòng)空調(diào)和一整套主動(dòng)安全系統(tǒng)幫助A8成功躋身全球旗艦豪華車(chē)型行列,與奔馳寶馬并稱(chēng)BBA,成為德系豪華乘用車(chē)代表。
但是奧迪汽車(chē)的電氣工程團(tuán)隊(duì),此刻卻是鴨子劃水。
第二代奧迪A8的娛樂(lè)系統(tǒng),是后來(lái)沿用十余年的多媒體交互系統(tǒng)MMI:這輛旗艦轎車(chē)上的音響、影音播放、導(dǎo)航等一眾娛樂(lè)系統(tǒng),都可以通過(guò)中控的旋鈕和手寫(xiě)板進(jìn)行操作。即便到現(xiàn)在,車(chē)企開(kāi)始將越來(lái)越大的屏幕搬進(jìn)車(chē)內(nèi),MMI仍然是許多車(chē)主心中最方便的娛樂(lè)交互體驗(yàn)。
顯然,這不是第一代A8車(chē)上5個(gè)ECU可以實(shí)現(xiàn)的。隨著汽車(chē)功能的不斷創(chuàng)新和升級(jí),ECU數(shù)量急劇增多。越來(lái)越多的電子裝置和線束給汽車(chē)裝配帶來(lái)不小困難。
事實(shí)上,此時(shí)一輛A8車(chē)內(nèi)的ECU已經(jīng)超過(guò)數(shù)百個(gè)。集中化電子電氣架構(gòu)成為為數(shù)不多的解決方案。
DCU域控制器(Domain Control Unit)的概念應(yīng)運(yùn)而生。
▼ DCU連接ECU將功能按照域進(jìn)行劃分
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來(lái)源:2018年自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)層級(jí)深度分析報(bào)告,國(guó)泰君安證券研究
在DCU模式下,汽車(chē)功能被劃分不同領(lǐng)域,例如:動(dòng)力總成、車(chē)輛安全、車(chē)身電子智能座艙和智能駕駛等,隨后使用更強(qiáng)大的處理芯片控制域內(nèi)功能對(duì)應(yīng)的ECU。整個(gè)架構(gòu)取代了原先的分布式架構(gòu),更加集中化。
▼ 部分車(chē)企將ECU進(jìn)行域的劃分
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來(lái)源:Bosch,國(guó)泰君安證券研究
人們的需求遠(yuǎn)不止如此,除了讓駕駛充滿樂(lè)趣,人們當(dāng)然還希望手中的方向盤(pán)更懂自己——這也是為什么自動(dòng)駕駛從上世紀(jì)九十年代就成為科幻片中的情節(jié)標(biāo)配。
在現(xiàn)實(shí)生活中,自動(dòng)駕駛技術(shù),即車(chē)輛按人的指令自動(dòng)完成駕駛?cè)蝿?wù)。這項(xiàng)技術(shù)需要通過(guò)攝像頭、各種雷達(dá)設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)和各種傳感器聯(lián)動(dòng)來(lái)感知周?chē)h(huán)境。在此基礎(chǔ)之上,為了使車(chē)輛按預(yù)定軌跡前進(jìn),還需要精準(zhǔn)定位、車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信以及傳感器的復(fù)雜運(yùn)算相結(jié)合,而DCU已經(jīng)不足以支持這一切。
MDC多域控制器(Multi Domain Controller)被創(chuàng)造,用于處理大量數(shù)據(jù)和進(jìn)行復(fù)雜邏輯運(yùn)算。MDC的邏輯是通過(guò)一塊ECU來(lái)接入不同的傳感器得到的數(shù)據(jù),對(duì)其進(jìn)行分析,最終發(fā)出控制的指令。與DCU不同的是,DCU是單一模塊的域控制器,其對(duì)接的傳感器是按照功能進(jìn)行劃分的,而MDC中一塊ECU會(huì)接觸不同功能的傳感器。
▼ MDC連接傳統(tǒng)意義下不同功能的傳感器
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來(lái)源:2018年自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)層級(jí)深度分析報(bào)告,國(guó)泰君安證券研究
目前市場(chǎng)中大部分車(chē)企都已普遍使用MDC。2018年第四代奧迪A8成為第一款配置L3自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的汽車(chē)。它可以在堵車(chē)場(chǎng)景下(車(chē)速60km/h以下)自行控制車(chē)輛轉(zhuǎn)向、加速和制動(dòng)。L3自動(dòng)駕駛指的是脫離手腳控制下的安全行駛,駕駛員只需在系統(tǒng)無(wú)法控制的情況下接管。它是當(dāng)下車(chē)企研發(fā)所能達(dá)到的最高級(jí)別的自動(dòng)駕駛。
