中国汽车零部件产业发展报告 (2019——2020)

2020-10-30 15:09:41 caoyu 243

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中国汽车零部件产业发展报告(2019-2020)


总报告


第一章 2019年全球汽车零部件产业发展分析


受世界经济整体下滑及中美贸易摩擦等多方面因素的影响,2019年全球汽车销售出现自金融危机以来的最大降幅,总计销售9030万辆,同比下降4.34%,汽车零部件产业也受到相应的影响。与此同时,2020年初暴发的新冠肺炎疫情使全球汽车供应链受到更严重的影响,全球汽车产业将进入市场调整阶段,汽车产业链重构进程加速。本文从配套营收、企业品牌、技术研发、并购重组、在华市场布局等方面详细阐述了2019年全球汽车零部件产业的情况,通过对全球产业现状的研究,分析全球零部件市场的发展机遇。

一、 全球市场下行压力加大,产业链重构加速

受世界经济整体下滑、中美贸易摩擦等多方面因素的影响,2019年全球汽车销售出现自金融危机以来的最大降幅,总计销售9030万辆,同比下降4.34%,而进入2020年以来,受新冠肺炎疫情的影响,本就疲软的全球汽车产业遭遇更大的挑战。

作为全球最大市场之一的中国市场,2019年的汽车销量比2018年减少了230万辆,主要原因在于中国经济增长趋缓以及居民负债率增加致使汽车消费需求下降,此外新能源汽车在补贴退坡的影响下,在售价上与传统燃油车相比没有竞争力,导致销量也有所下降。同时,印度在2019年由于经济疲软和地方信贷紧缩,销量同样有所放缓,这也是全球车市下滑的重要因素之一。此外,欧洲市场也因为柴油门事件、英国脱欧等因素的影响出现了不同程度的销量下滑现象。作为汽车工业的重要组成部分,在2019年全球车市整体下滑的大环境以及中美贸易摩擦等诸多因素的影响下,汽车零部件产业配套也受到严重的影响,产业面临重构。

近四五十年来,世界各国汽车零部件企业积极进行产业全球化,并从中获得巨大的回报,也因此使每个国家的汽车产业链无法完全独立,已经与全球的产业链融为一体。另外,由于汽车产业链涉及广泛,任何一个环节的缺失,都会影响最终产品的生产和产量。目前,在汽车零部件产业国际化布局中,欧美国家重点在技术平台、芯片、精密加工部件等领域凸显优势,日韩在集成电路、光学仪器等领域具有较强的实力,中国多在电池、电机、电气设备、车身内外饰件、冲压零部件等领域具有竞争力。随着“电动化、智能化、网联化、共享化”的发展,汽车零部件产业面临重构。

2020年初突如其来的新冠肺炎疫情加快了全球汽车产业链重构进程。德国汽车产业链作为欧洲产业链中枢,主要依赖欧洲本土供应链,其零部件的主要供给国为捷克、西班牙、法国、波兰以及意大利。疫情在全球蔓延期间,捷克、意大利和西班牙均采取“封国”防控措施,菲亚特克莱斯勒、雷诺、标致雪铁龙等欧洲车企也宣布暂时关闭大部分欧洲工厂。在北美地区,作为全球最大的汽车产业贸易国的美国,其相关零部件供给国和产成品输出国主要集中在墨西哥及加拿大,同时日本零部件的供应比重占美国总体进口的17%,日本疫情的变化对其汽车工业影响巨大。中国汽车相关零部件的进口集中在德国、日本和美国,疫情在欧洲和北美的扩散,将使中国汽车产业链受到全球供应链中断的影响。

因此,无论是产业经济的压力还是新冠肺炎疫情的催化,全球各国开始通过本国工业产业的发展来提升本国的经济实力、就业率和抗风险能力,发达国家部分政客甚至希望不惜一切代价把产业链搬回本国,全球产业链重构将是一个大趋势。同时,随着经济全球化的发展、科技与产业的变革、人工智能技术创新等,全球经济、产业划分、资源配置、转型创新将不断深化发展,汽车产业链重构将会加速推进。

二、企业营收整体下降,创新提升品牌价值

受全球车市持续下行以及中美贸易摩擦的影响,2019年大多数国际主流零部件企业业绩受到冲击,持续了40天的通用汽车罢工事件更是使汽车产业上游供应链雪上加霜。对部分零部件企业财报进行分析发现,不少国际主流零部件企业营业收入出现下滑现象(见图1)。

从图1.1所示的23家企业2019年营业收入情况可以看出,有16家企业2019年营业收入下降,[1]仅7家企业的营业收入实现了增长。其中科思创的降幅最大,其营业收入同比下滑15.1%,但得益于科思创家具、建筑以及电子电气与家电行业的需求增长,抵消了部分汽车行业营业收入下降对企业的总体影响。此外作为传统零部件巨头的博世、麦格纳和李尔等公司也出现了不同程度的业绩下滑,营业收入分别下降1%、3.4%和6.3%。而7家销售额增长的企业中,仅彼欧、米其林和德纳的销售业绩有较大幅度增长,达到11.4%、9.6%和6.2%,其余如法雷奥和舍弗勒等企业增长幅度均在0~2%,低于其2019年预期销售值。

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图1.1 部分汽车零部件企业2019年营收情况

在零部件企业营收整体下滑的背景下,通过创新提升品牌价值成为各大零部件企业积极推行的发展战略。从英国品牌评估机构“品牌金融”(Brand Finance)发布的“2020年全球最有价值的20大汽车零部件品牌”排行榜来看(见表1.1),在全球汽车电动化、智能化发展趋势的影响下,具有汽车自动驾驶、车联网、新能源技术等相关汽车零部件业务的企业前景向好,品牌影响力逐年上升,这些企业形成的技术力量成为汽车零部件行业发展的重要推动力。

表1.1 2020年全球最有价值的20大汽车零部件品牌

2020年排名

2019年排名

企业

国家

1

1

电装(Denso)

日本

2

2

现代摩比斯(HYUNDAI MOBIS)

韩国

3

3

麦格纳(Magna)

加拿大

4

丰田纺织(Toyota Industries)

日本

5

4

法雷奥(Valeo)

法国

6

6

佛吉亚(Faurecia)

法国

7

5

舍弗勒(Schaeffler)

德国

8

7

安波福(APTIV)

爱尔兰

9

马瑞利(Marelli)

意大利

10

10

均胜电子(Joyson Electronic)

中国

11

8

NAPA

美国

12

12

海斯坦普(Gestamp)

西班牙

13

奥托立夫(AUTOLIV INC)

瑞典

14

9

海拉(Hella)

德国

15

翰昂系统(Hanon Systems)

韩国

16

16

Motion Industries

美国

17

13

美国车桥(American Axle & Mfg)

美国

18

Alliance Automotive Group

美国

19

17

艾里逊变速箱(Allison Transmission)

美国

20

14

耐世特汽车系统(Nexteer Automotive)

美国

资料来源:Brand Finance。

2019~2020年,电装一直位于“最有价值的汽车零部件品牌榜”首位。电装目前与爱信集团在电动、混合动力和插电式混合动力汽车上进行共同研发,并与丰田联合开发自动驾驶技术。自2018年以来,电装还专注于“可持续管理”战略,用以平衡利润和实现更广泛的社会功能,并大力投资研发,以满足行业新的发展趋势。因此,电装在除欧洲以外的所有关键市场的收入都在增长。由此可以看出,随着创新技术的发展,传统零部件企业的商业模式正在发生改变,创新发展是各大零部件企业应对新环境、提升品牌价值的重要举措。

从图1.2所示的品牌价值地区分布可以看到,榜单中的企业分布在美国、日本、韩国、法国、德国、加拿大、中国等11个国家,其中美国零部件企业进入该榜单的数量最多,高达6家。中国仅均胜电子1家企业成功入围,反映出中国汽车零部件企业实力在全球范围内相对较弱。

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图1.2 品牌价值地区分布

均胜电子在汽车安全系统、人机交互系统、新能源汽车动力管理系统、车联网核心技术和高端功能件等领域拥有较深的技术积淀,旗下子品牌均胜安全系统是全球第二大汽车安全系统供应商;子品牌普瑞公司在汽车人机交互、新能源汽车动力管理等领域处于全球领先水平;子品牌均胜车联持续参与行业标准和应用场景的制定或定义,处于行业细分领域的头部地位;子品牌均胜群英汽车系统是全球主流车企的高端功能件总成的核心供应商。

三、核心技术持续发展,推动“新四化”产业转型

2019年,全球汽车零部件企业积极推动核心技术的研发和产业化,加速了汽车行业核心零部件的技术突破。传统零部件领域,重点以节能环保、耐久性能提升、创新设计为主要研究方向;新能源汽车领域,在动力电池管理系统、动力电池和燃料电池核心部件等方面进行大力研发和投入,致力于提升电池的能量密度、安全性、可靠性及经济性;智能网联领域,重点推动环境感知技术、专用通信和网联技术、安全技术的发展。

在传统零部件领域的节能环保方面,德尔福研发了500+bar GDi(缸内直喷)燃油喷射系统,该系统与目前领先的350 bar系统相比,可以减少高达50%的汽油微粒排放,同时成本低廉,无须更改发动机设计;在提升耐久性方面,舍弗勒研发的新型角接触滚子轴承(ARU)具有较高的承载能力和较长的使用寿命;在创新设计方面,Protean设计出了360°转向车轮系统,该系统可实现高度调整和全方位转向。

在新能源汽车领域的电池管理系统方面,博格华纳推出高压液体加热器,这一创新技术将电池的工作温度控制在最佳温度范围内,并为电池组及其内部电池提供均匀的温度环境,从而提高电池性能;在动力电池核心零部件方面,远景AESC研发了新一代AIoT动力电池,该动力电池具有高安全性、高能量密度、高耐久性和高性价比等特性;在燃料电池核心零部件方面,巴拉德研究出的高性能燃料电池模块FCmove-HD具有结构紧凑、坚固耐用并可降低35%的生命周期成本等特性,戈尔研究出了全新质子交换膜,该质子交换膜超薄并具有很好的机械耐久性,同时降低了燃料电池系统成本。

在智能网联汽车领域的环境感知技术方面,保隆科技研发的主要应用在汽车动态视觉与雷达上的新型传感器像素可高达100万,反馈速度极快,并且可以有效过滤背景、提高信息提取有效性,较好地解决了后端信号处理复杂的问题;在专用通信和网联技术方面,恩智浦研制的新型车载网络处理芯片组,可用于高性能服务导向型网关,以便车企解锁车联网数据的价值并提供新服务。除零部件企业外,互联网企业、IT企业也在探索研究智能网联汽车的发展,如苹果公司研发了获得新专利的“驱动型悬挂系统”,该系统可通过触觉感应装置将信息反馈给驾驶员,从而提升驾驶员的环境感知能力,并且该系统还可以增强车辆的制动能力;在安全技术方面,马勒研究的智能轴承可以帮助用户监控发动机运行状态,对可能出现的情况进行提前预警,并且该轴承可以延长发动机使用寿命(见表1.2)。

表1.2 2019年部分汽车零部件企业核心技术突破案例

企业

技术突破

技术竞争力

博格华纳

推出高压液体加热器

将电池的工作温度控制在最佳温度范围内,并为电池组及其内部电池提供均匀的温度环境,从而提高电池性能

堪萨斯大学

研发锂氧电池

提供更持久耐用的电池

德国弗劳恩霍夫环境安全和能源技术研究所

研发出了新款“双极板”(bipolar plate)

该设备可用于双极结构电池,新研发的双极板可节省80%的材料用量

LeddarTech

3D Flash激光雷达

适用于为确保乘客和弱势道路使用者(VRU)的安全而研发的感知平台

保隆科技

新型传感器

像素可高达100万,反馈速度极快,并且可以有效过滤背景,提高信息提取有效性

恩智浦

车载网络处理芯片组

用于高性能服务导向型网关,以便车企解锁车联网数据的价值并提供新服务

飞步科技

Phoenix-100感知芯片的设计度量

可执行实时、高精度的环境感知,旨在支持安全而精准的智能驾驶技术

加特兰

Alps系列毫米波雷达系统单芯片

集成了高速ADC、完整的雷达信号处理baseband以及高性能的CPU

舍弗勒

创新轴承解决方案

让设计不同但外形尺寸相同的轴承能在同一或相同轴承位置上使用,以适用不同的齿轮箱配置

远景AESC

新一代AIoT动力电池

高安全性、高能量密度、高耐久性和高性价比

东芝

半导体和光电子技术MOSFET技术DTMOS VI

聚焦于基于导通电阻和栅极电荷[QGD * R(on)]的关键性能指标(FoM),从而减少静电和开关损耗

摩比斯

新型空气悬架技术

可自动调整车辆高度,吸收路面震动

NI

推出mmWave测试解决方案

解决5G毫米波RFIC收发仪和功率放大器带来的测试挑战

德尔福

500+bar GDi(缸内直喷)燃油喷射系统

与目前领先的350 bar系统相比,新系统可以减少高达50%的汽油微粒排放,同时成本低廉,无须更改发动机设计

苹果

驱动型悬挂系统

通过触觉感应装置将信息反馈给驾驶员,从而提升驾驶员的环境感知能力,并且该系统还可以增强车辆的制动能力

巴拉德

高性能燃料电池模块FCmove-HD

结构紧凑,坚固耐用,并可降低35%的生命周期成本

采埃孚

新一代8挡混动自动变速器

电机的最大功率为160kW,其持续输出功率为80kW。在不启动内燃机的情况下,最大扭矩达450N·m,即使在纯电模式下也可实现高速行驶

海拉

轻混48V车辆研发电池模组方案

新款双电压电池管理系统和PowerPack 48V产品有助于降低车辆的碳排放,车辆每行驶1公里,二氧化碳排放量可减少5~6g

马勒

智能轴承

对可能出现的情况进行提前预警,并且该轴承可以延长发动机使用寿命

Protean

360°转向车轮系统

可实现高度调整和全方位转向

戈尔

全新质子交换膜

超薄质子交换膜可提高机械耐久性,降低燃料电池系统成本

舍弗勒

金属双极板

通过薄层金属板的精确成型及涂覆而成,可由其堆叠而成燃料电池系统的核心电堆

角接触滚子轴承(ARU)

具有较高的承载能力和较长的使用寿命

韩泰轮胎

虚拟配方设计(VCD)系统

利用人工智能系统分析,预测轮胎配方特性,得到最佳材料组合方案

资料来源:公开信息,中国汽研整理。

部件企业核心技术突破案例

四、加快投资并购进程,高值并购活动频繁

全球汽车产业正在经历历史性变革,随着全球各国对可再生能源的重视程度加深,新材料、新信息技术的不断突破,汽车产品的研发向新能源、轻量化和智能网联的方向发展,整车企业、汽车零部件企业都希望通过收购并购的方式来提升企业竞争力、增强企业产品技术实力、扩大业务和市场范围。尤其是新能源领域和智能网联等新型领域,更是各大企业关注的重点,各大企业希望通过投资并购为未来汽车产业发展提前布局。

据不完全统计,2019年全球汽车零部件行业发生的并购案例共有22宗,涉及传统汽车零部件、新能源汽车核心零部件、智能网联汽车零部件以及其他四个方面(见图1.3)。

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图1.3 2019年汽车零部件细分领域并购案例数量占比

其中,传统汽车零部件并购案例有6宗,主要涉及天线技术、座椅、天窗、金属零部件等方面;新能源汽车核心零部件并购案例有4宗,主要包含电机、控制系统、新能源驱动系统等方面;智能网联汽车零部件并购案例有11宗,占总数的一半,涉及车联网设备、传感设备、激光雷达、电子软件、半导体、处理器等多个方面。可以看出,全球汽车零部件行业内企业目前更多地关注智能网联汽车相关零部件的产品发展和未来趋势,因此重点在该领域通过并购方式,实现企业对未来技术、市场等方向的战略布局。

在已统计的2019年22宗案例中(见表1.3),金额超过1亿美元的高值并购案例达到11宗(超大并购交易),高达半数之多。自2015年以来,已经连续5年超大并购交易案例达到10宗以上,汽车零部件行业已经迈入前所未有的高价值并购活动时代。

表1.3 2019年汽车零部件行业并购案例

时间

案例

收购资金

相关产业

1月

Molex收购了莱尔德的车联网方案事业部

未公布

车载天线系统、智能设备整合及车联网设备

博世收购戴姆勒持有的电机公司EM-Motive GmbH的股份

未公布

电机

TomTom将其远程信息处理车队管理业务出售给轮胎制造商普利司通

10亿美元

远程信息处理管理

2月

高通将其电动汽车无线充电部门Halo出售给了风投公司支持的初创公司WiTricity

4000万美元

无线充电技术

采埃孚宣布收购威伯科

70亿美元

控制系统

FLIR将收购Endeavor Robotics公司

3.85亿美元

传感设备

3月

德赛西威汽车电子股份有限公司已完成对德国先进天线技术公司ATBB公司的收购交割

未公布

天线技术

4月

李尔公司计划以3.2亿美元的价格收购汽车软件公司Xevo

3.2亿美元

云技术

博格华纳收购莱茵哈特驱动系统公司和AM Racing公司

未公布

新能源驱动系统

继峰股份收购格拉默公司

39.56亿元

座椅

伟巴斯特集团成功收购其跟韩国合资企业——伟巴斯特东熙株式会社的股份

未公布

全景天窗

5月

自动驾驶初创公司Aurora收购激光雷达公司Blackmore

未公布

激光雷达

舍弗勒收购软件和电子解决方案公司XTRONIC

未公布

电子软件

6月

英飞凌将以每股23.85美元的现金收购赛普拉斯半导体

101亿美元

半导体

7月

金属及零部件供应商塔奥国际及私募股权所有公司(AGG)共同宣布,塔奥同意以9亿美元的价格出售给AGG

9亿美元

金属零部件

日本帝人株式会社已同意从Jet Investment公司手中,全资收购捷克汽车复合材料和零部件供应商(Benet)

未公布

复合材料

8月

巴斯夫与精细化学产品公司DIC就收购巴斯夫全球颜料业务达成协议

11.5亿欧元

颜料

10月

佛吉亚从大陆集团手中收购合资公司剩余股份,将提升驾驶舱研发实力

2.25亿欧元

驾驶舱

11月

欧司朗宣布与传感器解决方案制造商艾迈斯进行整合。艾迈斯将收购欧司朗55%以上的股权

46亿欧元

光电半导体

12月

埃森哲宣布已完成收购中国汽车数字化和移动出行服务提供商飞驰镁物

未公布

移动出行服务

英特尔宣布收购了以色列初创公司Habana Labs。后者是人工智能处理器开发商

20亿美元

人工智能处理器

电装宣布,已完成对德国公司PiNTeam Holding GmbH的股份收购

未公布

电控单元

资料来源:公开信息,中国汽研整理。

五、加大新兴产业投入,重视在华市场布局

伴随着全球经济一体化的发展,全球各大整车企业、零部件企业、科技型企业、互联网企业都加大了对中国市场的重视,尤其是在新能源汽车和智能网联汽车领域,通过投资生产基地,与中国企业展开技术合作、合资建厂、设立在华研发中心等方式完成其在华的业务布局。

在传统零部件方面,主要对轮胎、工艺材料、底盘、传动系统等细分领域的企业进行投资或合作实现在华的战略布局。马牌轮胎、巴斯夫、采埃孚、BMTS等企业通过在华投资建设生产基地,扩大其产品本土化的生产供应量,抢占市场份额;采埃孚与中国汽车技术研究中心合作,在汽车行业标准与技术法规研究、C-NCAP安全标准评估、产品检测试验与认证、管理培训、信息服务、科研项目等领域进行战略合作。此外,还有日本电机专家电产株式会社、格拉默等国际知名零部件企业与中国企业合资(见表1.4),在华成立新的合资公司,发挥双方优势,共同拓展在华业务布局。

表1.4 2019年外资企业在华传统零部件业务动态

企业

动态

马牌轮胎

2019年1月,马牌轮胎在合肥市的轮胎生产基地新产品线项目开工奠基

埃贝赫

2019年1月,埃贝赫在上海开设亚洲试验中心

巴斯夫

2019年3月,巴斯夫投资3400万欧元在上海创新园新建其亚太研发中心,包括亚太区汽车应用和工艺催化两大研发中心

2019年8月,巴斯夫和重庆延锋安道拓达成合作协议,巴斯夫提供技术专利,重庆延锋安道拓负责生产运营

2019年11月,巴斯夫在广东湛江启动建设其新型一体化基地

2019年12月,巴斯夫于广东江门新建一套汽车修补漆生产设施

采埃孚

2019年3月,采埃孚与中国汽车技术研究中心有限公司签署战略合作协议,在汽车行业标准与技术法规研究、C-NCAP安全标准评估、产品检测试验与认证、管理培训、信息服务、科研项目等领域进行战略合作

