(1)汽车电动化、智能化、网联化成为必然趋势,促进主动安全系统向 EMB演进
汽车电动化是指车以电能作为能源供给,电动机作为动力引擎,具有节能、零排放等特点。在排放法规趋严、能耗限制趋紧的双重压力驱动下,电动化已然成为全球汽车产业公认的未来演化方向。汽车电动化给传统汽车带来了更强的动力性能和全车智能控制的通用接口,是汽车智能化、网联化的载体。汽车网联化运用搭载的无线通信模块,实现汽车与外部的互联互通。
汽车智能化指集中运用计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术,把汽车打造成一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统,最终实现汽车的无人驾驶。
《中国制造 2025》中明确提出加快汽车等行业的智能化改造,并将智能汽车划分为辅助驾驶、半自动驾驶、高度自动驾驶和无人驾驶四个阶段。工信部进一步发文对其进行详细解读,围绕智能网联汽车,提出将在以下几个重点领域开展工作:
一是基于车联网的车载智能信息服务系统,二是装备智能辅助驾驶系统的智能网联汽车,三是装备自动驾驶系统的智能网联汽车等。
2020 年 2 月,国家发改委等十一部委联合印发的《智能汽车创新发展战略》确立了新的发展目标,到 2025 年,中国标准智能汽车的技术创新、产业生态、基础设施、法规标准、产品监管和网络安全体系基本形成;实现有条件自动驾驶的智能汽车达到规模化生产,实现高度自动驾驶的智能汽车在特定环境下市场化应用;智能交通系统和智慧城市相关设施建设取得积极进展,车用无线通信网络(LTE-V2X 等)实现区域覆盖,新一代车用无线通信网络(5G-V2X)在部分城市、高速公路逐步开展应用,高精度时空基准服务网络实现全覆盖。
根据美国汽车工程师学会(SAE)提出的自动驾驶等级划分,按照 Level 1 到 Level 5 的发展路径,汽车智能化水平逐步提升。EMB 是汽车实现全自动驾驶的重要技术支撑。EMB 通过传感器搜集汽车行驶信息,监控汽车行驶状态,由 ECU 进行制动控制,执行部分不再需要制动液和液压部件、真空助力器,制动力矩通过电机驱动的装置产生。因此,汽车的制动动作可以真正意义上地实现全自动操作。
目前,自动驾驶的发展处于特定条件自动驾驶阶段(Level3),以 ADAS 广泛应用为特征。随着自动驾驶技术向前推进,主动安全系统产品形态也将向 EMB 不断靠近。
(2)主动安全成为机动车安全重点发展方向
机动车的安全性一直备受关注,安全因素包括人、车和环境因素。于是,作用于交通事故的预防和规避的主动安全系统成为未来机动车安全关注的重点。主动安全,即通过对人进行安全提醒和辅助驾驶以避免事故发生。
按照功能不同,主动安全分为制动力控制与辅助提醒两大类,其中制动力控制是主动安全的主要发展领域。具体而言,制动力控制主要包括 ABS、加速防滑控制系统(ASR)、ESC、自适应巡航控制系统(ACC)、陡坡缓降控制系统(HDC),以及正在发展的线控制动系统等;辅助提醒则主要包括前方碰撞预警系统(FCW)、车道偏离警示系统(LDW)、盲区检测系统(BSD)、行人碰撞预测系统(PCW)等。20 世纪 80 年代开始,ABS 以及在 ABS 基础上迭代升级的 ESC,相继成为美国、欧盟等汽车市场新车标配,并不断向澳大利亚、韩国、日本、中国等其他市场渗透。
除汽车以外,ABS 等主动安全系统亦在摩托车市场应用开来,逐渐成为欧盟、日本、中国台湾等市场摩托车的标准配置。在我国大陆地区,主动安全系统起步相对较晚,但是发展迅速,经盖世汽车研究院统计,2018 年初市场上在售汽车款型中,ABS 的装配率约 90%,且 2018 年我国出台相关法规,开始强制性要求在摩托车上装配 ABS 或 CBS。可以看到,主动安全成为我国乃至全球机动车安全的重点发展方向。
(3)域控制、系统化、小型化
在过去几十年中,汽车电子电气架构一直遵循着“一个功能一个盒子”的分布式架构模式。如今,在一辆先进的汽车上已经存在超过 70 个电子控制器,在电子控制器之间连接的总线网络上又传递着多个信号。在这样的汽车电子电气架构形式下,每增加一个功能就需要增加相应的控制器和通讯信号,进一步增加系统的复杂性。而在未来的智能汽车上,汽车电子及软件的功能特性将大幅度增长,当前的分布式架构将无法很好地满足其对于数据、算法、算力以及成本控制的要求。
在此背景下,博世、大陆等企业认为以“域”为单位的 DCU(域控制器)集中式架构将成为解决该问题的有效措施。“域”,即将汽车电子系统根据功能划分为若干个功能模块,如动力传动域、车身电子域、辅助驾驶域等,每个功能模块内部的系统架构由域控制器为主导搭建。
通过该类集中式架构,将使得复杂计算甚至大部分控制功能集中于 DCU,显著降低原分布式架构中 ECU 的功能复杂度,促使零部件更加标准化,直接起到降低成本并显著增加计算效率的效果。换言之,制动系统中 ECU 的功能将会集中到车身底盘域或者是汽车运动域上,软件算法不再嵌入在独立电子硬件上,届时具备软件自主研发能力的汽车电子企业将更具竞争力。
另一方面,由于传统功能导向的“ECU+传感器”集成方案中的算力被剥离并集中到 DCU 里,使得传感器/执行器本身亦需具备基础算力,以便与 DCU 沟通,故而智能传感器/执行器数量或体积将会增加,而汽车车身空间预计将不会得到显著增大,继而在汽车有限的车身空间中,对制动系统、发动机管理系统等零部件的小型化要求将会进一步提高。同时,摩托车的车身空间较汽车更小,制动系统若要在摩托车市场实现全面普及,则需通过小型化设计以适应摩托车更小的车身空间。
(4)节能减排、轻量化
随着能源危机、环境污染等问题的凸显,全球主要汽车工业国家纷纷推出更为严苛的排放标准,节能减排已成为全世界汽车工业乃至其他机动车行业技术研发的主要课题之一。根据工信部 2014 年 12 月发布、2016 年 1 月 1 日开始实施的两项强制性国家标准《乘用车燃料消耗量限值》(GB19578-2014)和《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》(GB27999-2014),汽车的 CO2 排放标准将从2015 年 155g/km 降到 2020 年的 112g/km,降低幅度高达 28%。因而减少机动车自身重量,从而降低单位里程的能源消耗势在必行。
机动车轻量化就是在保证机动车的强度和安全性能的前提下,采用新材料、新工艺、新设计,降低机动车的整体质量,从而提高机动车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。机动车轻量化的内涵就是要求其各个组成部分在保证性能的前提下重量越来越小,故主动安全系统轻量化也是势所必然。
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