麥肯錫在2018年發(fā)布的報(bào)告中,將汽車(chē)電子電氣架構(gòu)分為5個(gè)階段。其中大部分汽車(chē)制造商處于由DCU 為主的第三代架構(gòu)向MDC為主的第四代架構(gòu)。
▼ 目前大部分廠商處于麥肯錫E/E架構(gòu)中
第三代到第四代過(guò)渡的階段
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數(shù)據(jù)來(lái)源:麥肯錫《汽車(chē)軟件與電子2030》,國(guó)泰君安證券研究
變革的前三個(gè)階段分別對(duì)應(yīng)ECU、DCU、MDC主導(dǎo)的三個(gè)階段。目前大部分車(chē)企處于第三代E/E分布式體系并向第四代集中化體系邁步。
盡管通過(guò)奧迪A8的迭代我們可以看到車(chē)企未來(lái)的發(fā)展方向和他們?yōu)橹冻龅呐?,然而佼佼者特斯拉已?jīng)位于E/E架構(gòu)變革的第四代,并向第五代:大型智能終端不斷探索。
▼ Model 3實(shí)現(xiàn)向多域控制器階段的轉(zhuǎn)變
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數(shù)據(jù)來(lái)源:特斯拉中文網(wǎng)(冷酷的冬瓜),國(guó)泰君安證券研究
早在2014年,特斯拉就為所有出廠的Model S和后續(xù)車(chē)輛配置Autopilot自動(dòng)駕駛功能(L2.5自動(dòng)駕駛)。Model S和后續(xù)車(chē)型的推出給予了人們對(duì)未來(lái)智能化汽車(chē)的自由暢想。
沒(méi)有了傳統(tǒng)的儀表盤(pán),沒(méi)有了繁雜的按鍵,取而代之的是一塊17英寸的豪華大屏幕,比常見(jiàn)的單人枕頭還要長(zhǎng)。只需要輕輕點(diǎn)擊即可查看駕駛信息和使用各種功能。美國(guó)《消費(fèi)者報(bào)告》稱(chēng)“駕駛這款汽車(chē)像使用iPad一樣方便。”
這也為車(chē)內(nèi)的電氣架構(gòu)提出了新的考驗(yàn):從Model S的明顯域劃分概念,到Model 3真正實(shí)現(xiàn)多域控制,特斯拉電子電氣架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了前所未有的高集成度。除此之外,Model 3還采取了諸多創(chuàng)新技術(shù):
Model 3四大控制器:AICM(輔助駕駛及娛樂(lè)控制模塊)、BCM RH(右車(chē)身控制器)、BCM LH(左車(chē)身控制器)以及BCM FH(前車(chē)身控制器)控制著整輛車(chē)幾乎所有功能。
左、右、前車(chē)身控制器在印刷電路板上的元件鋪貼密度非常高,一塊印刷電路板上設(shè)計(jì)了多顆控制器;而在功能上除了核心控制器之外的的子控制器功能更加標(biāo)準(zhǔn)化,實(shí)現(xiàn)了軟硬件分離,特斯拉自研的控制器比例超過(guò)50%;在形狀上Model 3車(chē)身控制器的形狀并不是傳統(tǒng)的規(guī)則方形,而是根據(jù)控制器所需的高度和面積來(lái)決定形狀。
▼ Model 3車(chē)身控制器的形狀不規(guī)則
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數(shù)據(jù)來(lái)源:特斯拉中文網(wǎng)(汽車(chē)小將),國(guó)泰君安證券研究
去保險(xiǎn)絲化和去繼電器化
除了電池內(nèi)部控制器外,已經(jīng)將繼電器和可熔斷保險(xiǎn)全部換成了車(chē)身控制內(nèi)集成的電子保險(xiǎn)絲盒。采用電子保險(xiǎn)絲盒可以更加可靠地控制每個(gè)控制器的供電,并對(duì)ECU的用電情況進(jìn)行檢測(cè),在必要時(shí)對(duì)特定ECU進(jìn)行供電或斷電處理。
使用X86架構(gòu)和自造Linux操作系統(tǒng)
輔助駕駛及娛樂(lè)控制模塊(AICM)搭載了Intel公司的 Atom A3950 處理器,集成了NXP公司的QorIQ芯片,在性能上有著非常大的優(yōu)勢(shì)。
Atom A3950 使用的X86架構(gòu)可以更好的處理復(fù)雜、龐大的指令。它的軟件配套、開(kāi)發(fā)工具的配套及兼容等工作已十分成熟。
QorIQ芯片負(fù)責(zé)車(chē)內(nèi)子系統(tǒng)的通信互聯(lián)和配置管理,實(shí)現(xiàn)邊緣設(shè)備與云之間無(wú)縫且安全的數(shù)據(jù)流動(dòng)。
Atom A3950 平臺(tái)上運(yùn)行的是特斯拉自己打造的車(chē)載Linux系統(tǒng),使用的軟件80%以上為特斯拉自己開(kāi)發(fā),保障了特斯拉在軟件上絕對(duì)控制地位。
車(chē)載線束總長(zhǎng)度降至1.5千米
一輛汽車(chē)的內(nèi)部線束總長(zhǎng)度可以超過(guò)數(shù)千米。線束長(zhǎng)度其實(shí)是衡量這輛車(chē)電子化水平的指標(biāo)。車(chē)輛電子化程度越高,一般意味著車(chē)內(nèi)有更多的電子元件和更多的線束,相應(yīng)整車(chē)重量也會(huì)增加。