2019年5月,采埃孚在张家港经济开发区新建一家底盘零部件工厂

艾仕得

2019年5月,艾仕得独立运营在中国的粉末涂料业务

巨浪集团

2019年5月,巨浪集团太仓“未来”工厂正式开业

德赛西威

2019年7月,德赛西威与一汽集团进行战略合作,加强在中国市场上有关汽车照明方面的合作

奥托立夫

2019年9月,奥托立夫公司与长城汽车签订合作研究声明,共同对北美道路安全评价进行研究

BMTS

2019年9月,BMTS在山东省济南市高新区临空经济区举行了济南工厂的投产典礼,该工厂将主要用于高转速、超高温精密零件——涡轮轴总成的生产

格拉默

2019年11月,格拉默与长春一汽富晟签署协议,成立汽车内饰零部件合资公司,双方各持50%的股份

加特可

2019年11月,加特可在张家港工厂顺利举行加特可(苏州)自动变速箱有限公司的开业典礼,这是其在中国独资设立的第二家生产基地

电产株式会社

2019年8月,日本电机专家电产株式会社与广汽(GAC)成立名为广州电产汽车传动系统公司的一家牵引电机合资公司,将总部设于广州

资料来源:公开信息,中国汽研整理。

中国作为全球最大的新能源汽车市场,也成为各大零部件企业市场竞争的重点。2019年外资零部件企业在华新能源汽车零部件业务布局上,主要集中在动力电池、电机、充电桩等方面。其中LG化学、远景AESC、SK创新等公司在中国投资建设电池及电极材料生产线,扩大动力电池的产能;麦格纳、采埃孚与中国企业合资成立公司,推动电机等核心零部件的发展;ABB收购上海联桩的股份,拓展电动汽车充电市场,该项收购将促使ABB在中国构建的电动交通生态系统发挥更大的作用,并进一步推动与上汽及其他国内汽车厂商的合作。此外,氢燃料电池汽车正逐渐进入小规模商用阶段,未来具有广阔的发展空间,博世在无锡奠基氢燃料电池研发中心用以加强其氢燃料电池的布局(见表1.5)。

表1.5 2019年外资企业在华新能源业务动态

企业

动态

LG化学

2019年1月,LG化学计划投入1.2万亿韩元扩建在南京的电池生产线,增加圆柱形电池全球供应量

博格华纳

2019年1月,博格华纳为两大中国原始设备制造商(OEM)的混动车型大批量供应先进的同轴式 P2 驱动模块和电液压控制装置

麦格纳

2019年1月,麦格纳与北汽新能源成立的合资公司——麦格纳卫蓝新能源汽车技术(镇江)有限公司正式揭牌;同时,麦格纳卫蓝新能源汽车试验中心也启动建设

2019年10月,华域麦格纳电驱动系统有限公司首台电驱动系统在中国投产

远景AESC

2019年2月,远景AESC动力高储能、高安全、软包装智能电池项目在江阴举行开工仪式,拟将年产20GWh三元动力电池和电极材料

SK创新

2019年12月,SK创新计划投资10.5亿美元(约合73.82亿元)在中国江苏省盐城市建一家电动汽车电池制造厂

电装

2019年5月,电装与广州南沙经济技术开发区管理委员会正式签订协议。项目将于6月28日动工,预计2021年开始投产,2022年实现量产

伟巴斯特

2019年10月,伟巴斯特电池系统的试验中心和制造厂于其新的嘉兴基地落地,这一基地将于2020年初正式开业

博世

2019年11月,博世氢燃料电池研发中心在无锡奠基

ABB

2019年10月,ABB收购上海联桩67%股份,拓展其电动汽车充电市场

采埃孚

2019年11月,采埃孚和卧龙电气签署相关协议,成立合资公司,主要生产汽车专用电机及其部件

2019年11月,采埃孚与广州市花都区政府签署协议,将在花都区建立采埃孚中国的第三家研发中心,预计投资额约人民币7亿元,将于2023年投入运营

资料来源:公开信息,中国汽研整理。

近几年,智能网联汽车越来越受汽车行业的重视,尤其是中国新兴汽车企业的汽车产品都以智能化、自动驾驶为特点进行开发。2019年外资零部件企业在华智能网联业务布局上,涉及辅助自动驾驶系统、自动驾驶地图、网络安全等方面。博世、现代摩比斯、恩智浦通过投资中国相关的智能网联初创科技企业,实现了核心技术的拓展和布局;博世、是德科技、德赛西威、lbeo等企业分别与蜂巢互联、大唐高鸿、四维图新、亮道智能等中国企业合作,提升智能化、自动化技术水平,合作领域主要涉及数字化解决方案、C-V2X技术、智能汽车网络信息安全、激光雷达+自动驾驶地图等多个方面(见表1.6)。

表1.6 2019年外资企业在华智能网联业务动态

企业

动态

博世

2019年1月,博世集团旗下的博世创业投资公司参与了中国四维智联公司的A轮融资

2019年3月,博世在南京成立亚太地区首个博世智能助力器(iBooster)生产基地

2019年5月,博世与深圳蜂巢互联签署了关于“联合创新提供数字化解决方案服务于中国制造企业转型升级”的合作备忘录

现代摩比斯

2019年3月,韩国现代摩比斯公司向中国初创公司格灵深瞳投资了500万美元,该家中国公司致力于人工智能研发计算机视觉技术的使用

瑞萨电子

2019年3月,日本汽车芯片制造商瑞萨电子计划2019年使日本6家工厂停产两个月左右,以应对中国市场需求的进一步放缓

是德科技

2019年5月,是德科技宣布与大唐高鸿数据网络技术股份有限公司扩大合作,加速C-V2X(蜂窝车联)技术在互联汽车领域的应用

英飞凌

2019年5月,英飞凌与大众汽车集团达成战略合作,英飞凌将为大众汽车集团未来汽车提供支持

德赛西威

2019年6月,德赛西威与四维图新签署战略合作框架协议,双方将在自动驾驶地图、智能网联等领域展开合作

2019年6月,德赛西威与多家知名企业达成战略联盟,共同攻克未来智能领域的多项难题

lbeo

2019年6月,Ibeo与四维图新、亮道智能三方签署战略合作协议,将围绕“激光雷达+自动驾驶地图”研发及相关应用领域建立合作伙伴关系

舍弗勒

2019年9月,舍弗勒与湖南湘江新区签署合作协议。舍弗勒在湘江新区成立独资公司,并引入旗下应用于智能驾驶领域的线控技术

2019年4月,舍弗勒与上海国际汽车城达成合作,在上海安亭创新港内成立舍弗勒大中华区区域总部,并扩建研发中心

大陆集团

2019年10月,大陆集团正式运营其长春净月工厂扩建项目

法雷奥

2019年10月,法雷奥武汉技术中心二期扩建工程揭幕

Mobileye

2019年11月,蔚来正式与Mobileye自动驾驶技术公司达成战略合作

佛吉亚

2019年11月,佛吉亚中国与全志科技签署战略合作协议。双方将深化在汽车智能座舱领域的合作

2019年4月,佛吉亚与Plug and Play公司签署战略合作协议。该协议致力于加速佛吉亚在中国搜寻、投资初创公司的进程

Here

2019年2月,Here公司与四维图新建立合作,在中国市场提供定位服务

安波福

2019年4月,安波福正式宣布在中国建立自动驾驶技术中心

安霸半导体

2019年4月,美国安霸半导体公司和中国Momenta公司将合作研发自动驾驶汽车高精地图协作平台

伟世通

2019年4月,伟世通与商汤科技、宽凳科技和同济大学分别签署了战略合作协议,共同推进汽车行业智能化发展

恩智浦

2019年4月,荷兰芯片制造商恩智浦半导体宣布,对南京隼眼电子科技有限公司进行了投资,旨在扩大其在中国汽车雷达市场的影响力

资料来源:公开信息,中国汽研整理。


第二章 2019年中国汽车零部件产业发展分析


截至2019年底,我国汽车产销量分别完成2572.1万辆和2576.9万辆,产销量同比分别下降7.5%和8.2%,产销量降幅比上年分别扩大3.3个和5.4个百分点。受到整车产业的影响,我国汽车零部件产业市场也经受着严峻考验,我国汽车零部件行业加快推动汽车产业高质量发展。本文通过对我国政策体系、市场规模、投资并购及核心技术研发等方面的研究,分析国家在新能源汽车、智能网联汽车、汽车零部件再制造等领域的发展现状及趋势。

一、产业政策持续完善,零部件行业发展加速

2019年国家陆续出台了一系列与汽车零部件领域相关的政策法规,其中重点在汽车零部件关税、新能源汽车及智能网联汽车关键零部件、汽车零部件再制造等方面推出相应政策指导,推动汽车零部件行业的积极发展。

在汽车零部件关税方面,对税率进行优化。为扩大先进技术、设备和零部件进口,支持高新技术产业发展,新增或降低半导体检测分选编带机、高压涡轮间隙控制阀门、自动变速箱用液力变矩器和铝阀芯、铌铁、多元件集成电路存储器等商品进口,自2020年1月1日起,相关商品实施进口暂定税率。同时,自2017年8月14日美国总统特朗普授权贸易代表对中国开展301调查以来,中美贸易开始发生摩擦,并持续了整个2018年,在此背景下,我国国务院为营造双方经贸磋商良好氛围,于2019年3月发布了《国务院关税税则委员会关于对原产于美国的汽车及零部件继续暂停加征关税的公告》,公告内容要求“从2019年4月1日起,对《国务院关税税则委员会关于对原产于美国的汽车及零部件暂停加征关税的公告》附件1所列28个税目商品,继续暂停征收加征的关税”。

在新能源汽车及智能网联汽车关键零部件方面,重点在提升核心零部件技术、鼓励外商投资等方面加强了政策指导,在《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》中,对续航里程和电池能量密度门槛要求进一步提升,并且废止了《汽车动力蓄电池行业规范条件》,意味着国内动力电池行业将进入“自由竞争”的时代。《新能源汽车产业发展规划(2021~2035年)(征求意见稿)》提出以动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子、网联化与智能化技术为“三横”,构建关键零部件技术供给体系。大力开展先进模块化动力电池与燃料电池系统技术攻关,探索新一代车用电机驱动系统解决方案,加强智能网联汽车关键零部件及系统开发,突破计算和控制基础平台等技术瓶颈,提升基础关键技术、先进基础工艺、基础核心零部件和关键基础材料等产业基础能力。在鼓励外商投资上,公布了《鼓励外商投资产业目录(2019年版)》,重点鼓励在发动机、动力电池、燃料电池、智能汽车关键零部件等方面的产业投入。

在汽车零部件再制造方面,鼓励机动车整车生产企业通过售后服务体系回收旧机动车零部件用于再制造,但是要求再制造企业生产及制造质量要符合规范,相关产品符合国家标准,同时在《进一步优化供给推动消费平稳增长,促进形成强大国内市场的实施方案》和《报废机动车回收管理办法(修订草案)》中放开了报废汽车“五大总成”再制造、再利用的要求(见表2.1)。

表2.1 2019年汽车零部件相关政策

政策法规名称

颁布或实施时间

颁布单位

《锂离子电池行业规范条件(2018年本)》和《锂离子电池行业规范公告管理暂行办法(2018年本)》

2019年1月16日

工信部

《废铅蓄电池污染防治行动方案》

2019年1月22日

国家发展改革委、生态环境部、公安部、工信部、司法部、交通运输部、财政部、国家市场监督管理总局、国家税务总局

《进一步优化供给推动消费平稳增长 促进形成强大国内市场的实施方案(2019)》

2019年1月29日

国家发展改革委、交通运输部、工信部、农业农村部、商务部、住房和城乡建设部、国家卫生健康委、财政部、国家市场监督管理总局、民政部

《报废机动车回收管理办法(修订草案)》

2019年1月30日

国务院

《鼓励外商投资产业目录(征求意见稿)》

2019年2月2日

国家发展改革委

《绿色产业指导目录(2019年版)》

2019年3月6日

国家发展改革委、工信部、自然资源部、生态环境部、住房和城乡建设部、中国人民银行、国家能源局

《关于进一步加强新能源汽车产品召回管理的通知》

2019年3月18日

国家市场监督管理总局

《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》

2019年3月26日

财政部、工信部、科技部、国家发展改革委

《国务院关税税则委员会关于对原产于美国的汽车及零部件继续暂停加征关税的公告》

2019年3月31日

财政部

《关于加快推进工业节能与绿色发展的通知》

2019年3月31日

工业和信息化部办公厅和国家开发银行办公厅

《推动重点消费品更新升级 畅通资源循环利用实施方案(2019-2020年)》

2019年6月3日

国家发展改革委、生态环境部、商务部

废止《汽车动力蓄电池行业规范条件》

2019年6月21日

工信部

《鼓励外商投资产业目录(2019年版)》

2019年6月30日

国家发展改革委、商务部

《关于征求〈机动车环境保护召回管理规定(征求意见稿)〉意见的函》

2019年7月16日

国家市场监督管理总局办公厅、生态环境部办公厅

《铅蓄电池回收利用管理暂行办法(征求意见稿)》

2019年8月14日

国家发展改革委

《关于对十三届全国人大二次会议第2667号建议》

2019年8月28日

工信部

《关于对十三届全国人大二次会议第3239号建议》

2019年8月28日

工信部

《新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设和运营指南》

2019年9月10日

工信部

《产业结构调整指导目录(2019年本)》

2019年10月30日

国家发展改革委

《机动车零部件再制造管理暂行办法(征求意见稿)》

2019年12月2日

国家发展改革委

《新能源汽车产业发展规划(2021~2035年)》(征求意见稿)

2019年12月3日

工信部

《关于2020年进口暂定税率等调整方案的通知》

2019年12月23日

国务院关税税则委员会

资料来源:中国汽研整理。

二、营业收入略有增长,进出口额均呈现下滑

2019年,在汽车整体市场滑坡、新能源汽车补贴下降、排放标准逐渐升高等因素影响下,零部件企业面临着前所未有的压力。但我国汽车零部件制造业仍呈现稳定增长趋势。根据中国汽车工业协会对13750家规模以上汽车零部件企业统计,全年累计主营业务收入3.6万亿元,同比增长0.35%。不过与国际零部件企业相比,我国汽车零部件企业业务单一、规模有限,自主研发能力薄弱,质量管控水平不足,且我国零部件企业多是以生产技术含量较低的标准件为主营业务的企业,而涉及汽车电子、自动变速器技术含量较高的汽车核心零部件企业较少,产品竞争力不强,我国汽车零部件行业整体依然存在“低、散、弱”的问题。

从图1可以看出,我国汽车零部件的进口总额呈现下降态势。2019年,汽车零部件进口总额353.10亿美元,同比下降12.81%(见图2.1)。四大类汽车零部件主要品种与上年同期相比,进口总额均有所下降,其中发动机共进口89.23万台,同比增长1.51%,但进口额23.31亿美元,下降了6.68%;汽车零部件、附件及车身进口额287.48亿美元,同比下降14.25%;汽车、摩托车轮胎进口额6.47亿美元,同比下降0.97%;其他汽车相关产品进口额35.84亿美元,同比下降6.11%。可以看出,2019年我国汽车零部件进口额中,只有汽车、摩托车轮胎的进口额降幅没超过1%。

图片关键词 

图2.1 2011~2019年汽车零部件进口总额和增长率情况

我国汽车零部件的出口总额也呈现负增长态势。2019年,汽车零部件出口总额665.59亿美元,同比下降4.43%(见图2.2)。四大类汽车零部件主要品种与上年同期相比,出口总额均有所下降,其中发动机共出口344.35万台,同比下降14.71%,出口额21.28亿美元,同比下降14.55%;汽车零部件、附件及车身出口额411.18亿美元,同比下降3.92%;汽车、摩托车轮胎出口额134.67亿美元,同比下降2.11%;其他汽车相关产品出口额98.46亿美元,同比下降7.15%。从数据上看出,2019年我国汽车零部件出口额中,降幅最小的为汽车、摩托车轮胎,降幅最大的为发动机。

图片关键词 

图2.2 2011~2019年汽车零部件出口总额和增长率情况

三、新兴领域投资加速,扩大核心技术战略布局

国内汽车零部件企业通过投资并购加快在国内外的战略布局,尤其是在新能源汽车和智能网联汽车领域。据不完全统计,2019年我国汽车零部件企业完成了21宗投资并购类的案例,其中传统汽车相关产品的投资并购案例有7宗,新能源汽车及智能网联汽车零部件产品投资并购案例有14起。在投资并购中,除德赛西威对ATBB公司的收购、潍柴动力对德国ARADEX股份有限公司(以下简称“德国ARADEX”)的战略收购等国际投资外,国内企业间的投资并购也开始逐渐增多。可以看出,我国零部件企业在全力提升国际化水平的同时,开始注重国内核心技术的投资与整合,重点投资并购方向为电动化、智能化等。

从传统汽车零部件领域的投资并购案例来看,主要涉及核心零部件系统相关产品、轮胎、车身附件等方面。如蜂巢动力在江苏扬中汽车零部件产业园投资建设年产40万台发动机项目,以扩大企业发动机产能,增加企业供货能力;威轼创集团战略投资BMTS Technology涡轮增压器产品,实现对该领域核心技术的战略布局。海倍德橡胶有限公司出资2.54亿元,收购永泰集团,布局轮胎领域,实现了企业一体化战略布局。在天线技术方面,德赛西威完成对德国先进天线技术公司ATBB公司的收购,拓展了公司产品范围,提升了盈利能力(见表2.2)。

表2.2 2019年传统汽车相关产品的投资并购案例

时间

企业

收购资金

相关产业

2月

威轼创集团战略投资BMTS Technology

涡轮增压器

3月

3月13日,德赛西威宣布,完成对德国ATBB公司的收购交割

天线技术

4月

继峰股份公司发布重组草案,调整已披露的拟购买宁波继烨公司100%股权的意向性预案

39.56亿元

座椅

8月

山东海倍德橡胶有限公司出资2.54亿元,最终收购永泰集团

2.54亿元

轮胎

9月

赛轮轮胎发布公告称,中国一汽拟以4.6亿元现金,对其子公司赛亚检测进行增资。据悉,赛轮轮胎也将以1.46亿元现金,对赛亚检测进行增资

4.6亿元

轮胎

12月

潍柴动力正式对外宣布已完成对德国ARADEX的战略收购

电机、电控

长城汽车100%控股的蜂巢动力将在江苏扬中汽车零部件产业园建设年产40万台发动机项目,该项目预计在2020年6月建设完成

16.12亿元

发动机

资料来源:公开信息,中国汽研整理。

从新能源及智能网联汽车零部件领域投资并购来看,主要涉及动力电池、无人驾驶、智能平台等方面。其中动力电池相关核心技术投资并购案例多达6宗,有涉及电池材料的,如宁德时代与其控股子公司邦普循环科技共同出资设立宁波邦普时代新能源有限公司,该公司主要投资和经营正极材料及相关资源,该投资属于宁德时代的纵向一体化布局,投资上游产业,增强上游产品供货能力;有涉及电池本身产品投资的,如宁德时代位于德国图林根州的电池工厂正式奠基开工,该投资帮助企业扩大了海外投资业务,也增加了海外的产品供货能力。在无人驾驶方面,投资并购重点在无人驾驶技术、感知技术、辅助驾驶技术等方面,以初创公司融资形式为主,例如,自动驾驶公司AutoX宣布完成了数千万美元的A3轮融资;安智汽车完成A+轮融资。在智能平台方面有博世创业投资公司(RBVC)投资了四维智联(AutoAI)公司的A轮融资;半导体巨头SK中国、SK Hynix以及数家中国一线汽车集团(与旗下基金)联合领投了地平线公司的B轮融资(见表2.3)。

表2.3 2019年新能源及智能网联汽车零部件产品投资并购案例

时间

企业

收购资金

相关产业

1月

博世集团(Bosch Group)旗下博世创业投资公司(RBVC)参与了中国四维智联(AutoAI)公司的A轮融资

1.04亿美元

智能云平台

科力远拟购买吉利集团、华普汽车合计持有的CHS公司36.97%的股权

8.21亿元

电池、混动技术

2月

无人驾驶初创公司图森未来宣布成功完成D轮融资,由新浪资本领投

9500万美元

无人驾驶

地平线官宣,由半导体巨头SK中国、SK Hynix以及数家中国一线汽车集团(与旗下基金)联合领投的B轮融资

6亿美元

人工智能处理器

4月

MINIEYE宣布完成B轮融资,同时获得数亿元授信额度

1.5亿元

感知系统

自动驾驶公司AutoX宣布已在几个月前完成了数千万美元的A3轮融资,由东风汽车领投

自动驾驶

安智汽车完成A+轮融资

驾驶辅助系统

纽劢科技正式完成Pre-A轮融资

自动驾驶

5月

国内领先的动力锂电池厂商星恒电源启动Pre-IPO融资,获得了盈科资本、国家电投产业基金、海通新能源、海通创新证券、博信基金及其管理的多只基金共计9.22亿元的战略投资,投前估值40.5亿元

9.22亿元

锂电池

6月

宁德时代、哈啰出行和蚂蚁金服,宣布共同出资10亿元作为首期投资款成立合资公司,主营两轮电动车基础能源网络换电业务

10亿元

换电业务

9月

宁德时代发布公告称,公司拟与控股子公司广东邦普循环科技有限公司共同出资设立宁波邦普时代新能源有限公司,从事正极材料及相关资源的投资和经营

36亿元

正极材料

10月

宁德时代位于德国图林根州埃尔福特的电池工厂奠基开工,总投资18亿欧元

18亿欧元

电池

11月

上汽旗下华域汽车技术研发中心建筑工程项目宣布正式开工。华域汽车技术研发中心建成后,将承担起华域汽车智能网联汽车、新能源汽车关键零部件及智能制造应用技术研发和试验的重任

10.19亿元

新能源零部件

12月

北汽蓝谷发布公告称,该公司审议通过《关于子公司投资北汽麦格纳制造合资公司项目暨关联交易的议案》(简称《议案》),即旗下子公司卫蓝投资将出资3.12亿元获得镇江汽车公司共51%股权,与麦格纳组成高端制造合资公司

3.12亿元

纯电动技术

资料来源:公开信息,中国汽研整理。

四、聚焦“新四化”产品研发,多方机构合作成为趋势

汽车行业“新四化”,即电动化、智能化、网联化、共享化逐渐成为汽车零部件行业的发展趋势和战略方向。“新四化”的发展趋势使汽车市场面临着巨大的转变,加快了汽车产业链及其生态系统的重构,其中以“电动化”为代表的新能源汽车和以“智能化+网联化”为代表的智能网联汽车,成为汽车产业“新四化”发展的重要载体。在“新四化”的推动下,汽车零部件企业加强与整车企业、零部件企业、互联网企业合作,促进企业产品技术向电动化和智能化发展,来实现企业产品的转型升级。

新能源汽车技术在2019年取得了良好的发展,包括Cell To Pack电池包技术、高比能快充锂离子电池技术、固态锂电池技术、高比功率车用燃料电池电堆技术、电动汽车无线充电技术、分布式电驱动系统技术、高功率密度碳化硅车用电机驱动控制器技术、三维编织碳纤维复合材料汽车轻量化技术等。当前,锂离子电池的电池包的比能量达到200瓦时/公斤,比亚迪刀片电池包的比能量达到0.3千瓦时/升;乘用车燃料电池质量密度达到450W/kg,商用车达到300 W/kg;在电池自加热技术方面,电池加热速率达到2℃/min,加热时间减少了60%,可零下30℃使用;在安全方面开始更多地考虑设计预警来替换之前的报警系统。

智能网联技术在2019年也取得了积极进展,部分L2级车型实现了量产,L4级车型及配套零部件正在研发测试阶段,并有望在2020年前后进入市场。在V2X方面,我国核心芯片和产品研发基本成熟,大唐、华为、高通、移远、芯讯通等厂商已经推出各自的LTE-V2X商用通信芯片或模组,为产业链上下游提供解决方案,并且在延崇高速、无锡示范区等进行试验;在高精地图方面,地图的精度、鲜度、信息丰度不断提升,深圳华大北斗技术有限公司推出了双天线、多频、支持多种全球导航卫星系统(GNSS)的惯性导航系统(INS),可以在各种苛刻条件下为各种自动驾驶汽车提供准确可靠的定位、速度和方向信息;在雷达技术方面,我国24GHz和77GHz毫米波雷达集成电路关键技术已取得突破,24GHz毫米波雷达实现量产。

然而,我国汽车零部件行业发展依然存在技术瓶颈,尤其是在智能网联汽车零部件、新能源汽车零部件和节能汽车核心零部件技术方面。在智能网联汽车零部件方面,主要存在环境感知技术到达瓶颈、决策规划控制算法有待升级和高算力平台(核心芯片及操作系统)受制于国外等问题;在新能源汽车零部件方面,主要存在动力总成集成化程度低、锂离子动力电池能量密度及安全性有待提升和燃料电池产业核心部件在性能、质量和可靠性上有待提高等问题;在节能汽车零部件方面,主要存在商用车柴油发动机电控系统及集成式后处理系统技术水平有待提升、乘用车汽油发动机相关部件及技术有待突破,多挡化自动变速箱及高效混合动力变速器技术存在瓶颈等问题。

为了解决技术瓶颈,零部件企业在加强自身产品研发投入的同时,也在积极寻求与相关单位的合作。如表2.4所示,有的整车企业与零部件企业合作研发汽车零部件,如上汽大众和日本瑞萨共同成立汽车电子联合实验室,该实验室主要研发电子设备和控制系统,应用于新一代汽车驾驶舱中;有的整车企业与IT企业合作开发汽车零部件,如江淮汽车与华为合作开展智能汽车解决方案、企业信息化、智慧园区、智能工厂等领域的研究;有的零部件企业与IT企业合作,如伟世通与腾讯合作开发自动驾驶技术以及数字化AI座舱解决方案;同时研究机构也积极参与合作,共同研究推动我国汽车零部件产业发展,如百度地图联合多家科研院所和高校共同成立了智能交通实验室。可以看出,未来“多方合作,共同研发”模式将成为推动我国汽车零部件产业发展的重要趋势。

表2.4 2019年多方合作推动我国汽车零部件产业研发

时间

合作企业

相关产业

1月9日

腾讯、伟世通

将合作开发自动驾驶技术以及数字化AI座舱解决方案

3月28日

飞驰镁物、微软

双方将围绕汽车数字化与出行服务,在技术、产品设计、市场、营销及服务5个层面展开深入合作

4月11日

吉利汽车与里卡多

专门针对增程式插电混动汽车研发高级变速箱

4月16日

商汤科技、伟世通

双方将联手推动智能车舱产业的创新与发展

4月17日

蜂巢能源、森萨塔科技

双方将在电池领域扩大战略合作,推动蜂巢能源电池产品升级

4月17日

宁德时代、华为

双方合作推进汽车行业向电动化与智能化转型升级

4月22日

天际汽车、德赛西威

为天际ME7及后续产品合作开发自动驾驶和智能驾驶舱提供解决方案

5月30日

蜂巢互联、博世

双方希望就此达成合作并开启联合创新之旅,为中国工业4.0市场提供培训以及数字产品和服务

6月13日

上汽大众、日本瑞萨

成立汽车电子联合实验室,双方将合作开发新一代汽车驾驶舱搭载的电子设备和控制系统

6月21日

延锋、京东方

扩大在光学贴合、TFT-LCD模组及曲面屏等产品上的应用合作

6月24日

万向、Ionic Materials

共同开发了一种创新性方法来制造全固态电池

7月17日

延锋、歌尔

共同打造行业领先的汽车智能座舱声学系统、智能交互及智能传感器产品

8月22日

中国恒瑞、福伊特

双方将在高压氢燃料储罐系统的材料、成型技术以及市场开拓等多方面展开深入合作

8月23日

星云互联、海拉

打造先进的车联网解决方案

9月17日

海克斯康、四维图新

双方将在高精度定位服务与应用等全方面展开合作

10月26日

中智行、威力登

联合研发下一代高性能量产化雷达

11月5日

格拉默、一汽富晟

成立长春富晟格拉默车辆部件有限公司,研发和生产各类汽车内饰零部件

11月19日

卧龙电气、采埃孚

成立一家专门从事汽车专用电机及其部件生产的合资公司,生产电机和部件

11月22日

湖南雅城、泰丰先行

主要围绕磷酸铁、四氧化三钴以及新产品开发进行合作

11月24日

均胜电子、德国普瑞车联

整合均胜车联事业部,重点研发和生产车联网技术相关产品

12月9日

江淮汽车、华为

在智能汽车解决方案、企业信息化、智慧园区、智能工厂等领域展开研发合作

12月10日

百度地图

联合九大科研院所和高校成立智能交通联合实验室,构建新一代AI地图生态全景

12月13日

北汽新能源、上海拿森

研究中国自主线控底盘

资料来源:公开信息,中国汽研整理。

五、激发再制造市场活力,新蓝海产业或将形成

汽车零部件再制造主要是对报废汽车或淘汰零部件进行再制造的过程,该产业的发展符合国家可持续发展战略的需要,同时也是我国汽车产业可持续发展的必要条件。由于该过程首先是对报废汽车或淘汰的零部件进行回收,再经过工业二次生产,使回收的零部件可以二次流入市场,因而形成了良好的循环经济模式,缩短了零部件产品的生产过程,可以达到资源充分利用的目的,具有非常高的经济价值、环境价值和社会价值。通过再制造生产的发动机相比全新发动机,可以节约大约60%的能源及70%的原材料,生产成本降低50%以上。

世界上的汽车大国都很重视零部件再制造,并且已经形成成熟产业链,市场规模庞大。在美国,专业再制造公司年销售额达730亿美元,其中汽车零部件再制造业是占比最高的产业,年销售总额高达565亿美元。在德国,至少90%的汽车废旧零部件可以得到再利用。从市场占比来看,欧美两大汽车市场的零部件再制造占到汽车后市场50%的份额,而我国再制造份额只占2%~3%,仅为欧美汽车市场的1/10。同时与欧美等发达国家9~12年的平均车龄相比,中国的平均车龄仅为4.5年,因而,我国零部件再制造发展潜力巨大。

目前,我国机动车保有量超过3亿辆,其中汽车保有量高达2.46亿辆,随着汽车保有量的不断增加,报废回收的汽车数量也在逐年增加。据商务部统计,2019年我国机动车回收数量为229.5万辆,同比增长15.3%,其中汽车195.1万辆,同比增长16.8%。随着机动车回收量的增加,未来我国汽车零部件再制造将是新的蓝海领域,预计零部件再制造产业规模将达到1000亿元以上。

为激发汽车报废市场的活力,实现节能减排,促进我国零部件行业可以更好地循环发展,2019年4月国务院颁布的《报废机动车回收管理办法》规定,拆解的报废机动车发动机、方向机、变速器、前后桥和车架等“五大总成”具备再制造条件的,可按国家规定出售给有再制造能力的企业。该政策消除了以往汽车零部件再制造的法律障碍,为汽车零部件再制造提供了良好的政策环境(见表2.5)。

表2.5 我国关于汽车零部件再制造业的部分相关政策法规

发布单位

要点

政策法规名称

发布时间

国务院

规定拆解的报废机动车发动机、方向机、变速器、前后桥和车架等“五大总成”具备再制造条件的,可按国家规定出售给有再制造能力的企业,这一修订消除了以往汽车零部件再制造的法律障碍,对推动汽车零部件再制造业、激发汽车报废市场活力有着极大促进作用

《报废机动车回收管理办法》

2019年4月

国家发展改革委

为积极推进我国汽车零部件再制造产业发展提供实践机会,截至2017年底已完成了两批再制造试点的验收,其中第一批验收通过了8家企业,第二批通过19家企业(不含转地方跟踪实施的1家)

《国家发展改革委办公厅关于确定第二批再制造试点的通知》

2013年2月

《国家发展改革委办公厅关于开展第二批再制造试点验收工作的通知》

2016年5月

工业和信息化部

以此推进机电产品再制造产业规模化、规范化、专业化发展,充分发挥试点示范引领作用,截至2019年3月,已公布了通过验收的第一批机电产品再制造试点单位(20家企业),确定了第二批试点单位(53家企业和3个产业集聚区)

《工业和信息化部办公厅关于进一步做好机电产品再制造试点示范工作的通知》

2014年12月

《工业和信息化部关于印发〈机电产品再制造试点单位名单(第二批)〉的通知》

2016年2月

加快发展高端智能再制造产业,进一步提升机电产品再制造技术管理水平和产业发展质量

《工业和信息化部关于印发〈高端智能再制造行动计划(2018~2020年)〉的通知》

2017年10月

推动内燃机再制造产业规模化、规范化发展,促进内燃机工业形成循环型生产方式和消费模式

《工业和信息化部关于印发〈内燃机再制造推进计划〉的通知》

2013年10月

资料来源:公开信息,项目组整理。

国家非常重视汽车再制造产业的发展。在政府的支持下,企业及科研机构开始积极研究再制造产品技术和应用,使我国再制造技术取得巨大的进步。但与发达国家相比,我国整体的汽车零部件再制造产业基础薄弱,标准体系不完善,技术和管理水平还比较低,发展速度也较缓慢。目前,我国汽车零部件再制造企业主要生产的产品集中在玻璃等工艺简单的零部件产品。而大型的汽车零部件产品,其再制造工艺复杂,且在规模、经费、管控等方面需要成熟的企业做支撑,配套市场又集中在整车企业手中,一般的中小型企业在生产汽车零部件再制造产品及销售的过程中没有竞争优势,因此,对于规模小、资金较少、技术实力相对薄弱的再制造生产企业来说,通过OEM模式,与整车企业形成稳定的合作伙伴关系,更有利于企业及整个行业的快速发展。

随着新能源汽车的快速发展,作为新能源汽车的核心零部件,动力电池回收也成为行业健康发展迫切需要解决的问题。按照动力电池5~7年的平均使用寿命来算,到2020年底国内累计退役的动力电池规模将达到20万吨以上(见图2.3),其回收经济规模超过100亿元。同时动力电池若不能有效回收利用,还会造成资源浪费、环境二次污染,因而其回收管理、再利用也受到行业的高度重视。国家仅2018~2019年就出台了多项动力电池回收相关文件。其中,2019年工信部出台了《新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设和运营指南》,要求新能源汽车生产及梯次利用等企业应依托回收服务网点加强对本地区废旧动力蓄电池的跟踪。回收服务网点负责收集、分类、贮存及包装废旧动力蓄电池,不得擅自对收集的废旧动力蓄电池进行安全检查外的拆解处理。废旧动力蓄电池应规范移交至综合利用企业进行梯次利用或再生利用(见表2.6)。

图片关键词 

图2.3 2016~2020年动力电池回收趋势及预测

表2.6 2018~2019年动力电池回收利用相关政策

政策法规

发布时间

要点

发布单位

《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》

2018年2月

汽车生产企业应建立动力蓄电池回收渠道,电池生产企业应与汽车生产企业协同,按照国家标准要求对所生产动力蓄电池进行编码,汽车生产企业应记录新能源汽车及其动力蓄电池编码对应信息

工业和信息化部、商务部、国家质检总局、科技部、环境保护部、交通运输部、能源局

《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》

2018年7月

鼓励汽车生产企业、电池生产企业、报废汽车回收拆解企业与综合利用企业等通过多种形式,合作共建、共用废旧动力蓄电池回收渠道。鼓励社会资本发起设立产业基金,研究探索动力蓄电池残值交易等市场化模式

工信部

《关于做好新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》

2018年7月

确定京津冀地区、山西省、上海市、江苏省、浙江省、安徽省、江西省、河南省、湖北省、湖南省、广东省、广西壮族自治区、四川省、甘肃省、青海省、宁波市、厦门市及中国铁塔股份有限公司为试点地区和企业

工业和信息化部、科技部、环境保护部、交通运输部、商务部、国家质检总局、能源局

符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》企业名单(第一批)

2018年9月

衢州华友、赣州豪鹏、荆门格林美、湖南邦普循环和广东光华科技5家公司入选

工信部

《新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设和运营指南》

2019年9月

回收服务网点负责收集、分类、贮存及包装废旧动力蓄电池,不得擅自对收集的废旧动力蓄电池进行安全检查外的拆解处理。废旧动力蓄电池应规范移交至综合利用企业进行梯次利用或再生利用

工信部

资料来源:公开信息,中国汽研整理。

目前,我国正规电池回收的渠道已经初步建立,但还没有形成全国统一的回收网络体系,各企业均处于探索阶段,社会上存在多种商业模式,并且回收机制还不健全,市场规模没有达到规模效应而难以实现盈利成为行业目前面临的难题。一方面,虽然锂离子电池回收梯次利用的循环体系已经形成,但梯次利用的应用问题由于技术和商业化两方面因素尚未解决。另一方面,运营模式不规范的问题在小企业上暴露明显。由于小企业分布分散,政府完全监管存在困难,很多小企业在技术与环保不达标的问题上凸显,对行业集约化发展造成阻碍。此外动力电池回收仍存在较高的成本问题,由于技术发展尚未成熟,规模化回收利用尚未形成,以及电池运输(危废运输)成本高等,动力电池回收综合成本居高不下。企业回报率不高,进一步增加了企业运营负担。


子行业篇

第三章 汽车混合动力系统子行业发展分析


混合动力系统作为汽车节能减排的有效策略和手段,同时作为新能源汽车发展的补充,其自身的创新发展对汽车行业未来发展格局有着深远的影响。本文重点分析混合动力汽车并以普通油电混合动力汽车为主要研究对象,分析国内外在油电混合汽车领域的产业政策、产品以及技术差异。并提出将油电混合汽车纳入国家汽车发展战略,逐步形成多种技术路线并行、多种能源方式共存、满足不同市场需求的能源格局和产品技术格局的建议。

一、行业发展综述

(一)混合动力概念及分类

工信部在2012年7月印发的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012~2020年)》中对节能与新能源汽车做了明确的定义(见表3.1)。

表3.1 节能与新能源汽车定义

类型

定义

特点

节能汽车

·节能汽车是指以内燃机为主要动力系统,综合工况燃料消耗量优于下一阶段目标值的汽车

·低能耗、低污染、新型动力系统汽车

·发动机排量在1.6升及以下、综合工况油耗比现行标准低20%左右的汽油、柴油乘用车(含混合动力和双燃料汽车)

新能源汽车

·新能源汽车是指采用新型动力系统,完全或主要依靠新型能源驱动的汽车。包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车

·采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料,但采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进,具有新技术、新结构的汽车

混合动力汽车

·混合动力汽车是指那些采用传统燃料同时配以电动机、发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型

·采用新技术,实现低能耗、低污染

·可实现纯电驱动、发动机驱动、油电混合驱动或者发动机增程驱动等驱动模式

资料来源:《节能与新能源汽车产业发展规划(2012~2020年)》。

国际电工委员会(International Electro-technical Commission,IEC)所属的电动汽车技术委员会对混合动力汽车的定义为有多于一种的能量转换器提供驱动动力的混合型电动汽车。

可以按照混合度、动力传递路线和是否可外部充电对混合动力汽车进行分类。

(1)按照混合度划分

混合度是电机的输出功率在整个动力系统中所占的比重。混合动力汽车按照两种动力源的功率比例关系以及所能够实现的功能,可以划分为微混合动力系统、轻度混合动力系统、中度混合动力系统、深度混合动力系统四类。表2为按照混合度进行划分的混合动力对照表。

(2)按照动力传递路线划分

混合动力汽车按照动力传递的路线,可以划分为串联式混合动力、并联式混合动力和混联式混合动力。表3为混合动力的三种结构方案分类表。

串联式混合动力汽车(Series Hybrid Electric Vehicle,SHEV)又可分为以发动机-发电机组发电为主要动力源或以动力电池组的电能转换为主要动力源和以驱动电机驱动作为唯一驱动装置两类。由于能量传递链较长,在热能→电能→机械能的转换过程中的能量损耗是SHEV的劣势之一。

并联式混合动力汽车(Parallel Hybrid Electric Vehicle,PHEV)包括两条独立的动力传递路径,发动机和电机可以同时驱动车辆,也可以单独驱动车辆。在并联式混合动力系统中,在发电和驱动两种模式下电机不能同时工作,系统助力功率受制于电池的容量。另外,在城市工况下,发动机在低效率区间工作并为电池充电。因此,与相同等级其他类型的混合动力电动汽车相比,大多数并联式混合动力汽车城市工况的油耗要相对较差。

混联式混合动力汽车(Parallel Series Hybrid Electric Vehicle,PSHEV),通常采用行星排作为动力分流机构,可以实现发电和电机驱动同时运行,使发动机在效率较高的区间内工作,这种方案的系统效率要高于其他两种方案,一般用在深混的混合动力系统中。

(3)按照是否可外部充电划分

根据整车是否可以外接充电设施为车载电池充电,可将混合动力汽车划分为插电式混合动力汽车(Plug In Hybrid Electric Vehicle,PHEV)和非插电式混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)。