特斯拉成功的做到了在有限的車(chē)內(nèi)空間和車(chē)載重量范圍內(nèi),使用更少的線束完成盡可能多的元件連接。Model 3 的車(chē)載線束總長(zhǎng)度與先前車(chē)型相比,從3千米降至1.5千米,極大減輕了整車(chē)重量。
傳統(tǒng)車(chē)企一開(kāi)始對(duì)特斯拉的嘲笑、不屑和觀望,到頭來(lái)都變成了在 Model 3 面前的手忙腳亂。
乘用車(chē)行業(yè)面對(duì)的是消費(fèi)者對(duì)于駕乘體驗(yàn)、操控樂(lè)趣、道路安全全方位的無(wú)限需求,惟有加快研發(fā)速度,搶占高進(jìn)入壁壘的市場(chǎng)份額并以此獲得先發(fā)優(yōu)勢(shì),才能保持現(xiàn)有的競(jìng)爭(zhēng)格局。
預(yù)計(jì)2020-2030年軟件與電子電氣架構(gòu)市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增速為7%,動(dòng)力系統(tǒng)2020-2030年市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增速為15%。
▼ 汽車(chē)軟件與E/E架構(gòu)市場(chǎng)
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數(shù)據(jù)來(lái)源:麥肯錫《汽車(chē)軟件與電子2030》,國(guó)泰君安證券研究
E/E架構(gòu)變革的進(jìn)程與車(chē)載以太網(wǎng)的發(fā)展息息相關(guān)。以太網(wǎng)為汽車(chē)信號(hào)傳輸?shù)母咚俾屎透邘捥峁┍U稀?/p>
以太網(wǎng)聽(tīng)上去與互聯(lián)網(wǎng)相似,但它其實(shí)是一種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù),通常設(shè)備間以線纜相連接構(gòu)成封閉的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。而互聯(lián)網(wǎng)則是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的總稱(chēng),是一個(gè)世界范圍的廣域網(wǎng)。
以太網(wǎng)為交換機(jī)式(Switched Network)通信方式,網(wǎng)絡(luò)中存在終端節(jié)點(diǎn)和交換機(jī)節(jié)點(diǎn),所有終端節(jié)點(diǎn)都需要經(jīng)過(guò)交換機(jī)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)才能進(jìn)行通訊。終端節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)以太網(wǎng)端口,而一個(gè)交換機(jī)節(jié)點(diǎn)有多個(gè)以太網(wǎng)端口。以太網(wǎng)能夠提供更高的帶寬和交換網(wǎng)絡(luò),具有非常強(qiáng)大的通信能力。以太網(wǎng)以一對(duì)一或一對(duì)多兩種方式進(jìn)行通信,一對(duì)一的方式中發(fā)送節(jié)點(diǎn)的報(bào)文中涵蓋自己和一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)的地址;一對(duì)多的方式中發(fā)送節(jié)點(diǎn)的報(bào)文中涵蓋自己和多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)的地址。二者都不影響其他節(jié)點(diǎn)的通信。
▼ 以太網(wǎng)以交換機(jī)式通信方式進(jìn)行信息收發(fā)
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數(shù)據(jù)來(lái)源:車(chē)載網(wǎng)絡(luò)雜談,國(guó)泰君安證券研究
可以預(yù)見(jiàn)的是,隨著更復(fù)雜的車(chē)載功能上線,一方面,對(duì)以太網(wǎng)端口數(shù)量的需求會(huì)越來(lái)越大;另一方面,為了實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)體驗(yàn)VR,看電影等對(duì)設(shè)備要求更高的視聽(tīng)娛樂(lè)活動(dòng),對(duì)大帶寬的需求也會(huì)十分迫切。
▼ 隨著車(chē)載功能的增加以太網(wǎng)端口數(shù)量也在快速增長(zhǎng)
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數(shù)據(jù)來(lái)源:微信公眾號(hào) 筋斗云與自動(dòng)駕駛,國(guó)泰君安證券研究