插电式混合动力汽车(PHEV)携带容量相对较大的电池系统(通常8kWh以上),可通过外接充电设备为电池充电,整车可较长时间在纯电驱动模式下运行。

非插电式混合动力汽车携带容量相对较小的电池系统(通常3kWh以内),整车无外接充电功能,通过发动机和电机的高效耦合实现系统高效率,以达到节油的效果。

表3.2 按照混合度分类的混合动力对照


项目

强混

中混

轻混

微混

混合度

50%

30%

20%

5%左右

节油率

40%

20%

15%

2%~5%

电压等级

200V~288V

144V

42V或144V

12V或48V

典型车型

秦Pro PHEV

Honda Insight
Civic

雷凌双擎

吉利ICON

博瑞GE

本田雅阁HEV

奔驰E级

帕萨特PHEV

吉利领克01

长安CS55

资料来源:项目组整理。

图片关键词



(二)国内外政策

我国未将混合动力汽车纳入新能源汽车体系,因此购买混合动力汽车不能享受相关补贴标准,导致消费者不会积极购买混合动力汽车,也无法刺激自主、合资品牌厂商进行投入研发。中、美、日三国的补贴政策各有差异(见表3.4),由于我国在汽车技术路线选择方面的特殊性,我国混合动力汽车发展大幅落后于其他国家。政策的差异和行业基础的差距是中国落后的关键,中国缺少能与美国、日本等国家抗衡的混合动力汽车产品。

表3.4 中美日对各类汽车补贴政策对比

车型

中国

美国

日本

纯电动汽车(EV)

最高2.25万元(根据续航里程、电池容量、能耗水平等设置补贴标准)

2500~7500美元及节能车减税,最高可获得10000美元补贴

从2009年起至今共有3次补助政策,每次持续时间12~18个月

插电式混合动力汽车(PHEV)

最高0.85万元(根据纯电模式续航里程、节油率水平设置补贴标准)

有国家和各州的双重补贴

按车辆售价和节油效果,最高补助85万日元国家和地方双重补贴

混合动力汽车(HEV)

无国家补贴及地方补贴

2500美元

2005~2010年享受此政策,2010年取消

曾在2009年第1批补贴中有混合动力汽车

资料来源:项目组整理。

1.国内政策

中国节能和新能源车起步于20世纪90年代中后期,国家给予了重点支持,经过20多年的快速发展,新能源汽车领域涌现出大批优秀汽车零部件企业和整车企业。国内新能源汽车产销量位列全球第一。

但对于混合动力汽车,由于技术壁垒高、节能水平受限以及国家政策导向等因素,我国在混合动力汽车方面的发展一般(见表3.5)。

表3.5 中国节能与新能源汽车发展阶段

“九五”初期至2008年

2009~2012年

2012年6月以后

第一阶段
·科技部主导的863计划电动汽车重大相关专项启动
·实施小规模示范(如奥运会新能源汽车示范)
·初步奠定了纯电动、混合动力、燃料电池三类动力系统平台汽车的研发和初步产业化的基础

第二阶段
·持续支持技术和产业化研发·开展较大规模的节能与新能源汽车示范推广工作(百城千辆)
·逐步建立和完善行业标准化体系建设(针对企业和产品)

第三阶段
·《节能与新能源汽车产业发展规划(2012~2020年)》,规划新能源汽车销量目标、燃油消耗控制指标、新能源车补贴等重大战略措施
·启动新能源汽车产业技术创新工程等产业化项目
·扩大示范工程范围

研发投入期

示范推广期

产业发展期

资料来源:项目组整理。

2.国外政策

混合动力乘用车方面,本文主要选取了日本、美国及欧洲进行分析。其中,欧洲制定了全球最严格的减排法规,日本在混合动力汽车方面取得了世界领先的技术地位。

(1)日本政策

为进一步降低油耗、减少温室气体排放量,根据日本轻型汽车燃料经济性标准,2020年乘用车平均燃料消耗量需达到20.3km/L。根据日本经济产业省和国土交通省最新公布的标准,2030年乘用车新车平均燃油经济性需要达到25.4km/L。在节能优惠政策的推动及市场驱动下,日本汽车企业主动降低油耗力争提前达标,绝大部分混合动力汽车已提前满足2020年目标值,甚至相当一部分已提前满足2030年目标值(如丰田汽车雷凌双擎在JC08测试循环下燃油经济性约35km/L),混动化成为日本乘用车节能的重要技术手段。

(2)美国政策

2012年,美国政府公布2017~2025年企业平均燃料经济性标准(Corporate Average Fuel Economy,CAFE),要求从2016年的35.5 mpg(约6.63L/100km)开始,以每年约5%的幅度逐步提升燃油效率,最终在2025年达到54.5mpg(约4.3L/100km)。美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)基于2025年CAFE目标提出2017~2025年乘用车CAFE油耗目标,如表3.6所示。

表3.6 2017~2025年美国乘用车CAFE油耗目标

项目

2017年

2018年

2019年

2020年

2021年

2022年

2023年

2024年

2025年

CAFE(mpg)

39.4

41.3

43.5

45.6

47.5

48.6

49.8

51.4

54.5

CAFE(L/100km)

5.97

5.70

5.41

5.16

4.95

4.84

4.72

4.58

4.30

注:1mpg=0.425143706km/L资料来源:项目组整理。

美国乘用车用户偏好大排量、大空间车型(如皮卡和SUV),加之美国相对低廉的汽油价格,使美国乘用车整体油耗偏高。2018年,美国综合油耗低于5.7L/100km(2018年美国CAFE油耗水平)的车型大部分为混合动力汽车和插电式混合动力汽车。

(3)欧洲政策

欧洲议会新排放标准法案要求从2021年开始新车平均CO2排放不得高于95g/km(4.0L/100km),否则车企将面临巨额处罚。2018年,欧盟各国政府代表以及欧洲议会将2030年汽车平均CO2排放目标设定为2.5L/100km(59.4g/km),比2021年(95g/km)减少37.5%。严苛的排放法规推动欧洲汽车节能技术加速发展。2017年欧洲混合动力和新能源车型几乎全部达到95g/km的CO2排放目标,近1/3的柴油车型已经达到116g/km(约合5.0L/100km)水平,而只有较少部分汽油车型CO2排放达到116g/km的标准。

二、市场发展状况

国际能源署IEA预测(见图3.1),2030年90%以上乘用车仍将配有发动机,2050年仍有超过58%的乘用车配有发动机,这其中有85%为混合动力汽车(包括HEV和PHEV),混合动力将成为乘用车的主流。

图片关键词 

图3.1 混合动力发展展望

根据Marklines数据,中国2019年全年混合动力汽车车型销量为19.7万辆,在乘用车中占比达到0.92%,较2018年增长0.11个百分点,如图3.2所示。中国HEV销量分布情况如图3.3所示,国内HEV市场长期被进口、合资品牌占据,主要集中在丰田、本田及日产的混合动力车型。需要重点指出的是,目前国内尚无明确HEV划分标准及分类的政策法规、行业标准,国内HEV分类较为混乱。在Marklines统计的数据中,国内HEV销量统计未覆盖吉利、长安等品牌旗下混合动力(如48V微混)车型,但此类搭载48V系统的车型理论上属于HEV范畴。

图片关键词 

图3.2 2015~2019年中国乘用车及混合动力汽车HEV销量情况

图片关键词 

图3.3 2015~2019年中国HEV汽车销量分布情况

根据Marklines数据,2019年全年日本乘用车销售430.1万辆,其中HEV销量为108.3万辆。综观2017~2019年三年的数据,在日本乘用车中,新能源纯电动汽车(EV)、氢燃料电池汽车(FCV)及插电式混合动力汽车(PHEV)销量极少,HEV在日本乘用车销量中占比较为稳定,维持在25%左右。2017~2019年日本乘用车销量情况如图3.4所示。

图片关键词 

图3.4 2017~2019年日本汽车销量情况

根据Marklines数据,2019年全年美国乘用车共计销售502.6万辆,其中HEV销量为23.1万辆,同比增长6.4%。HEV在乘用车中占比较2018年增加0.7个百分点。2017~2019年美国乘用车销量情况如图3.5所示。

图片关键词 

图3.5 2017~2019年美国乘用车销量情况

未来汽车将继续向低碳化、智能化和轻量化方向发展。2025年生产的传统能源乘用车平均油耗降至5.2L/100km(其中,非混合动力乘用车平均油耗降至6.0L/100km;混合动力乘用车占传统能源乘用车总量的50%~60%,平均油耗降至4.5L/100km)。

到2030年,持续进行前瞻性节能技术的跟进与研发,为满足下一阶段油耗及排放标准进行技术储备。2030年生产的传统能源乘用车平均油耗降至5.2L/100km(其中,非混合动力乘用车平均燃料消耗量降至5.5L/100km;混合动力乘用车占传统能源乘用车总量的75%~80%,平均油耗降至4.0L/100km);到2035年,掌握前沿性节能技术。混合动力乘用车占传统能源乘用车产销量的100%,平均油耗降至3.8L/100km。

三、产品技术发展状况

(一)混合动力技术架构

混合动力技术包括混合动力整车技术、混合动力构型、专用发动机及控制技术、电机及控制技术、电池及控制技术以及其他核心技术等,具体技术架构体系如图3.6所示。

图片关键词 

图3.6 混合动力技术架构

 

(二)混合动力关键技术

各级技术架构下的关键技术如表3.7所示。

表7 混合动力关键技术

序号

技术架构

关键技术

1

混合动力整车技术

整车控制技术

①符合功能安全标准要求的控制器设计技术(包含软、硬件)

②基于智能化、网联化的能源管理技术

③热管理技术

④低压能量管理技术

2

整车集成技术

①动力匹配技术

②整车电器集成技术

③制动能量回收技术

④轻量化技术

⑤低滚阻、低摩擦、低风阻等

⑥整车NVH技术

⑦整车电磁兼容技术

3

混合动力构型

并联式

①构型优化和设计技术

4

串联式

②关键核心部件设计和制造技术

5

混联式

③试验验证技术

④“智造”产业化技术

6

专用发动机及控制技术

阿特金森发动机

①高燃烧效率设计技术

7

米勒发动机

②发动机供油和配气技术

8

HCCI

③高压缩比发动机控制技术

9

发动机控制技术

④发动机和电机耦合技术

10

电机及控制技术

高功率密度电机

①电机设计技术

②高性能钕铁硼永磁体材料

③电机材料技术

④电机结构和热管理技术

⑤电机试验验证技术

⑥制造及工艺技术

11

高功率密度控制器

①半导体封装技术

②关键元器件材料技术

③结构和热管理技术

④控制芯片及软件算法技术

⑤控制器试验验证技术

⑥制造及工艺技术

12

电池及控制技术

镍氢电池

①高性能电池设计技术

13

磷酸铁锂

②电池高性能原材料技术

14

锰酸锂

③电池控制技术

15

钴酸锂

④电池高可靠性成组技术

16

三元材料

⑤电池热管理技术

17

BMS

⑥“智造”产业化技术

⑦电池梯次利用和回收技术

资料来源:项目组整理。

在乘用车领域,美国、欧洲和日本的节能技术路径各有不同,但混合动力技术发展应用、动力总成升级优化、先进电子电器技术应用是节能技术发展的共性。

日本采用多种混合动力技术同步发展的策略,主要通过改善发动机热效率、提高电动机及控制系统的效率、减少各部件质量、减小体积、优化智能化控制策略、提高系统集成度、进行整车的优化等手段进一步提高系统效率。

目前美国汽车企业中以通用和福特两家车企所研发的混合动力系统最具代表性。在发动机方面,通用主要采用SIDI缸内直喷发动机,但相比目前混合动力系统中使用广泛的阿特金森发动机效率较低。福特采用丰田授权的混合动力技术结构,采用了阿特金森发动机。在技术架构方面,通用和福特混合动力系统都属于典型的PS型功率分流技术架构,通过行星排、双电机和系统控制的互相配合,实现发动机和电机动力性能的高效分配。在经济性方面,通用的混合动力汽车综合工况油耗相比丰田和本田混合动力车型稍高,发动机及其相关技术仍有待提高,但是其采用的冷却废气再循环系统(Cooled EGR)、电子节温器、分体积紧凑耦合催化器SVCC以及SVCC对应的废气回收系统均可提升发动机效率。

欧洲重点推广和应用48V轻混系统和P2构型的中混动力系统,从第一代的P0并联构型过渡到第二代的高压混动并联构型(P2、P3、P4),将电机的功率从15kW以内提升至25kW以上,能够实质性地提供内燃机额外辅助动力,并将AT和CVT的混动化作为研究重点。

当前国内外混合动力系统主要有串联、并联、串并联和功率分流等几种主流技术路线,并联系统在国内用得比较多,功率分流系统主要有国外丰田的THS、通用的AHS以及国内科力远的CHS系统,串联以及串并联系统使用相对于并联和功率分流系统较少,主要有日产的e-power、本田的i-MMD和上汽的EDU等,相关路线介绍如表3.8所示。

图片关键词

9是目前国内外整车厂各主流车型采用的混合动力系统和混合动力系统技术路线以及最近一年的国内销量和排名,从表3.9中可以看出目前市场销售主流的HEV车型主要采用了功率分流和串并联混合动力技术路线,国内HEV车型只有搭载CHS功率分流混合动力系统的帝豪和东风小康风光580有量产上市销售。HEV中搭载丰田THS功率分流混合动力系统车型与搭载本田i-MMD串并联混合动力系统车型垄断了国内混合动力汽车(HEV)销量前十。但值得注意的是,搭载日产串联混合动力系统的日产Note车型2018年在日本销量达到了136324辆,位于日本市场混合动力汽车销量第一。

表3.9 市场销售主流混合动力系统及代表车型

车辆类型

混合动力系统技术路线

混合动力

系统类型

车型

国内销量(辆)

(2018年7月至2019年6月)

销量排名

混合动力汽车

功率分流

丰田THS P710

凯美瑞

27915

第3

串并联

亚洲龙

9812

第6

丰田THS P410

雷凌

27411

第4

卡罗拉

72700

第1

通用AHS

君越

1645

第11

迈锐宝XL

87

第18

君威

698

第13

科力远CHS

帝豪

2

第21

风光580

7

第20

串联

本田i-MMD

雅阁

23280

第5

讴歌CDX

1353

第12

思铂睿

136

第17

CR-V

31609

第2

日产e-Power

日产Note

136324(日本2018年销量)

并联

日产P2

楼兰

2442

第9

现代P2

索纳塔九

2053

第10

(三)混合动力技术对标分

根据目前市场销售车型搭载的主流混合动力系统,表3.10从经济性、动力性、平顺性、复杂度、性价比、开发费用和布置难度等方面分析串联、并联(P2结构)、串并联、功率分流四种混合动力技术路线的典型架构的混合动力系统的优劣。

表3.10 各技术路线典型架构的优劣势分析

分类

串联

并联(P2结构)

混联

串并联

功率分流

代表

技术

日产Note

大众P2

本田i-MMD

丰田THS

结构

简图

图片关键词 

图片关键词 

图片关键词 

图片关键词 

经济性

一般
·实现发动机与轮端的转速和扭矩的解耦,对发动机的优化能力在四种技术路线中最强,低速经济性好
·发动机不能直驱,在任何时候发动机的能量都必须经过电能转换再输出,中高速行驶时,系统效率较低,经济性差

较好

·发动机转速无法与车速解耦,主要通过传统多挡变速箱进行转速优化

·发动机扭矩与轮端需求扭矩解耦,可以通过电机对发动机扭矩进行优化

·发动机可以直驱,在中高速阶段系统效率较高

较好
·兼具串联低速对发动机较强的优化能力和中高速并联系统发动机直驱的系统效率较高的特点
·在并联模式下发动机直驱后,发动机的转速与车速无法解耦,由于缺少并联系统的传统变速箱对发动机转速的优化,发动机的最佳经济区对应的车速范围较窄,该模式下对发动机的最佳经济区范围要求较高


·在车速范围均可以通过行星齿轮机构实现,发动机转速无法与车速解耦,对发动机的优化能力较强,优于并联系统和串并联系统
·发动机的大部分能量可以通过机械路径传递到轮端,减少能量转换带来的损耗,优于串联系统

动力性

一般


·发动机与电机扭矩叠加并通过传统变速箱的大传动比放大,动力性好

较好

一般

·任何时候通过驱动电机进行驱动,发动机无法直接参与驱动,动力性受限

·如要提升动力性,需要选择较大电机

·发动机与电机可以同时参与驱动

·相对于并联系统缺少传统变速箱的大传动比放大作用,一般需要选择较大电机

·单纯的功率分流系统由于发动机与电机之间的相互制约,并不能实现发动机与电机的最大扭矩的直接叠加

·无传统变速箱大传动比放大作用,动力性一般

平顺性


·无换挡冲击,平顺性好

一般
·存在传统变速箱,有一定换挡冲击

较好

·无换挡过程

·存在串联模式与并联模式的切换和发动机启动过程

较好

·大部分时间通过ECVT模式行驶,平顺性好

·存在发动机启动过程

复杂度

较小

·增加了电池、发电机、电动机、电机控制器等,减少了启动电机等附件

·复杂的AT和MT更换成单级减速器

·控制系统开发难度较小

一般

·增加了动力电池、电动机、电机控制器等

·减少了启动电机等附件

·控制系统开发难度高于串联和串并联,主要涉及传统变速箱挡位标定工作

一般

·增加了动力电池、电机控制器等

·AT和MT更换成包含双电机的串并联合成箱

·控制系统开发难度位于串联和功率分流之间,并且无并联系统较多的挡位标定工作

较复杂

·增加了动力电池、电机控制器等

·AT和MT更换成包含行星排结构、双电机的合成箱等

·控制系统开发难度较大,主要涉及发动机工作点的优化控制及起停控制等

性价比

较低

·双电机和双电机控制器

·无传统变速箱,采用简单的齿轮传递机构

·考虑动力性需求,电机扭矩要求较高,电机和电机控制器成本较高

一般

·单电机和单电机控制器

·有传统变速箱

·对电机的扭矩和功率需求较小,综合成本相对较低

较低

·双电机和双电机控制器

·无传统变速箱,相对简单的齿轮传递机构

·考虑动力性需求,电机扭矩要求较高,电机和电机控制器成本较高

较高

·双电机和双电机控制器

·无传统变速箱,采用行星齿轮传递机构

·三轴的构型方案,结构简单,电机互相解耦,满足相同功能要求的情况下,对电机的需求较小,综合成本较低

开发

费用

较低
·降低变速箱开发难度,增加电池、电机、电控,发动机可以小型化

一般

·传统变速箱开发工作很少

·需要对动力总成的整个布局进行调整,并增加电池、电机、电控

一般
·需要重新开发混合动力系统专用合成箱

较高
·需要重新开发混合动力系统专用合成箱,控制系统开发难度大

布置

难度

较小

·取消了传统变速箱,更换成双电机,空间影响较小

较大

·发动机与传统变速箱之间的轴向距离需要加长以放置电机与离合器,如需解决布置问题,需要对变速箱和电机进行一体化设计,开发工作量较大

较小

·取消了传统变速箱,更换成双电机,空间影响较小

一般

·取消了传统变速箱,更换成双电机,空间影响较小

资料来源:项目组整理。

从表10可以看出,各混合动力系统各有优劣。各企业根据自身技术实力以及资源可获得性进行选择性开发。

在经济性方面功率分流技术路线最优,如图3.7所示,并联混动系统由于发动机转速与车速不解耦,在对应的车速和扭矩需求下,只能在一定的发动机转速上进行扭矩的选点优化,即只能线上选点优化。而功率分流系统由于行星齿轮的无级变速功能,发动机转速与扭矩和轮端车速与扭矩解耦,在对应车速和扭矩需求下,发动机能够在不同的转速和扭矩状况下进行选点优化,即在面上选点优化,优化能力强于并联系统,系统节油能力也优于并联系统。虽然并联系统在各挡位下的最佳工作点效率与功率分流系统基本相当,但在各挡位下,随着车速和扭矩的变化,并联系统无法一直保持在最佳效率上,而功率分流系统能够保证在大部分的车速和扭矩范围内,系统效率最优化。P3并联混合动力系统由于电机布置在变速箱输出端,无法利用传统变速箱对电机的工作点进行优化,因此经济性相对于P2构型的混合动力系统要差。P2.5并联混合动力系统只有奇数挡位或者偶数挡位可以对电机进行工作点的优化,经济性位于P2与P3之间。

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图3.7 并联系统与功率分流系统对发动机优化能力

图3.8是在同款发动机和整车参数一致的情况下(仅仅考虑系统构型差异,不考虑发动机、电机和整车差异带来的经济性差异),搭载串并联系统和功率分流系统的车型在NEDC工况下各主要工作点的系统效率分析,在大部分工况下,功率分流系统的有效燃油消耗率要低于串并联系统。从表3.11中也可以看出,凯美瑞在车重比雅阁重的情况下,公告油耗和道路实测油耗均优于雅阁混动。串联系统由于出色的发动机优化能力,在低速情况下经济性出色,但由于在中高速工况下,发动机不能直驱,所有能量仍然需要通过发动机能量与电能之间的转换,造成系统效率较低。以单个电机系统的效率93%计算,通过两次电能转换后,系统效率损失了14%左右,这在中高速发动机本身效率较高的情况下,造成整个系统的效率大大降低。并且串联系统在低速时,为了保证发动机的效率,通常要控制在一定转速下,会造成NVH难以兼顾。

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图3.8 各工况下功率分流系统与串并联系统的系统等效燃油消耗率分析

表3.11 凯美瑞和雅阁的公告油耗和实测油耗对比

车型

凯美瑞2018款

雅阁2018款

备注

整车整备质量(kg)

1690

1619

公告油耗(L/100km)(NEDC)

4.1

4.2

实测油耗

广州城市工况(L/100km)

4.7

5

平均车速31km/h

高速工况(L/100km)

4.1

4.6

平均车速85km/h

资料来源:项目组整理。

在动力性方面,并联系统最优,并联系统由于发动机扭矩与电机扭矩的叠加再通过传统变速箱的放大,动力性相对于传统车型会有较大提升。而串联系统由于只有电机驱动,发动机无法直驱,动力性相对较差,串并联系统纯电动行驶时也只有电机驱动,并且没有传统变速箱的扭矩放大,如果要保证动力性,需要选用较大电机。单纯的功率分流混动系统,由于电机与发动机的协调作用相互限制,不能实现电机的扭矩与发动机的扭矩直接叠加,动力性也会受到限制。而通用等功率分流系统为了改善动力性,增加了离合器和制动器,通过改变动力性需求工况下的系统工作模式来满足动力性需求。

产品技术发展的总体目标是不断突破核心技术以降低整车油耗,同时通过提升强混车型占比实现混合动力乘用车平均油耗降低。重点掌握混合动力整车集成、专用发动机、专用动力耦合机构、高性能电机、高水平功率型电池、电控系统开发优化六项技术。

①在混合动力整车集成方面,重视混合动力整车的系统性开发,针对混合动力系统的特点,加强整车热管理技术、低压能量管理技术、动力匹配技术、整车电器集成技术、制动能量回收技术、轻量化、低滚阻、低摩擦、低风阻等整车NVH技术,以及整车电磁兼容技术研究开发和应用,进行系统优化和升级,提升每一部分的效率,实现整体油耗的改善;在2025年实现混合动力A级整车WLTC油耗4.2L/100km;在2030年实现混合动力A级整车WLTC油耗3.8L/100km;在2035年实现混合动力A级整车WLTC油耗3.6L/100km。

②在专用发动机方面,开发阿特金森循环发动机、推动高压喷射、缸内直喷+歧管喷射、大比例中冷EGR、电动气门、高能点火、高滚流比气道、低黏度0W-20机油、电子水泵、全可变机油泵、压燃稀薄燃烧技术,不断提高发动机压缩比;在2025年实现发动机热效率达到42%~44%;在2030年实现发动机热效率达到46%~48%;在2035年实现发动机热效率达到49%~50%。

③在专用动力耦合机构方面,进行构型优化和研究,重点在系统集成度、可靠性、耐久性、高效性、性价比等方面开展相关研究,主要包括提升机电一体集成度和系统的输出能力,提高系统传动效率,提高系统NVH性能,优化系统冷却性能,改善系统EMC品质,在技术、质量、成本、工艺等方面逐步提升,开发出具备世界先进水平的动力耦合机构;在2025年专用动力耦合机构效率达到95%;在2030年专用动力耦合机构效率达到95.5%;在2035年专用动力耦合机构效率达到96%。

④在高性能电机方面,到2025年,实现驱动电机功率密度达到5.0kW/kg,电机控制器功率密度达到40kW/L;到2030年,实现驱动电机功率密度达到6.0kW/kg,电机控制器功率密度达到50kW/L;到2035年,实现驱动电机功率密度达到7.0kW/kg,电机控制器功率密度达到60kW/L。

⑤在高水平功率型电池方面,到2025年,电池比能量达到100Wh/kg,能量密度达到200Wh/L,比功率达到5kW/kg,循环寿命达到10000次;到2030年,电池比能量达到110Wh/kg,能量密度达到220Wh/L,比功率达到6kW/kg,循环寿命达到12000次;到2035年,电池比能量达到120Wh/kg,能量密度达到240Wh/L,比功率达到7kW/kg。

⑥在电控系统开发优化方面,进行自主车规级芯片、自主车规级操作系统、自主核心传感器、执行器的研究与开发,使用量产化自主车规级芯片、自主车规级操作系统开发出符合功能安全标准要求的控制器,基于大数据平台的智能化、网联化的多能源管理策略和云端刷写技术(FOTA),到2025年之前完全独立、成熟地掌握电控系统的开发能力,形成大批量配套的量产化产品。到2025年,应用怠速启停等策略实现整车节能减排;到2030年,利用导航定位功能并接入智能交通网络系统,优化对发动机和电机能量管理策略,开发具备驾驶习惯预测及辅助的整车控制自学习智能系统,结合车联网技术,进一步提升整车燃油经济性;到2035年,通过高性能摄像技术、遥感技术以及与智能网络的交互,研发人工智能算法,突破无人驾驶技术,进一步优化整车燃油经济性,提升整车网络信息安全、功能安全技术等。

四、国内外技术差距分析

混合动力是个系统级的概念,混合动力整车油耗和经济性的体现,是一个系统工程,需要对“整车+发动机+机电耦合装置+电机+电池+多能源管理”进行系统优化和升级,实现整体油耗的改善。目前日本三家具有代表性的企业分别为丰田、本田和日产,分别是混联系统(功率分流)、混联系统(串并联系统)和串联系统应用的典型代表,都有自己的典型车型并拥有比较好的整车油耗,典型的丰田第四代Prius整车重量为1420kg,在日本JC08工况下的油耗为39km/L(2.56L/100km),日产的e-power串联混合动力(非增程式)整车重量约为1250kg,在日本JC08工况下的油耗为37.2km/L(2.69L/100km);Prius按照JC08循环,油耗从第一代的28km/L、第二代的29.6km/L、第三代的32.6km/L,优化到第四代的39km/L(见图3.9),均是通过从整车(滚动阻力、风阻、制动系统能量回收)+发动机+机电耦合装置+电机+电池的每一部分效率的提升来实现的。目前,第四代Prius整车的风阻系数为0.25,制动能量回收能够将机械刹车和电动刹车完全分离。其他的降低能耗的措施和技术包括如下几点。

①发动机的热效率已经达到40%。

②对机电耦合装置进行了优化,大电机的减速从行星排传动改为平行轴齿轮传动。对驱动桥进行改进,将两个电机带双轴平行配置,长度缩短了47毫米。平行轴齿轮传动的电机减速齿轮替代了行星齿轮,机械损失减少约20%。

③PCU改进:新采用了低损耗的IGBT,降低了约20%的电力损耗。重新设计了内部结构,减小了33%的体积。缩小的PCU直接搭载在驱动桥上,辅助电池移到了发动机舱内。

④对电机进行了优化和改进,减小了电机的尺寸,同时降低电机的损耗,体积减小35%,在JC08工况下损耗减小20%,功率密度提高了36%。通过传动链优化,增大减速比,提高电机转速,减小电机扭矩,全新设计了电机的定子、转子和电机的冷却方式。将定子绕组由圆线改为扁线,采用分段-分布式绕组,并实现了减重,减少铜损耗。对于转子,开发了高速、低损耗转子,并实现了尺寸缩小和使用的磁铁体积减小15%。新开发的磁体材料,新磁体布局和新设计的电机冷却系统至少减少了85%的稀土元素用量。结果,与P410相比,电机尺寸减小了35%,并且在JC08工况下与P410相比降低了高达20%损耗。

⑤电池改进:新开发了锂离子电池。镍氢电池也重新开发,减小了尺寸,提高了性能。更小、更轻的电池组布置在后排座椅下方,增加了后备厢空间。

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图3.9 四代Prius燃油经济性变化

本田第三代i-MMD系统主要搭载在新款雅阁等中级车型上,主要由2.0L阿特金森循环发动机、发电机、电动机和离合器组成。第三代i-MMD系统在发动机和电池单元上都做了优化,2.0L阿特金森循环发动机的热效率达到40.6%,高于上一代i-MMD发动机热效率的38.9%。动力单元(IPU)体积比上一代也减小32%,同时使用了本田开发的不含稀土磁体的电机。与传统电机相比,i-MMD混合动力系统采用的电机为扁线电机,所采用的新型交流同步电机输出扭矩从307N·m提高至315N·m,输出功率从124kW提高至135kW,体积与重量都降低23%。

e-power动力总成采用的是HR12DE型三缸1.2L自然吸气发动机+66kW的发电机(30.2kg)+80kW的电机(52.3kg)+1.47kWh功率型电池(40.9kg)。发动机技术方面采用米勒循环方式、连续可变正时气门技术,同时通过增加抗磨涂层、优化零部件结构设计等方式将发动机工作阻力降低20%,同时搭载了Cooler EGR、电子水泵。

日韩地区的混合动力技术路线仍然以丰田THS混合动力系统为主,本田i-MMD、日产e-power等混合动力系统市场占有率均非常低。未来会在现有THS系统基础上,通过改善发动机热效率、提高电机功率密度、减少各部件质量、减小体积、优化智能化控制策略、提高系统集成度等手段进一步提高混合动力系统效率。

关于美国混合动力汽车油耗的实现,也是从系统综合优化的角度达到油耗目标,从整车、发动机、机电耦合装置、电机、电池、多能源管理等方面进行系统优化和升级,实现整体油耗的改善。

目前美国汽车企业中以通用和福特两家车企所研发的混合动力系统最具代表性。

在发动机方面,通用主要采用SIDI缸内直喷发动机,相比目前混合动力系统中使用广泛的阿特金森发动机效率较低。

在经济性方面,通用混合动力汽车综合工况油耗相比丰田和本田混合动力车型稍高,发动机及其相关技术仍有待提高,但是其采用冷却废气再循环系统Cooled EGR、电子节温器、分体积紧凑耦合催化器SVCC以及SVCC对应的废气回收系统均可提升发动机的效率。

福特采用丰田授权的混合动力技术结构,采用了阿特金森发动机。

在技术架构方面,通用和福特混合动力系统都属于典型的PS型功率分流技术架构,通过行星排、双电机和系统控制的互相配合,实现发动机和电机动力性能的高效分配。

可以看出,以通用为代表的美国混合动力技术仍然是采用效率较低的奥托循环发动机,但在系统优化、系统集成方面的技术优势使通用在整车成本控制方面占据一定优势。

国内对于混合动力车型系统性开发能力不足,导致混合动力车型的实际运行油耗与工况油耗偏差较大,节油效果不理想。国外成功的混合动力车型无不是从整车、发动机、机电耦合装置、电机、电池、多能源管理进行系统优化和升级,提升每一部分的效率,从而实现整体油耗的改善。由于长期缺乏重视,国内整车企业暂时没有能力和基础进行混合动力车辆的系统性开发(见表3.12)。

表3.12 国内外混合动力汽车开发现状对比

序号

短板技术

国内现状

国际水平

1

发动机先进燃烧技术

国内车企对燃烧机理类基础研究依然不足,缺乏一些新型燃烧领域的研究创新及手段创新

国际主流车企几乎都有百年以上历史,具备丰富的技术积累和创新,如压燃、稀薄燃烧等新型燃烧方式,以及影响燃烧的喷雾过程、气流组织过程、火焰传播过程、非正常燃烧机理等均已有较多的储备

2

基础软件标准化、模块化程度

大部分厂家各自为政,针对选型芯片开发基础软件,标准化及模块化程度较低

符合AUTOSAR标准,模块可重用度高

3

混合动力汽车用具备升压功能的电机控制技术

国内目前还没有相关的控制器,某些控制器零部件供应商正在进行尝试性开发,但是由于国内IGBT和SiC等高压功率器件缺少,该项工作进展缓慢,目前产品功能和性能均不能满足要求

日本丰田已经在2003年的第二代混合动力系统中开始应用,并且持续更新和优化

4

热管理技术

热管理方式单一,热管理效率低,冷却组件工艺不成熟

混动热管理方式多样(风冷、水冷、直冷),冷却效率高,加工工艺成熟

5

自动变速器软件设计技术

变速器的控制软件开发基本掌握,但控制软件架构、软件模块化、控制策略与国外还有一定的差距

软件架构模块化、控制策略先进可靠

6

混合动力虚拟试验平台及仿真软件

目前国内的相关内容都是基于国外的软件进行二次开发,没有自主独立的软件基础平台

国外的比较成熟,典型的有LMS的Amesim、AVL的Cruise,以及Matlab等

7

混合动力用专用发动机开发

国内混合动力专用发动机开发较为缓慢,系统效率不高

较成熟,以日本的本田和丰田为代表,都有混合动力专用发动机

8

发动机先进排放后处理技术

随着国六排放法规的执行,以及2023年RDE排放法规预期,发动机后处理技术愈显重要。国内在排放领域经过多年储备,从技术上G6b已可实现,但对于未来RDE排放则储备尚少,多数企业尚无太多研究

大众、丰田、奔驰、宝马等国际一流车企在应对RDE排放方面虽略显仓促,但从技术储备层面已有较多的研究,包括GPF技术、成本合理高效的催化配方、各种场景下的路谱排放测试等

9

发动机远程通信技术

因为是新型技术领域,国内车企研究较少。如远程ECU刷写技术、远程故障诊断技术、多模式驾驶、智能驾驶模式下的预控制技术等

国际主流车企业同样在推进电动化、智能化、网联化技术革新,对于该领域的技术发展,丰田及博世等提出了系统化的解决方案

10

新型燃料发动机技术

国内对于这些新型燃料的工程应用研究较少,不足以支撑未来地域性应用、大规模推广

国际主流车企尤其是欧洲企业对于生物燃料的应用早已有规划,各大车企均对相应的技术进行储备

11

运动件摩擦副接触表面涂层技术

国内已开展DLC涂层以及纳米技术涂层的应用研究,气缸壁热涂层刚刚起步

美国已经研究了铝缸孔表面纳米热喷涂层技术,可降低6.8%的摩擦损失马勒、辉门、蒂森克虏伯、盖茨、莱顿以及日本几大汽车公司有大量的科研与产品研发生产平台

资料来源:项目组整理。

五、发展存在的问题及建议

与日本、美国等国相比,我国混合动力汽车市场似乎一直处于“冰冻期”。业界普遍认为,我国在油电混合领域尚属初级发展阶段,同时由于不享受新能源汽车补贴,混合动力技术不受企业重视。按照《节能与新能源汽车技术路线图》提出的“2020年混动汽车销量将占乘用车销量的8%”(预测称2020年我国乘用车销量将达3000万辆)推算,届时这个数字应为240万辆。而一项统计数据显示,2018年,我国混动车型累计销量约43万辆,按此现状,除非市场有大规模的爆发,否则这一计划很可能会落空。

当前我国混合动力汽车领域存在的主要问题是“政策差别性对待”与“企业创新动力不足”两大问题。

这类产业政策的实施有两个作用:一个是以市场准入、投资项目和生产资质为对象的限制审批;另一个是政府认定的新兴产业、战略性产业,会调动财政、税收及金融的力量予以支持,促进其发展。在有利的方面可以“集中力量办大事”。但如果政策掌握不好,也有可能出现问题。受到支持的企业缺乏创新动力,而不被支持的企业困难重重,新的进入者更是寥寥;由于过度补贴,企业产生惰性和依赖,创新性严重不足。

在节能与新能源产业政策上,在制定过程中绕过市场竞争的筛选,从顶层设计上扶持纯电动技术以及插电式混合动力技术而忽视混合动力技术。由于门槛较低,纯电动汽车及插电式混合动力汽车在没有充分技术积累的前提下突然爆发,乱象丛生。随着补贴政策的逐步退坡,大量纯电动汽车或插电式混合动力汽车可能会遭市场冷遇,导致中国新能源汽车产业出现后劲严重不足的问题。

我国发展混合动力汽车目前还存在其他问题,如下。

(1)混动汽车相关配套服务不完善,市场培育不足

我国的混合动力汽车发展较晚,目前市场培育还不足,由于市面上混合动力汽车的数量较少,消费者对于混动汽车的实用性、安全性不能更好地接触了解。并且相关配套服务也不够完善,使消费者在购买时犹豫不决。

(2)混动的技术路线多,产业化成果不明显

目前混合动力汽车技术的发展取得了一定的成果,但由于技术路线较多,技术方向分散,混动行业整体没有统一的发展方向,企业在研发过程中经常出现研发重点不明确的现象。到目前为止,我国仍没出现具有代表性的混动汽车车型,在生产混合动力汽车的过程中,核心技术及相关部件也还需要进口,需要依靠国外的技术能力,并且低水平、低效率的重复开发较多,造成了严重的资源浪费。

(3)PHEV和HEV发展极不平衡

我国自主品牌车企集中在PHEV领域进行研发生产,受技术能力和政策导向的影响,比亚迪、上汽等国内车企在插电式混合动力车的中国市场上具有先发优势,但随着合资车企逐步参与市场竞争,自主品牌的发展将面临新的困难。自主品牌企业应当尽快将PHEV技术成果向HEV车型上转化应用和推广,逐渐缩小自主品牌与合资品牌在HEV车型上的差距。

(4)混动汽车关键零部件核心技术掌握在外资手中

混合动力汽车的核心零部件如电动机、控制器、电池及其管理系统等目前依赖国外进口,国内还没有形成规模生产。以48V系统产品技术为例,博世、德尔福和大陆等国外供应商具备软件、硬件解决方案,甚至可以做软硬件整体解决方案,,而国内汽车零部件供应商目前还没有提供全套解决方案的能力,因此,在配套商方面出现了先天的劣势。

(5)成本控制需要进一步加强

目前,合资品牌车企已经开始对中国混合动力汽车市场布局,例如,日产、大众和丰田推出了多款PHEV,未来自主品牌的混动车型不仅要与合资企业竞争,还要与自身燃油车型竞争,只有将混动车型的成本降下来,提高性价比,提升市场竞争力,才能更好地满足用户需求,这也是后补贴时代自主品牌车企应该重点考虑的问题。

纯电动汽车和氢燃料汽车等新能源汽车技术的成熟和普及还需要一段时间。有必要对已实现突破、不被“卡脖子”的具有自主技术的混合动力汽车及关键零部件在产业化、销售等环节实施政策保障。

结合上述所言,建议将油电混合汽车纳入国家汽车发展战略,逐步形成多种技术路线并行、多种能源方式共存、满足不同市场需求的能源格局和产品技术格局。具体如下。

一是对混合动力汽车给予更多的政策扶持,建议根据产品技术的先进程度给予相应补贴,并在减免购置税、不限行限号等政策方面对先进的混合动力产品给予更多优待。

二是设置专项基金支持混合动力技术的研发,尤其是对系统构型优化、专用耦合机构开发、专用发动机开发等技术薄弱环节加大国家财政支持力度。

三是大力推动混合动力产业化发展,在网约车、出租车等行驶里程长、混动节油需求突出的特定市场,给予一定的车型更换要求,更好地在公共服务领域应用混合动力汽车。


第四章 汽车环境感知传感器子行业发展分析


随着ADAS和无人驾驶技术的快速发展,环境感知传感器作为汽车环境感知系统的核心零部件,近年来,也取得了重大进展。作为推动智能网联汽车发展的关键零部件,其创新发展的速度将直接影响着未来无人驾驶的应用环境。本文重点选取了车载摄像头、激光雷达、毫米波雷达进行分析,阐述了三种传感器的全球市场规模、市场应用以及竞争格局,介绍了近年来的新产品、新技术发展情况以及未来发展趋势,总结了国内外在技术方面存在的主要差距及原因,并提出加大政策扶持力度、攻关核心技术、促进资源整合等方面的建议。

一、行业发展概况

环境感知技术是汽车高级驾驶辅助系统(ADAS)的关键技术。环境感知系统利用传感器来实现对汽车周围环境的感知,传感器负责采集自动驾驶汽车所需要的各类自身及周边环境的信息。自动驾驶汽车根据环境感知系统反馈的信息,结合高精度的导航系统,做出正确的路径规划和决策,实现安全自动驾驶的功能。目前,应用较多的车载环境感知传感器有车载摄像头、激光雷达、毫米波雷达等。

在政策法规方面,近年来,美、德、英、中等国家将自动驾驶技术作为未来交通发展的重要方向,在技术研发、道路测试等方面提供政策规划和标准法规的全面支持,以加快自动驾驶的商业化进程。