軟件開(kāi)發(fā)與熱更新是E/E架構(gòu)變革的另一個(gè)重要因素。
面向服務(wù)的軟件架構(gòu)SOA(Service Oriented Architecture)將成為未來(lái)汽車(chē)領(lǐng)域“軟件定義汽車(chē)”的技術(shù)基礎(chǔ)。軟件定義汽車(chē)代表了軟件帶動(dòng)汽車(chē)技術(shù)革新和促進(jìn)汽車(chē)產(chǎn)品差異化的趨勢(shì),是汽車(chē)智能化與信息化的基礎(chǔ)。
SOA架構(gòu)下,應(yīng)用程序的組件和功能沒(méi)有被強(qiáng)制綁定,應(yīng)用程序的不同組件和功能于結(jié)構(gòu)的聯(lián)系并不緊密。好處在于應(yīng)用程序服務(wù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)逐漸改變時(shí),軟件架構(gòu)不會(huì)受到過(guò)大的影響。
▼ SOA一定程度上實(shí)現(xiàn)
軟件和硬件的分離
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數(shù)據(jù)來(lái)源:聯(lián)合電子,國(guó)泰君安證券研究
熱更新技術(shù)保證軟件開(kāi)發(fā)后的即時(shí)更新與應(yīng)用。熱更新,即車(chē)輛軟件系統(tǒng)的即時(shí)更新。廠商遠(yuǎn)程對(duì)車(chē)輛進(jìn)行軟件的升級(jí)和更新,如同手機(jī)升級(jí)系統(tǒng)一樣方便快捷。
在一輛2019年出廠的傳統(tǒng)燃油車(chē)上,汽車(chē)電子產(chǎn)品的成本約為3145美元。到了2025年,這一數(shù)字預(yù)計(jì)將上升至7030美元。汽車(chē)電子器件占全部物料零件成本比例也將從16%提升至35%。
增加的部分中,925美元屬于自動(dòng)駕駛,主要器件為傳感器;725美元屬于數(shù)字化,主要器件為汽車(chē)電子架構(gòu);另外的2235美元屬于電氣化,主要器件為電驅(qū)、車(chē)載充電器、轉(zhuǎn)換器和動(dòng)力系統(tǒng)逆變器。
▼ 汽車(chē)電子器件BOM成本占比
由16%提升至35%
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數(shù)據(jù)來(lái)源:羅蘭貝格,國(guó)泰君安證券研究
5G商用腳步漸近,整車(chē)制造企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)巨頭、電信硬件制造商、傳統(tǒng)汽車(chē)零部件制造商正在使出渾身解數(shù),意圖憑借自主研發(fā)芯片和系統(tǒng)打造應(yīng)用生態(tài)。
電子電氣架構(gòu)的變革將同步影響組件市場(chǎng)。DCU、ECU、傳感器及其他電子器件市場(chǎng)將進(jìn)一步發(fā)展為更加成熟和獨(dú)立的市場(chǎng)。
汽車(chē)軟件和E/E架構(gòu)組件市場(chǎng)正處于快速擴(kuò)張階段。2020年,軟件與E/E架構(gòu)組件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)2380億美元,其中ECU/DCU市場(chǎng)規(guī)模達(dá)920億美元,占比接近40%。
▼ 軟件與電子電氣架構(gòu)
市場(chǎng)規(guī)模呈上升趨勢(shì)
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數(shù)據(jù)來(lái)源:麥肯錫《汽車(chē)軟件與電子2030》,國(guó)泰君安證券研究
我們?cè)?a target="_blank">《關(guān)于中國(guó)乘用車(chē)行業(yè)下一個(gè)十年的四個(gè)關(guān)鍵判斷》中,將“中國(guó)新能源車(chē)企將從先發(fā)優(yōu)勢(shì)進(jìn)化為技術(shù)優(yōu)勢(shì)”作為一個(gè)關(guān)鍵判斷。
擁有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈、良好互聯(lián)網(wǎng)使用習(xí)慣的消費(fèi)者、具備創(chuàng)新意識(shí)的整車(chē)廠……當(dāng)汽車(chē)從交通工具變身智能終端,在不愿錯(cuò)過(guò)下一個(gè)特斯拉的投資者眼中,中國(guó)車(chē)企顯然是下一個(gè)完美的候選。
未來(lái)十年,中國(guó)車(chē)企和背后的龐大產(chǎn)業(yè)鏈能否共鳴出新的驚喜,值得市場(chǎng)期待。
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一篇說(shuō)蔚來(lái)和理想的,后面轉(zhuǎn)成奧迪了????