2020年1月,美国交通部发布了《确保美国在自动车辆技术方面的领先地位:自动驾驶车辆4.0》(简称“AV4.0计划”),以确保美国在自动驾驶领域的领先地位。该计划汇总了美国联邦政府各部门在推动自动驾驶发展方面的努力,通过自动驾驶与国家交通运输系统有效融合,实现自动驾驶车辆安全运行。德国在2017年6月颁布了《道路交通法修订案》,该法案促进了自动驾驶技术在德国道路测试的应用。此外,德国还为自动驾驶系统设计、伦理道德研究提供有力的道德标准支撑。2017年8月,英国运输部和国家基础设施保护中心发布了《联网和自动驾驶汽车网络安全关键原则》,内容涉及个人数据安全与远距离汽车控制等技术的基础原则,确保智能汽车的设计、开发及制造过程中的网络信息安全。2015年中国印发《中国制造2025》,明确支持智能交通工具产品的研发与产业化。2018年4月,工信部、公安部、交通运输部联合印发了《智能网联汽车道路测试管理规范(试行)》,围绕安全问题对测试主体、测试车辆、测试路段等明确要求,推动国内汽车智能网联化技术的发展和产业应用。2020年2月,国家发改委等11个部门联合印发《智能汽车创新发展战略》。该战略指出,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,按自动驾驶发展程度实现智能汽车的规模化生产和特定环境下市场化应用,积极推动智能交通系统和智慧城市相关设施建设的进展。

在市场方面,环境感知传感器的市场主要由外商把持,中国在部分领域具有优势。

全球车载摄像头行业集中度较高,目前该行业市场份额排名前三的为松下、法雷奥和富士通。随着汽车驾驶智能化的发展,摄像头在车载领域的应用不断增加。2019年全球车载摄像头的出货量约为2.5亿颗,预估在此后两年将分别达到3.2亿颗和4亿颗。2018年中国车载摄像头需求量约3000万颗,到2020年需求量将超4500万颗。全球激光雷达市场,北美和欧洲分别占据45%与33%的市场份额。激光雷达头部企业是Velodyne、Quanergy和Ibeo,其产品主要应用于无人驾驶领域且价格较高。随着激光雷达应用领域不断拓展,我国激光雷达市场规模将会大幅度扩大。2013年中国激光雷达市场规模为2.09亿元,2016年为2.89亿元,同比增长11.8%,2017年达3.25亿元,预计2022年将达4.64亿元。全球毫米波雷达市场也几乎由国外厂商占据,主要集中于Tier1手中。目前全球前四大毫米波雷达供应商分别为Autoliv(奥托立夫)、Bosch(博世)、Continental(大陆)和Aptiv(安波福),这几家企业年出货量总额达千万级别且价格相对合理。在国内,ADAS车型的畅销促进了国内毫米波雷达前后装市场需求的爆发式增长。据相关机构测算,到2025年我国毫米波雷达市场规模将突破310亿元。近几年,国内涌现出很多小规模创业型毫米波雷达企业,其部分核心团队技术和研发水平较高,对中国毫米波雷达产业的发展起到关键性促进作用。

在技术方面,国外对环境感知传感器的研究较早,技术相对更加成熟,而中国起步较晚,但近年来也涌现了许多相关企业,正在积极追赶国外企业,技术差距逐渐缩小。

车载摄像头技术相对成熟,行业壁垒较高。模组封装关键技术主要由日本松下、日本索尼、德国大陆等企业掌握,国内的舜宇光学、欧菲光等厂商在手机摄像头封装领域市场占有率较高,以一定的工艺经验也开始向车载摄像头模组封装行业渗透。国内的同致电子、深圳豪恩、苏州智华等也从事小规模的封装业务,但难以与国外厂商抗衡;芯片方面,国外企业瑞萨电子、意法半导体、飞思卡尔、亚德诺等占主导地位;镜头产品方面,舜宇光学目前镜头出货量全球第一且拥有30%的市场占有率,其产品已融入各大车企(宝马、奔驰、奥迪)前装市场。随着国内厂商在车载摄像头领域的积极布局,国内外差距正逐渐缩小。国外在激光雷达的研发和生产应用方面起步较早,具有明显的技术积累优势。目前,美国的Velodyne公司、Quanergy公司,德国的lbeo公司以及以色列的Innoviz公司研发技术处于世界前列。美国的Velodyne公司是高级自动驾驶机械旋转式激光雷达的领军企业;而Quanergy公司是固态式激光雷达的领军企业;Valeo/lbeo公司在低级别自动驾驶领域已实现了商用和量产。而国内企业与国外同档次产品相比性价比高。按照产品的代差估计,国内激光雷达厂商与国外企业仅有1~2年的差距且正逐渐缩小。毫米波雷达的关键技术被传统汽车零部件公司如博世、大陆集团、天合汽车(TRW)、法雷奥(Valeo)等巨头掌握,特别是7GHz雷达技术只被Bosch、Continental、Delphi等少数公司掌握,并且频率60GHz以上的毫米波技术对中国实行技术封锁。近年来,国内一些企业已在毫米波雷达芯片解决方案上形成24GHz、60GHz、77GHz和94GHz全系列技术积累与产品布局。随着市场对毫米波雷达性能要求的提高,毫米波雷达产品从24GHz向77GHz/79GHz升级已成为市场趋势。

二、市场发展现状

(一)市场规模

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图4.1 汽车自动驾驶演进对环境感知传感器的需求趋势

1.市场发展阶段

无人驾驶市场处于快速发展阶段,根据中商产业研究院预测,2021年预计全球自动驾驶汽车市场规模将超过70亿美元,到2035年预计全球自动驾驶汽车销量将达到2100万辆。自动驾驶汽车市场的高速发展将提升环境感知传感器的需求。就单车装载量看,目前L2阶段配置为4个摄像头、8个超声波雷达、1个长距毫米波雷达和4个短距毫米波雷达。到2020年前后,L3车型的环境感知传感器将增加到8个摄像头、10个超声波雷达、2个长距毫米波雷达和6个短距毫米波雷达以及1个激光雷达。L4车型的环境感知传感器配置同L3车型一致,L5车型摄像头将会增加到11个,而其他传感器的配置与L3的配置相同(见图4.1)。

2.市场发展效益

虽然L4~L5级自动驾驶形成大规模还需要一段时间,但汽车环境感知传感器的市场规模却在以惊人的速度增长,预计2022年全球车载摄像头市场规模将达到23.8亿美元,年复合增长率为14%。美国联合市场研究公司发布的报告显示,2017年全球车载摄像头市场的市值为114.016亿美元,到2025年,该市值将达到240.921亿美元,2018~2025年的年复合增长率将达到9.7%。美国市场调查与咨询公司Marketsand Markets发布的最新的2024年激光雷达市场的全球预测研究报告指出,激光雷达市场规模预计将从2019年的8.44亿美元增长到2024年的22.73亿美元,2019~2024年的年复合增长率为18.5%。据智车行家研究预测,到2022年,全球车用毫米波雷达市场规模总计约160亿美元,其中短中距毫米波雷达规模在84亿美元,长距毫米波雷达75.6亿美元。2017~2022年,毫米波雷达市场规模年复合增长率将达到35%,其中短中距毫米波雷达的年复合增长率达到48%,长距毫米波雷达的年复合增长率达到36%。

(二)市场应用

截至2019年8月,市面上在售的配有L2级别自动驾驶系统的车有一汽大众探岳、长安CS75、WEYVV6、吉利缤瑞、特斯拉Model S等。随着ADAS系统各项功能的实现,摄像头、激光雷达、毫米波雷达等环境感知传感器逐渐成为上市车辆的标配,获得了非常广泛的应用。

1.摄像头

摄像头主要应用于手机、电脑、汽车等产品和工业、医疗等领域。汽车是摄像头产品的第二大市场,车载摄像头与传感器配合可实现的ADAS功能有自适应巡航(ACC)、车道偏离预警(LDW)、车道保持辅助(LKA)、前方碰撞预警(FCW)、自动紧急制动(AEB)、交通标志识别(TSR)、行人碰撞预警(PCW)等。摄像头根据安装位置的不同,可分为前视、环视、后视、侧视以及内置摄像头,实现不同的ADAS功能(见表4.1)。全套ADAS功能将安装6个以上摄像头,市场空间巨大。

表4.1 不同位置摄像头实现的功能

安装部位

实现功能

前视

FCW、LDW、TSR、ACC、PCW

环视

全景泊车、LDW

后视

后视泊车辅助

侧视

盲点检测、代替后视镜

内置

闭眼提醒

资料来源:OFweek网,http://news.21csp.com.cn/C16/201812/11376514.html。

目前车载摄像头市场份额较大的公司均是全球领先的一级零部件供应商,其下游客户基本覆盖了全球主要的整车公司。例如,法雷奥的下游客户包括大众、奔驰、宝马、福特、雷诺、马自达等;大陆集团的客户包括大众、福特、通用、马自达等;麦格纳的客户群体覆盖欧美和日韩的主要车企;富士通天和日立的客户包含了丰田等日本车企。国内车载摄像头市场如表4.2所示。

表4.2 国内车载摄像头供应商与主机厂配套关系

供应商

相关产品

配套客户

博世(中国)

车载摄像头、360度环视系统

上汽通用五菱、广汽乘用车、长安等

维宁尔(中国)

单目视觉系统、立体视觉系统、夜视系统

奔驰、吉利等

大陆泰密克(上海)

车载电子系统(摄像头)

上汽大众、福特、通用、马自达等

安波福电子(苏州)

环视摄像头系统

沃尔沃、领克等

东莞歌乐

汽车音像系统、汽车导航系统、摄像头

上汽通用、长城汽车、东风日产、东风本田、广汽本田、广汽三菱

法雷奥(深圳)

控制器、摄像头等

长春一汽、上海大众、长春一轿、神龙、长安福特、马自达、奇瑞、雷诺等


驾驶辅助产品技术(显示器、摄像头、雷达、影像识别)

Jeep等

晟泰克(合肥)

车载摄像头

奇瑞、江淮、东风、北汽福田、东风日产、昌河等

麦格纳电子(张家港)

车载摄像头

上汽通用、上汽大众、一汽大众、北京奔驰、华晨宝马、长安福特、马自达、广州本田、北京现代等

均胜电子

前视摄像头

蔚来

联创电子

360度全景成像系统

特斯拉

苏州智华

130°、160°、195°模拟摄像头组,40°高动态模拟摄像头模组,138°高清摄像头模组,智能摄像头模组,185°高清摄像头模组,195°高清模拟输出摄像头模组,2D全景泊车辅助系统,3D全景泊车辅助系统,乘用车前视安全辅助系统,商用车前视安全辅助系统,WiFi行车记录系统

金龙客车、宇通客车、长安汽车、日产、东风乘用车等

名宗科技

车用摄像头等

宇通、中通、奇瑞等

经纬恒润

360°全景泊车系统、单目前视主动安全摄像头

通用、上汽通用、福特、捷豹路虎、一汽、上汽、长安、广汽乘用车、北汽乘用车、力帆、一汽解放、重汽、包头奔驰等

中科正方

彩色CCD摄像头

苏州金龙、青年客车、上汽申沃、北汽福田、东风襄旅、五洲龙等

优创电子

行车记录仪、360°环视、可视倒车雷达系列、摄像头等

通用、吉利、现代、大发、起亚、福特、雷诺、菲亚特、众泰、三菱、日产、丰田等

宇鸿电子

汽车后视系统、无线倒车后视系统、倒车监视器、车载摄像头、专车专用摄像头、汽车夜视仪系统、车载监控录像机系统

宇通、金龙、尼奥普兰、安凯、五征、三一重工等

华阳数码特

车载摄像头、前装全景摄像头、行车记录仪

日立等

奇科电子

汽车摄像头、全景可视系统、行车记录仪

日产、广汽、福特

南海长齐

流媒体智能后视镜、360°全景泊车影像系统、倒车后视系统、车载摄像头、行车记录仪等

上汽大众

道可视

360°全景行车系统

广汽、上汽大众、一汽、重汽

一谷电子

行车记录仪、车载摄像头、半自动泊车、全景泊车影像系统等

东风日产、丰田通商、法国雷诺、福特、华晨、广汽本田、广汽丰田、美国Autovox、印尼现代、合众、江淮、北汽等

鑫洋泉

环视自动泊车系统(360°全景摄像头)、远程监控环视系统、自动泊车

运通集团、百得利集团、庆洋集团、庞大集团、新丰泰集团等

玖洲光学

车载全景摄像头、行车记录仪

航盛、德赛西威、比亚迪、大众、丰田、广汽、上汽通用五菱、马自达、PSA、日产、北汽、中泰、吉利等

资料来源:Marklines,http://www.leadingir.com/hotspot/view/2374.html。

2.激光雷达

激光雷达在很多年前,并未被大众所熟知,直至近年来机器人和无人驾驶技术的兴起,激光雷达才逐渐进入人们的视野,其主要应用于机器人、无人驾驶、VR/AR、智慧交通、海洋探索、渔业资源监测和3D打印等领域。

目前来看,激光雷达在汽车领域的应用主要分为两个部分:一是在自动驾驶测试的无人车上,二是在汽车厂商推出的具有辅助驾驶功能的量产车上。前者的无人车又分为载人和载物两种,载人无人车量产仍需时间,载物无人车虽然产量并不大,但落地速度更快,吸引了很多激光雷达厂商进入这一领域,比如国内企业北科天绘研制的激光雷达就搭载到京东和菜鸟的无人物流配送车上。有些汽车制造商认为只有在高级自动驾驶时才会使用激光雷达,而在L3级以下应用只需采用摄像头和毫米波雷达的组合,比如特斯拉。尽管激光雷达具有更好的性能,但由于成本高、产能低等,目前低级别自动驾驶仍然以毫米波雷达和视觉传感器为主。

从供求关系来看,全球仅有Velodyne、Quanergy、lbeo等几家公司的产品在市场上实现了销售,但由于高售价对产品需求的抑制效应,激光雷达并没有大量出货,进而又导致生产厂商只能维持高价以支撑运营(见表4.3、表4.4)。

表4.3 国外激光雷达行业领先者及其产品对比

公司名称

产品

类别

价格

应用领域

Velodyne

HDL-64E

机械激光雷达

8万美元

谷歌、百度、Uber无人车(配1台)

HDL-32E

机械激光雷达

4万美元

福特混动版蒙迪欧无人车(配1台)

Velodyne

VLP-15

机械激光雷达

0.8万美元

福特Fusion Hybrid(配2台)

U1tra Puck Auto

混合固态激光雷达

250~500美元

lbeo

Lux 8L

机械激光雷达

15万~25万美元

Lux 4L

机械激光雷达

10万~15万美元

日产LEAF(配6个)

miniLux

机械激光雷达

lbeo和Valeo合作的Scala

混合固态激光雷达

奥迪A7 Piloted Driving

Quanergy

S3

固态激光雷达

100~250美元

安波福无人车(配4个)、奔驰无人车(配3个)

资料来源:思岚科技。

表4.4 国内外激光雷达企业及其产品应用领域

公司

核心产品

雷达类型

应用领域

售价

国外

Velodyne

VLP-16、HDL-64E激光雷达3个系列在内的3条产品线

混合固态及机械

无人驾驶

38000~700000元

Sick

SICK TIM及LMS系列产品

机械

无人车、AGV

12600~45000元

lbeo

LUX 4线和8线激光雷达

固态

无人驾驶

不详

Quanergy

S3-Qi激光雷达

固态

无人机、机器人、安防

不详

Hokuyo

URG-04LX、UHG-08LX、UTM-30LX、UBG-04LXF01

固态

机器人、AGV

6400~46500元

Trimble

Trimble MX系列

不详

无人车

不详

innoviz

innovizoneTM和innovizproTM

固态

无人驾驶、机器人

不详

LeddarTech

Vu8激光雷达

固态

无人驾驶

不详

Leica

Leica ALS80、Leica Dragon Eye Oblique激光雷达

机械

无人机

不详

Riegl

VUX-1UAV激光雷达

不详

无人机

不详

国内

思岚科技

RPLIDARM 系列360°激光扫描测距雷达

机械

机器人、AGV

528~4059元

速腾聚创

RS-LiDAR-16/32激光雷达

混合固态

无人车、机器人、无人机

28000~128000元

禾赛科技

Pandar GT、Pandora、Pandar 40激光雷达

机械/固态

无人驾驶、机器人

不详

北醒光子

TF系列单点测距激光雷达

固态

无人车、机器人、无人机、AGV

不详

玩智商

YDLIDAR系列激光雷达

固态

机器人

449~1699元

镭神智能

N301系列激光雷达

固态

服务机器人、AGV、无人机

不详

北科天绘

A-Pilot、R-Angle、R-Fans等系列激光雷达

固态

无人机、无人车

29000~150000元

数字绿土

LiAir、LiEagle、LiMobile系列激光雷达扫描设备

不详

无人机

不详

资料来源:思岚科技,https://www.sohu.com/a/309681057_613224。

3.毫米波雷达

毫米波雷达早期被应用于军事领域,随着技术的发展与进步,毫米波雷达开始应用于汽车、无人机、智能交通等多个领域。受ADAS市场加速渗透影响,毫米波雷达正在进入大规模应用阶段。汽车利用毫米波雷达可以实现自适应巡航(ACC)、前方碰撞预警(FCW)、盲点监测(BSD)、行人监测(PSD)等ADAS功能(见图4.2)。比较常见的车载毫米波雷达工作频率在24GHz和77GHz左右,24GHz雷达系统主要用于实现近距离的探测(SRR),而77GHz系统主要用于实现远距离的探测(LRR)。

图片关键词 

图4.2 2015年国内采用毫米波雷达的ADAS功能渗透率

2019年美国IIHS发布的一份报告,统计了美国汽车市场上各品牌车型的AEB系统安装比例,并指出该系统或将在2022年9月之前实现美国市场的全覆盖。从统计结果来看,特斯拉无疑是推动AEB系统普及的先行者,保持了一贯的全覆盖,而AEB系统也是特斯拉自动驾驶系统中的重要一环。在2019年的统计中,沃尔沃也实现了100%的安装率。

在2018年及2019年统计中,安装比例均超过80%的有特斯拉、奔驰、沃尔沃、丰田/雷克萨斯以及奥迪五家厂商(见表4.5)。而按照IIHS统计的AEB系统安装数量来看,排名前三的厂商则是丰田(220万辆)、日产(110万辆)、本田(98万辆)。

表4.5 2018~2019年IIHS统计的美国在售车辆AEB系统安装比例

单位:%

品牌

2018年安装比例

2019年安装比例

特斯拉

100

100

奔驰

96

89

沃尔沃

93

100

丰田/雷克萨斯

90

90

奥迪

87

87

日产/英菲尼迪

78

54

大众

69

50

本田/讴歌

61

67

马自达

61

67

斯巴鲁

57

50

宝马

49

82

玛莎拉蒂/阿尔法·罗密欧

27

0

通用

24

0

现代/捷恩斯

18

62

起亚

13

27

菲亚特克莱斯勒

10

0

保时捷

8

17

福特/林肯

6

36

三菱

6

0

捷豹路虎

0

62

资料来源:搜狐网,https://www.sohu.com/a/302288992_115505。

据统计,从国内车型前向和后向的雷达安装情况看,合资车企重点以前向刹车的安全功能为主。其中奔驰、沃尔沃等品牌已经全系车型标配了毫米波雷达。毫米波雷达的配置已经从高端车型逐渐扩展到B级车的中配(见表4.6)。

表4.6 各品牌配置毫米波雷达车型情况

公司

配套车企

博世(中国)

通用、大众、宝马等

大陆汽车投资(上海)

福特、通用、马自达、奥迪、一汽大众、上汽大众、奇瑞、比亚迪、戴姆勒、东风乘用车、神龙汽车、北京奔驰、沃尔沃、吉利、华晨汽车、菲亚特等

法雷奥汽车内部控制(深圳)

一汽大众、上海大众、神龙、比亚迪、奇瑞、一汽轿车等

安波福电子(苏州)

沃尔沃、领克、长安汽车、福特、日产、广汽、吉利汽车、长城汽车、现代汽车、上汽通用、上海汽车等

采埃孚(中国)

宝马、奥迪、奔驰、北汽福田、一汽大众、上海大众、上海通用、广汽菲亚特、东风汽车、宇通客车、辽宁曙光集团等

电装(中国)

马自达、铃木、丰田、斯巴鲁、本田、三菱、东风日产等

海拉(上海)

上海大众、一汽大众、上海通用、现代汽车等

奥托立夫(中国)

通用、福特、雷诺、大众、宝马、马自达、沃尔沃、标致、尼桑、现代、本田、菲亚特等

德尔福

一汽大众、长安福特、一汽轿车、沃尔沃、东风本田

资料来源:盖世汽车,https://max.book118.com/html/2018/1118/7040042133001160.shtm。

本文选取了9家知名毫米波企业,给出了企业配套客户的名单信息。以大陆汽车投资(上海)、采埃孚(中国)以及奥托立夫(中国)的配套客户居多(见表4.7)。

表4.7 各大公司毫米波雷达企业配套关系

公司

配套车企

博世(中国)

通用、大众、宝马等

大陆汽车投资(上海)

福特、通用、马自达、奥迪、一汽大众、上汽大众、奇瑞、比亚迪、戴姆勒、东风乘用车、神龙汽车、北京奔驰、沃尔沃、吉利、华晨汽车、菲亚特等

法雷奥汽车内部控制(深圳)

一汽大众、上海大众、神龙、比亚迪、奇瑞、一汽轿车等

安波福电子(苏州)

沃尔沃、领克、长安汽车、福特、日产、广汽、吉利汽车、长城汽车、现代汽车、上汽通用、上海汽车等

采埃孚(中国)

宝马、奥迪、奔驰、北汽福田、一汽大众、上海大众、上海通用、广汽菲亚特、东风汽车、宇通客车、辽宁曙光集团等

电装(中国)

马自达、铃木、丰田、斯巴鲁、本田、三菱、东风日产等

海拉(上海)

上海大众、一汽大众、上海通用、现代汽车等

奥托立夫(中国)

通用、福特、雷诺、大众、宝马、马自达、沃尔沃、标致、尼桑、现代、本田、菲亚特等

德尔福

一汽大众、长安福特、一汽轿车、沃尔沃、东风本田

资料来源:盖世汽车,https://max.book118.com/html/2018/1118/7040042133001160.shtm。

(三)竞争格局

1.车载摄像头

相较于消费电子等所用的摄像头,车规级的摄像头对防震、稳定性、持续聚焦特性、热补偿性、杂光强光抗干扰性等都有较高的要求,因此,其模组组装工艺复杂,技术壁垒较高。从全球摄像头供应市场来看,国外公司松下、法雷奥、富士通天、大陆、麦格纳等厂商占据较大份额,前五大厂商市场份额合计在59%左右,集中度相对较高。全球车载摄像头行业市场份额前三为松下、法雷奥和富士通天,市场占有率分别为20%、11%和10%(见图4.3)。

图片关键词 

图4.3 2018年全球车载摄像头供应商市场份额

国内车载摄像头供应商相较于国外公司整体实力仍较弱。部分非上市公司是车载摄像头的供应商,其中包括北京经纬恒润、广州一谷电子等公司。这些公司客户以合资和自主品牌整车厂为主,其中北京经纬恒润的客户包括上汽通用、一汽集团、上汽集团、长安汽车、广汽乘用车等,广州一谷电子的客户包括东风日产、广汽本田、广汽丰田等。

2.激光雷达

(1)国际比较:零部件企业与创业公司共同竞争

从全球来看,激光雷达作为自动驾驶领域技术最前沿的硬件设备之一,目前已形成多家公司竞争的格局。

Velodyne公司是目前在激光雷达领域最资深的公司之一,2005年推出第一款激光雷达传感器,2007年推出64线高性能激光雷达。2017年,Velodyne推出固态汽车激光雷达Velarray。公司的3D激光雷达产品种类丰富,16线、32线和64线机械式激光雷达产品均有覆盖。公司与多个无人驾驶项目有合作关系,主要客户包括福特、谷歌、百度、日产、沃尔沃等主机厂以及众多一级零部件供应商。

Quanergy公司于2012年成立于硅谷,成立后先后获得三星电子、埃隆·马斯克、安波福和得州仪器等企业投资。Quanergy公司固态激光雷达技术领先,其主要采用的技术是光学相控阵技术。Quanergy的合作企业包括谷歌、苹果、IBM、博世、奥迪、福特、戴姆勒等。

lbeo为德国公司,成立于1998年,专注于车载激光雷达的应用研发。2016年汽车零部件巨头采埃孚收购了lbeo 40%的股权,并开始合作研制新型固态激光雷达。lbeo与法雷奥联合研制的4线激光雷达ScaLa已经实现量产。lbeo公司合作汽车制造商有宝马、大众、奥迪、通用、丰田等。

此外,以色列公司Innoviz(见表4.8)、加拿大公司Leddar Tech和Phantom Intelligence以及美国公司TriLumina等都是目前国际上重要的激光雷达制造商。

表4.8 国外激光雷达行业主要竞争企业

公司名称

所属国家

简介

Velodyne

美国

机械旋转式激光雷达领军企业,2007年就开发岀64线激光雷达,在全球一直处于领导地位

Quanergy

美国

固态式激光雷达领军企业,固态激光雷达S3临近量产

lbeo

德国

有生产传感器的技术背景

Innoviz

以色列

以高精度固态激光雷达硏发和生产为重点,在MEMS方面较激进

Pionneer

日本

有多年生产激光DVD头的技术背景

资料来源:项目组整理。

传统汽车零部件龙头公司也在通过自主研发或者投资的方式全面布局激光雷达领域。

博世在基于MEMS的固态激光雷达领域已有较多的技术积累,2017年推出使用MEMS技术的兼顾激光扫描和投影的BML 050方案。同时,博世通过投资积极布局激光雷达,在2017年投资了Flash技术方向的美国固态激光雷达公司TetraVue,在2018年投资了研制全固态芯片激光雷达的ABAX Sensing公司,来全面加强其固态激光雷达的研发能力。

大陆集团在2016年收购了美国3D Flash方向的激光雷达公司ASC来加强研发能力。根据大陆集团的规划,其在2020年后将实现激光雷达的量产。

安波福通过多处布局投资的方式来加强其在激光雷达领域的地位。安波福在2015年投资了Quanergy公司;2017年安波福投资了LeddarTech公司,双方将合作开发固态激光雷达解决方案;同年,安波福投了Innoviz公司并签署合作协议,未来将Innoviz的激光雷达传感器集成到安波福的自动驾驶系统中。

此外,采埃孚在2016年通过直接购买lbeo公司40%股权的方式进入激光雷达领域;麦格纳在2017年对Innoviz公司进行战略投资,并将携手为宝马提供固态激光雷达;奥托立夫(Autoliv)则在2017年收购瑞典激光雷达公司Fotonic。

(2)国内比较:创业公司参与较多在激光雷达领域

国内目前也有众多创业公司参与,大部分公司都获得了大量融资,整车厂商也通过投资的方式进入这个领域(见表4.9)。

表4.9 国内激光雷达行业主要竞争企业

公司名称

简介

速腾聚创

国内激光雷达行业领先者,在自动驾驶激光雷达方面优势突出

禾赛科技

国内固态激光雷达领先者,已推出混合固态40线激光雷达

北科天绘

具有开发测绘用激光雷达的技术背景

海达数云

拥有三维激光扫描技术,推出了地面三维激光扫描仪、移动测量系统等产品

巨星科技

已研发出16线原型机

镭神智能

已有4款单线2D激光雷达产品,包括室内机器人激光雷达和汽车防撞激光雷达,正在研发多线的3D激光雷达

华达科技

拥有激光控制技术和激光3D扫描技术,3D激光雷达产品正处于研发阶段

思岚科技

主要产品有低成本激光雷达、测绘系统与机器人通用平台;已推出RPLIDAR A1和A2两款2D激光雷达产品,主要用于服务机器人

大族激光

已完成以AGV导航为代表的工业级激光雷达研发,车载激光雷达处于研发阶段

资料来源:项目组整理,http://www.reporthb.com/info/infoview136997.htm。

速腾聚创2018年获得来自菜鸟网络、上汽集团和北汽集团的投资,其激光雷达产品包括机械式激光雷达、MEMS固态激光雷达和相控阵固态激光雷达等,目前已经应用于菜鸟网络的无人物流车等。

禾赛科技其产品包括机械激光雷达Pandar 64和固态激光雷达Pandar GT等。其中无人驾驶激光雷达目前已经应用于百度Apollo平台,其他客户还包括京东以及欧美的一些大型OEM厂商。

北醒光子其产品包括CE30固态面阵激光雷达、TF03激光雷达长距离传感器等,目前产品主要用于物流车等自动导航小车(AGV),车规级领域已经开始起步。

北科天绘目前已经推出多款面向车辆前装市场的C-Fans系列激光雷达产品,这些产品已经进入无人物流领域。此外,国内的激光雷达公司还包括镭神智能、飞芯电子和光珀智能等。

从研发趋势来看,目前Velodyne、Quanergy和lbeo三家公司均开始将技术方向转向固态激光雷达的研发与商用上。从技术发展路线来看,机械式激光雷达的新进入企业已经基本失去了发展机会,因为该类型产品的生命周期短,新进入的研发机构经过研发、生产、上市的过程后,可能产品已经进入生命周期的末端。因此,固态激光雷达将成为企业竞争的重点领域。

3.毫米波雷达

毫米波雷达技术壁垒较高,从全球市场看,目前主要的市场由国外零部件领先企业所垄断。2018年全球毫米波雷达市场前五大供应商分别为博世、大陆、海拉、富士通天、电装,合计占有68%的市场份额(见图4.4、表10)。此外,天合汽车、德尔福、奥托立夫、法雷奥等公司也是重要的毫米波雷达供应商。

图片关键词 

图4.4 2018年全球毫米波雷达市场份额

表4.10 国外毫米波雷达重点企业

主要厂商

简介

博世(Bosch)

全球最大的汽车零部件厂商之一,车载毫米波雷达最早的研究者之一。主要提供长距雷达和中距雷达,毫米波雷达以77GHz为主

大陆(Continental)

全球最大的汽车零部件厂商之一,客户分布广,产品线齐全,毫米波雷达包括24GHz和77GHz,产品系列包括ARS300、ARS400、SRK200三种

海拉(Hella)

德国海拉集团是24GHz毫米波雷达传感器领域的重要力量,截至2016年第四季度,已经为13家OEM厂商生产超过80个系列1100万个24GHz毫米波雷达

奥托立夫(Autoliv)

以24GHz毫米波雷达产品为主,是戴姆勒集团24GHz毫米波雷达的主要供应商

德尔福(Delphi)

毫米波雷达以77GHz为主,采用传统的硬件方案,成本高,性能好

富士通天(FujilsuTen)和电装(Denso)

日本汽车零部件厂商,依托日系汽车厂商,主要占据日本市场,富士通天略占优势

天合汽车(TRW)

全球领先的汽车安全系统供应商,主要生产制动、转向、悬挂、乘员安全方面的高科技主、被动安全产品

资料来源:项目组整理。

目前我国24GHz雷达市场大部分由法雷奥、海拉和博世所占据,这三家企业合计出货量占总出货量的60%以上;我国77GHz雷达市场由大陆集团、博世和德尔福所占据,这三家企业合计出货量约占77GHz雷达总出货量的80%。自主的车载毫米波雷达仍属于起步阶段,在24GHz雷达方面,国内少数企业研发已有成果,但在77GHz毫米波雷达方面相对落后,国内只有极少数企业能做到77GHz雷达的样品阶段,产业化进程仍待突破(见表4.11)。

表4.11 2019年国内毫米波雷达企业及其研发进度

公司

频率(GHz)

市场化进度

优势

华域汽车

24

24GHz雷达产品即将问世

拥有多年的24GHz雷达研发经验,上市公司资源齐全

浙江智波

24、77

24GHz雷达处于样机阶段,77GHz雷达处于实验室阶段

开发人员在无人驾驶硬件领域经验丰富,亚太股份入股10%

芜湖森斯泰克

24、77

24GHz雷达已有少量供货,77GHz雷达正在样机送测阶段

研发能力属国内前沿水平,24GHz与77GHz雷达进度较快

深圳卓泰达

24

77GHz RCC雷达已经在深圳九州展展出

开发人员由军用领域转向民用领域,经验丰富

沈阳承泰科技

77

77GHz雷达2019年9月推出外部测试

雷达研发进度较快

南京蚩眼科技

77

77GHz雷达已推出样机

背靠东南大学,拥有国家毫米波雷达重点实验室

北京行易到

77

77GHz雷达在北京展由北汽无人驾驶汽车实车展出

77GHz毫米波雷达研发经验丰富

资料来源:项目组整理。

三、技术发展现状

(一)车载摄像头技术发展现状

1.车载摄像头概述

车载摄像头是ADAS系统的主要视觉传感器,景物通过镜头生成光学图像投影到感光CMOS上,然后转化为电信号,经过A/D(模、数)转化后变成数字图像信号,再送到数字处理芯片DSP中对图像进行加工处理,并转化为显示设备能处理的数字信号,从而实现在显示屏直观看到车辆周边的路况情况,实现车辆环视系统、倒车后视系统,或者通过感知算法处理实现碰撞预警、车道偏移报警、行人监测、人脸识别、周边行人监测等功能(见图4.5)。

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图4.5 双目摄像头测距原理示意

按照摄像头的芯片制式分为CMOS与CCD高清摄像头(见表4.12)

表4.12 CMOS、CCD对比分析

项目

CCD

CMOS

优势

读取信息方式简单,信息输出速率快,耗电低,集成度高,价格低

分辨率高,灵敏度高,噪声低,图像质量好

劣势

CMOS的感光度低于CCD

成本高

工作原理

光投射到感光二极管,产生电荷信号,在传感器电路中转化成电压信号,最后通过模拟数字转换器转化为数字信号

光电传感器附近电路将光能转化为电压信号,通过模拟数字转换器转化为数字信号

成像质量

成像质量高,低强度光灵敏度高,信噪比高

每个像素都有各自的信号放大器,各自进行电荷-电压的转换,信号输出的一致性较差,固定噪声较大

制作工艺与成本

电路和器件集成在半导体单晶材料上,工艺复杂,集成度低,制作成本高

使用最基础、最常用的半导体元件,电路和器件集成度高,制作成本低

耗电量

最后的输出放大器的信号带宽要求宽,功耗大

只有在晶体管需要切换启动与关闭时才需消耗能量,非常省电且发热量少

处理速度

电容需逐个完成电荷传递后再放大转化成电压信号,数据处理速度相对慢

CMOS每粒像素都设有放大器,数据吞吐速度快

代表厂商

索尼、松下

佳能、Micron、CMOSIS

2.核心零部件技术发展

车载摄像头由镜头组、CMOS/CCD芯片、DSP、胶合材料等组成。

(1)车载镜头

车载镜头是指安装在汽车上以实现各种功能的光学镜头,按照镜片材料可分为塑料镜头、玻璃镜头、玻塑混合镜头。车载镜头主要是玻璃镜头和玻塑混合镜头。玻塑混合镜头由部分玻璃镜片和部分塑胶镜片组成,在结合二者特点的同时具有高折射率的光学性能和稳定性,广泛应用于监控摄像头、数码相机、车载摄像头等镜头模组中。

目前,涉足车载镜头行业的企业大多是传统的相机镜头生产商,包括Sekonix、Fujifilm、舜宇光学、大立光电、玉晶光、联合光电、先进光电等。其中,舜宇光学是全球最大的车载镜头供应商,客户包括Mobileye、Gentex、TRW、Valeo、Bosch、Continental、Delphi、Magna等。2015年,舜宇光学出货量达1651.6万件,市场占有率达34.1%。

经过不断探索和研发,舜宇光学的车载镜头具有更高的通光性能和解像程度、更好的杂光及鬼像抑制能力、更强的耐磨防刮和自清洁功能、更严苛的信赖性性能保证、更先进的镜头防水结构设计,从而获得了客户、市场的认可和欢迎,并领先于同行。舜宇光学的车载镜头开始陆续进入欧美和韩日市场,成为奔驰、奥迪等10多家汽车知名品牌的供应商,并坐上全球车载镜头的头把交椅。

(2)CMOS芯片

CMOS芯片为摄像头的核心部件,生产制造技术含量高,从全球市场来看,目前主要被外资企业所占据。随着国际CMOS大厂的不断改进,CMOS还继续在成像的通透性、对实物的色彩还原能力等方面迎头赶上。近年来,在市场需求的推动下,CMOS传感器关键技术不断取得突破。目前CMOS技术突破主要有以下两项。

①背照式CMOS技术。背照式CMOS优化了结构设计,调整了各结构部件之间的相对顺序,从而缩短了光电二极管与透镜之间相对距离,使光线能够畅通无阻地从色彩滤镜到达光电二极管,减少了光线的损失,提升了传感器的灵敏度,在光线不足的情况下,也能够获得较高的图像质量。

②堆栈式CMOS。2017年,索尼公司宣布推出行业内首个配备DRAM的三层堆叠式CMOS影像传感器,可用于智能手机。其原理是在传统CMOS的背照结构像素层和信号处理电路层之间加入动态随机存取存储器(DRAM),但DRAM的数据保持时间有限,所以索尼又增加了转换模拟视频信号的电路结构层数从而使数据处理能力得到提升,实现数据的快速读取。因此,该产品仅能在1/120s内读取一张1930万像素的静止图像(比常规产品快约4倍),从而可支持高速图像捕获。

目前拥有“堆栈式CMOS”技术能力的厂商只有索尼一家,市面上出现的堆栈式CMOS实际上都是索尼的“Exmor RS CMOS”,Exmor RS CMOS的特点是高像素化、高性能化以及小型化。

(3)数字信号处理技术(DSP)

目前数字处理的前沿技术有以下几种。

①经验模态分解。经验模态分解方法(EMD)被认为是2000年来以傅立叶变换为基础的线性和稳态频谱分析的一个重大突破,该方法是依据数据自身的时间尺度特征来进行信号分解,无须预先设定任何基函数。正是由于这样的特点,EMD方法在理论上可以应用于任何类型的信号的分解,因而在处理非平稳及非线性数据上,具有非常明显的优势,适合于分析非线性、非平稳信号序列,具有很高的信噪比。

②模糊计算。模糊逻辑不是二者逻辑——非此即彼的推理,它也不是传统意义的多值逻辑,而是在承认事物隶属真值中间过渡性的同时,还认为事物在形态和类属方面具有亦此亦彼性、模棱两可性的模糊性。正因如此,模糊计算可以处理不精确的模糊输入信息,可以有效降低感官灵敏度和精确度的要求,而且所需要存储空间少,能够抓住信息处理的主要矛盾,保证信息处理的实时性、多功能性和满意性。

3.车载摄像头发展趋势

(1)双目摄像头加大在车载摄像头中的应用

从技术解决方案角度来看,摄像头系统有单目和双目两种方案。目前,单目摄像头是车载摄像头系统中的主流方案。未来,随着双目摄像头的产品化提升、小型化问题完善,双目摄像头将更广泛地应用于车载摄像头系统中。

(2)环视系统成为标配

除了可以为驾驶员提供泊车辅助功能外,全景环视系统也可以为基于图像的车载电子技术提供基础平台。传统的车辆只能通过驾驶员自主获取外界环境的信息并进行分析,从而作出处理,但由于驾驶员的处理能力有限,往往很难应对错综复杂的外界变化。而全景环视系统可以使车辆获取外界环境信息,为后续各种智能处理提供基础。如车道偏离预警、行人防撞、车外环境三维建模等,都是在车载图像的基础上进行信息提取和处理,使车辆本身具有智能性以辅助驾驶员,保证驾驶员轻松愉快、安全方便地驾驶。

(3)多传感器融合应用

多传感器融合技术作为智能驾驶中的感知中枢,在驾驶辅助中至关重要,其可看作是人的器官,拥有眼、耳、鼻等的特殊功能,达到解放人的效果,是现实环境与汽车交互的桥梁和纽带,是实现智能驾驶不可或缺的条件。传感器包括摄像头、毫米波雷达和激光雷达等,这些传感器相互融合,构成了一套完整的感知系统。近两年越来越多的企业开始探索基于毫米波雷达和摄像头的多传感器融合方案来实现更优秀的ADAS功能。

传感器的融合可以提高汽车驾驶的安全性和对周围环境感知的全面性和容错率。这些信息之间可实现相互补充、相互传递,将所有信息集中在一起,再通过控制中心的综合分析。即使各传感器之间发出不同指令,但通过多传感器融合,可以保证汽车运行的安全性。

(二)激光雷达技术发展现状

1.激光雷达概述

激光雷达通过向目标发射激光束,将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较,作适当处理后获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态甚至形状等参数,从而实现对目标的探测、跟踪和识别。激光雷达主流的测距原理有三种,即三角法、激光飞行时间法(TOF)以及调幅连续波法(AMCW)。目前绝大多数车载激光雷达采用的是激光飞行时间法(见图4.6),该方法成熟度比较高,适用于长距离探测。

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图4.6 激光飞行时间法测距原理

车载激光雷达按有无机械旋转部件,可分为机械激光雷达和固态激光雷达(见表4.13)。

表4.13 机械激光雷达和固态激光雷达优劣对比

项目

机械激光雷达

固态激光雷达

优势

相对测量精度较高,360°视场

尺寸较小,价格低廉,响应速度快,可隐藏于车体内部

劣势

线束越高体积越大,价格昂贵,旋转部件可靠性较低

探测范围固定,技术有待提升

安装位置

汽车外部

汽车车体内

目前固态激光雷达主要有三种:MEMS型激光雷达、Flash型激光雷达、OPA型激光雷达(见表4.14)。技术较为成熟的是MEMS和Flash,均有厂家推出产品,但都还没有实现量产。OPA是纯芯片级别的,目前产品工艺设计还非常不成熟,距离实现量产还要很长一段时间。但是一旦技术成熟,成本随着芯片工艺技术提升而大幅下降,OPA由于其体积和成本的优势,将有可能替代其他类别的激光雷达。

 表4.14 MEMS、Flash、OPA对比分析

项目

MEMS

Flash

OPA

适合测距

中远距离

近距离

中远距离

体积

较小

最小

量产成本

较低

可靠性

可靠

可靠

最可靠

技术成熟度

较成熟

较成熟

不成熟

2.新产品、新技术发展

(1)非重复式扫描激光雷达(Horizon和Tele-15)

在2020年的CES大会现场,大疆旗下的Livox公司发布了两款可用于L3或L4级别自动驾驶的激光雷达(LiDAR)新品——Horizon和Tele-15(见图4.7)。该两款激光雷达是为了L3、L4级自动驾驶而专门设计的,采用的是一种全新的扫描技术——非重复扫描技术。非重复扫描是指随着激光束在视场(FOV)内非重复式扫描,激光雷达扫描的区域面积会随着时间增加不断增大,随着扫描时间增加,Livox的非重复扫描方式可达到近100%的视场覆盖率,与传统激光雷达线性重复式扫描相比,非重复扫描方式有以下三个优势:①扫描轨迹不会重复;②可实现随着扫描时间增加,达到近100%的视场覆盖率;③没有电子元器件的旋转磨损,可靠性更高。该技术使Horizon和Tele-15具有高性能、低成本、可量产的特点。

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图4.7 Horizon(左)和Tele-15(右)

此外,Horizon和Tele-15可实现量产,还依赖于Livox开发的一套DL-Pack解决方案。现有的激光雷达之所以无法大规模量产,很大一部分原因就是生产工艺无法突破量产的大关,而DL-Pack解决方案是一种多激光器和多雪崩光电二极管(APD)封装技术,它可以消除激光器人工校准过程,实现激光雷达的批量生产,进而提高产能。目前市售的大部分激光雷达,这些校准通常都是由熟练的技术人员手动完成的,这种人工校准方式在单条生产线上一天最多可以生产15台激光雷达,而Livox在使用DL-Pack方案后,量产效率提升了20倍,可达到单条生产线生产300~400台/天。

(2)短距机械式激光雷达(PandarQT)

禾赛科技于2020年1月7日CES大会上正式发布了其自主研发的超广角短距激光雷达——Pandar QT(见图4.8)。Pandar QT是禾赛首次尝试开发的一款性能独特且相对低售价的产品。

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图4.8 禾赛科技发布的超广角短距激光雷达Pandar QT

Pandar QT 64线短距机械式激光雷达最大的优势就是在测近距离能力方面,它的最小可探测距离为0.1m,能对近距离的物体进行精准测量,这能保证车辆在非巡航状态时,例如,路口、转弯、狭小空间精准行驶等环境下,输出精准的驾驶指令,使近距盲区问题得到更好的解决。Pandar QT 64还拥有超广视场角,这使车辆在同一时间内的感知范围,能够输入足够大车载计算机的信息量。此外,Pandar QT 64还具有强大的抗干扰能力,避免因其他雷达干扰而造成的障碍物误判,为车载计算机提供更加稳定可靠的输入数据,减少冗余计算量,提升指令速度,提升自动驾驶时的安全性能。Pandar QT 64还支持PTP时间同步方式,极大地简化了线缆,使得雷达的体积更小、重量更轻。

(3)125线MEMS固态激光雷达(RS-LiDAR-M1)

2020年1月2日,国内激光雷达初创公司速腾聚创(Robo Sense)宣布其固态激光雷达产品RS-LiDAR-M1 Simple(Simple Sensor Version)正式接受订购,售价1898美元。在2020年的CES大会上,速腾聚创还展出了全球首款基于MEMS固态激光雷达方案的智能激光雷达RS-LiDAR-M1 Smart(Smart Sensor Version)(见图4.9),RS-LiDAR-M1 Simple和RS-LiDAR-M1 Smart是RS-LiDAR-M1家族的两个版本,其中M1 Simple为纯硬件版本,输出原始点云,而M1 Smart为智能传感器版本,内置了AI感知算法和芯片,输出原始点云与目标数据列表。

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图4.9 RS-LiDAR-M1 Smart

RS-LiDAR-M1家族产品主要面向L2级ADAS和L3~L4级高度自动驾驶。速腾聚创方面表示,M1系列继承了机械旋转式激光雷达的性能优势,同时又兼顾车规量产的需求,通过一系列先进技术,实现了低成本、车规稳定、小型化、智能化,并可输出语义级的感知结果。为兼顾高性能、低成本、高稳定性、可生产制造性等全方位需求,RS-LiDAR-M1使用了速腾聚创的MEMS专利技术——已经实现高度集成化、只有硬币大小的光学模组,使M1整机零件数由传统机械式激光雷达的几百个降至数十个,极大地降低了M1的制造成本、装配难度,减少了加工时间,实现激光雷达产品可制造性的突破。在目前已发布的产品中,M1是全球体积最小、视场角最大、探测距离最远的MEMS固态激光雷达。

在此基础上研发的智能传感器版M1 Smart是一个软硬一体的智能传感器解决方案,建立了由传感器硬件到AI点云算法到芯片的完整系统闭环,能够端到端实现客户环境感知的功能需求,包括适应复杂的交通路况,支持多种驾驶场景;支持稠密交通流,针对人、车等前景,以及阻碍驾驶的未知物体,实现长距离、大范围的全面感知;支持3D点云语义级别感知等,大大提升了自动驾驶的安全性。速腾聚创方面表示,M1 Smart改变了传统激光雷达“信息收集器”的定义,成为“信息理解者”,可实时处理外部信息并输出目标列表。

3.核心零部件技术发展

以MEMS激光雷达为例(见图4.10),它主要由激光器、光电探测器、MEMS微振镜等构成,其中MEMS微振镜是其核心元器件。

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图4.10 MEMS激光雷达工作原理

(1)激光器

激光器是激光雷达发射模块的主要元器件,车用激光雷达多采用半导体激光器,相较于昂贵的光纤激光器,具有巨大的成本优势,而且功耗低、体积小。

目前市场上的车载激光雷达的光源大多采用905nm和1550nm的激光器,在Velodyne公司的激光雷达产品中,VLP-16、HDL-32E、HDL-64E等均采用的是905nm的激光器,镭神固态MEMS激光雷达等采用的是1550nm的激光器。

目前激光器市场主要被国外企业占领,国内企业只占据了小部分市场。激光器的主要生产企业为滨松、Lumentum、光讯科技、ams、昂纳科技、Manlight、Finsar、Osram、富士通天、Coherent、华芯科技。

(2)光电探测器

光电探测器在激光雷达系统中充当“眼睛”的角色,主要有频带宽、灵敏度高、线性输出范围宽、噪声低等要求。目前主要的光电探测器有雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)、硅光电倍增管(SiPM)等。

APD可满足物体探测、光学距离测量、遥感、扫描等需求,适用于高强度环境光照、需计算直接飞行时间的长距离应用。由于ADAS和自动驾驶技术的高速发展,LiDAR在汽车领域的跨越式发展,推动了APD在汽车领域的应用。汽车行业是APD最有前景的应用领域,汽车LiDAR制造商的大批量、高成本效益、高可靠性需求,推动了该领域的创新和发展,为APD制造商带来了巨大的市场机遇。APD是自动驾驶LiDAR系统的首选探测器。而随着ADAS开始向全自动驾驶发展,光电探测器正由雪崩光电二极管向硅光电倍增管发展。

目前大多数领先的APD供应商都将905nm作为自动驾驶激光雷达的标准波长,以实现经济高效且可靠的解决方案。该市场的主要领导者滨松(Hamamatsu Photonics)、埃赛力达(Excelitas Technologies)和First Senor等正在提供905nm APD,而Semi Nex和Voxtel正在为汽车LiDAR开发1550nm APD。其他为汽车LiDAR提供高可靠性APD的厂商还包括SensL、Philips、Advanced Scientific Concepts、Discovery Semiconductors、Spectrolabs、Espros Photonics、Laser Components、Micro Photon Devices、AMS Technologies、Analog Modules、OSI Laser Diode、Pro-Lite Technologies等。

(3)MEMS微振镜

常见的MEMS微振镜驱动方式有四种:静电驱动、电磁驱动、电热驱动、压电驱动。其中前两种技术比较成熟,应用也更广泛。比如得州仪器的DLP中的MEMS微振镜采用的是静电驱动模式,且在投影领域一家独大;而博世最新推出的全新交互式激光投影微型扫描仪BML 050中的MEMS微振镜、滨松的MEMS微振镜S12237-03P、意法半导体与美国Micro Vision公司合作生产的MEMS微振镜,均采用电磁驱动原理;MEMSCAP和微奥科技的MEMS微振镜采用电热驱动原理。而压电驱动的产品还没有大规模量产的企业。静电驱动的MEMS微振镜在3D视觉领域有着天然的技术优势:实现最小体积、最低功耗,工艺相对简单,可靠性和成品率高,同时成本也最低。

虽然MEMS微振镜的引入相比激光雷达有许多优势,且MEMS微振镜技术已经成熟,但MEMS微振镜从消费级走向车规级还是需要克服许多难题。

①MEMS微振镜本身技术门槛很高。

②MEMS微振镜在投影显示等领域的成功无法复制到车载激光雷达领域。

③相比于用于机械式激光雷达的多棱镜和摆镜,MEMS微振镜虽然尺寸大大减小,但小尺寸限制了MEMS激光雷达的光学口径、扫描角度,视场角也会变小。

此前,美国MEMS微振镜制造商Mirrorcle曾通过键合的方法,在加工完驱动器后,将另外加工的大镜面组装在驱动器上面,提高填充比,因此可提供尺寸大至7.5mm的MEMS镜面,然而Mirrorcle大尺寸镜面的MEMS微振镜价格昂贵,无法商用。2017年,国内MEMS光学器件开发商常州创微发布了MEMS二维扫描微振镜产品。该产品基于电磁驱动原理,结合半导体工艺设计而成,具有转角大、能耗低、体积小、谐振频率高、单个微镜实现二维扫描、加工工艺成熟等特点。

4.未来发展趋势分析

激光雷达有三个主要发展方向:固态化、激光雷达与摄像头底层融合、智能化。

(1)激光雷达固态化、低成本化、小型化

“固态”即基于电子部件、无机械旋转部件的解决方案,机械式激光雷达虽然可以通过360°机械旋转实现环境扫描,但其成本过高、体积大,且只能安装于汽车外部,影响美观。固态激光雷达采用电子部件替代了机械旋转部件实现扫描,缩小了体积,降低了成本,低成本意味着量产成为可能,体积小则可脱离顶装安装方式,隐藏于汽车车体内,不影响汽车的整体美观。此外,由于去除了需要精确光学配准的机械旋转部件,固态激光雷达的使用寿命变得更长,装配难度下降。虽然固态激光雷达分支尚处于研究阶段,技术尚未成熟,但基于其小尺寸、低成本、可量产化等优势,未来将成为车规级激光雷达的主流。总的来说,车载激光雷达的发展时间并不长,为了满足自动驾驶的迫切需求,固态化、低成本化、小型化是未来的总体发展趋势。

(2)激光雷达与摄像头底层融合

激光雷达与摄像头作为高级驾驶辅助系统的环境感知系统的核心传感器,各自拥有独特的优势,摄像头可以获取真实世界中丰富的二维彩色信息,激光雷达能够获取三维高精度空间信息。对于自动驾驶环境感知需求,一方面,如果仅依靠摄像头获取的二维图像,感知的可靠性和探测的准确度都难以保证驾驶的安全性。另一方面,仅依靠激光雷达又很难对诸如交通路牌、红绿灯等信息做出有效识别,以及对复杂障碍物进行精细化分类。通过底层深度融合激光雷达和摄像头数据,可以发挥出更强大的感知能力。将二维彩色信息覆盖到三维高精度空间数据上,获得时空同步后的彩色点云数据,极大地提高了AI感知算法对目标物体的分割及分类探测距离、准确度、精细度,从而大幅提升自动驾驶车辆安全性。

(3)激光雷达智能感知系统

基于MEMS固态激光雷达、AI环境感知算法、激光雷达与摄像头融合,多项前沿技术形成闭环,达成智能化激光雷达感知系统。通过AI算法对彩色数据进行预处理,有选择性地对感兴趣区域进行重复探测,能够为自动驾驶带来更远的探测距离与更准确的感知结果,有效降低中央数据处理单元的数据处理压力。

(4)软硬件结合成为提升竞争力的重要手段

激光雷达主要应用领域在汽车和机器人行业,未来市场广阔。随着激光雷达企业的竞争加剧,软件和硬件技术的有效结合才能更快地推进产品落地应用。尽管眼下大多数厂商还停留在“卖硬件”的阶段,但一些走在前沿的激光雷达厂商已经在研究算法与硬件搭配,形成整体方案出售给客户,避免客户买了产品之后还得进行学习、测试等操作。目前,lbeo、Velodyne、Quanergy、先锋和速腾聚创等激光雷达厂商都在开发激光雷达算法,研究软硬件结合。

(三)毫米波雷达技术发展现状

1.毫米波雷达概述

车载毫米波雷达通过天线向外发射毫米波,接收目标反射信号,经后方处理后快速准确地获取汽车车身周围的物理环境信息(如汽车与其他物体之间的相对距离、相对速度、角度、运动方向等),然后根据所探知的物体信息进行目标追踪和识别分类,进而结合车身动态信息进行数据融合,最终通过中央处理单元(ECU)进行智能处理。经合理决策后,以声、光及触觉等多种方式告知或警告驾驶员,或及时对汽车做出主动干预,从而保证驾驶过程的安全性和舒适性,降低事故发生概率(见图4.11)。

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图4.11 毫米波雷达的测量应用示意

FMCW(调频连续波)雷达由于可测量多个目标,分辨率较高,信号处理复杂度低,成本低廉,技术成熟,成为最常用的车载毫米波雷达,德尔福、电装、博世等Tier 1供应商均采用FMCW调制方式。

车载毫米波雷达频段主要有24GHz、77GHz、79GHz三种形式。24GHz毫米波雷达可用于近距离测距SRR(Short Range Radar)和中距离测距MRR(Medium Range Radar),主要用于车后方以及前侧方,探测距离50m,应用于BSD(盲点监测)、LCA(变道辅助)、PA(泊车辅助);77GHz毫米波雷达是一种远距离雷达,也称为LRR(Long Range Radar),主要用于车前方,探测距离250m左右,应用于ACC(自适应巡航)、AEB(自动紧急制动)、FCW(前方碰撞预警)。77GHz雷达波长不到24GHz的1/3,收发天线面积大幅减小,体积更小,可同时满足高传输功率和宽工作带宽,即可同时做到长距离探测和高距离分辨率,但目前77GHz雷达技术成熟度较低,成本较高,天线、射频电路、芯片等的设计和制造难度较大。目前,24GHz SRR和77GHz LRR是国内外各厂商争夺的重点,带宽更高(比77GHz要高出3倍以上)、性能更强(分辨率可达5cm)的79GHz频段雷达尚未有大规模量产的企业。

2.新产品、新技术发展

(1)近距离毫米波雷达

SSR 308是德国大陆电子的一款30X系列24GHz短距宽角毫米波雷达,主要用于汽车盲区探测、并线辅助等场景近距离、低速度、大角度范围内的相对运动目标的非接触探测和防撞预警。其水平视场角在超过中等距离时高达±75°(±90°)(见表4.15)。

 表4.15 SSR 308性能参数

性能参数

SSR 308

检测距离

0.30~95m

距离分辨率

点目标1.0m

目标分辨力=2倍的分辨率

距离精确度

0.20m(距离大于2m)

0.5m(距离小于2m)

方位角

75°(测量);75°~90°(检测)

俯仰角

12°(-6dB);

16°(-10dB);

23°(-20dB)

速度测量范围

-300km/h~+300km/h(-远离的目标,+靠近的目标)

速度分辨率

点目标1.2km/h

速度精确度

±0.2km/h

CAN接口

1个CAN接口500kbit/s

输出目标个数

50

功耗

12V DC,大约3.9W

SSR 308很好地处理了测量性能与高安全性之间的矛盾,可实时检测目标的距离并根据相对速度判断是否存在碰撞风险,具有自动故障检测功能,可识别传感器问题,并自动输出故障码。通过使用相对简单的雷达测量技术,以及在汽车行业的深度研发和批量生产基础,SSR 308可以保证产品鲁棒性和轻量化性能。

此外,此产品具有很强的环境适应性,相对于摄像头和激光雷达,毫米波雷达可以适应雨雾霾雪天气,几乎可以全天候运行。SSR 308雷达的测量水平视场角可以高达150°,探测水平视场角可以高达180°(见图4.12)。

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图4.12 SSR 308探测视角

(2)中距毫米波雷达

博世第四代中距毫米波雷达MRR 4于2018年9月正式下线,此传感器能基于可扩展模块化原理及阶段函数功能,迎合车企多变的产品要求及电力电子(electrical-electronic,E/E)架构,传感器具有3个发射器和4个接收器通道,工作在76~77GHz频段,可满足标准的汽车雷达系统应用,凭借小型化设计,该雷达系统很容易被集成到汽车中(见图4.13)。

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图4.13 中距毫米波雷达MRR 4

这款大陆的远程雷达的最大探测距离高达300m,其开启角(opening angle)为±60°,相比于其上一代产品的工作张角±45°,能探测160m的物体,有很大程度的提高。此MRR雷达系统集成了两个电路板,包括博世、飞思卡尔和意法半导体的电路。RF电路板使用混合PTFE/FR4基板制作非对称结构,并配有平面天线。系统采用英飞凌77GHz的SiGe单片微波集成电路(MMIC)用作高频发射器和接收器。这两个RF裸片采用由英飞凌研发的嵌入式晶圆级BGA(Embedded Wafer Level BGA)、扇出晶圆级封装(Fan-Out Wafer Level Package)。相比传统的24GHz雷达传感器,博世77GHz雷达传感器功能更加强劲,目标识别率是前者的3倍,测速和测距精准率提高了3~5倍。新型77GHz传感器采用SiGe技术,高集成度与简易设计使传感器体积更小、重量更轻,从而可以隐蔽地安装在车辆保险杠或水箱上。新型传感器通过CAN和Flexray界面与汽车电子系统进行连接。和传统24Ghz雷达传感器相比,新型传感器不仅外观更为小巧,而且价格更为经济。

(3)长距毫米波雷达

2017年8月,大陆发布最新长距雷达ARS 408,该产品同时兼顾安全可靠坚固与小型化设计,主要应用于各种车辆的防碰撞保护(特别是自动驾驶车辆)、远距离前进控制(各类车辆,特别是自动驾驶车辆)、远距离区域监控系统,例如有危险的或无法到达的区域、对象分类和对象检测,例如在混乱或复杂区域,通过在其前加上一个保护盖(雷达天线罩)来检测不明显的物体,可以实现ACC、FCW、AEB等ADAS功能。

ARS 408-21传感器在一个测量周期内独立测量物体的距离和速度(多普勒原理)(见图4.14),FMCW(频率调制连续波)具有非常快的斜坡基础,具有每秒17次的实时扫描功能,该设备的一个特点是能够同时测量250m距离、相对速度和两个对象的角度关系;快速和安全性方面,ARS 408-21解决了优异的测量性能和高度的操作安全性之间的明显矛盾,ARS 408-21雷达传感器能够在实时扫描中确定与物体的距离,并根据行驶速度确定可能的碰撞风险;可靠性方面,ARS 408-21雷达传感器具有故障保护功能,能够识别传感器和传感器环境的故障并自动显示;坚固和小型化设计方面,通过使用不太复杂的测量原理以及汽车供应行业的开发和批量生产,保持非常强大坚固和小型化的设计(见表4.16)。

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图4.14 长距毫米波雷达ARS 408-21

表4.16 ARS 408-21产品参数

测距范围

0.20~250m(长距模式),0.20~70m/100m(短距模式,±45°范围内),0.20~20m(短距模式,±60°范围内)

测距分辨率

1.79m(长距模式),0.39m(短距模式,0.2m@standstill),在满足1.5~2倍分辨率的条件下可对两个物体进行区分

距离测量精度

±0.40m(长距模式),±0.10m(短距模式,±0.05m@standstill)

水平角分辨率

0.37km/h(长距模式),0.43km/h(短距模式)

速度范围

-400km/h~+200km/h(-表示远离目标,+表示靠近目标)

速度分辨率

0.37km/h(长距模式),0.43km/h(短距模式)

速度精度

±0.1km/h

天线通道数

4TX/6RX=24通道=2TX/6RX(长距模式)、2TX/6RX(短距模式),使用数字波束合成技术(DBF)

循环周期

长距和短距均约60ms

雷达发射频率

76~77GHz

传输能力

14.1dBm@77GHz<35.1dBm扫频带宽500MHz

电源

+8.0~32V DC

功耗

典型值:6.6W/550mA;峰值:12W/1.0A

操作温度

-40℃~+85℃

(4)基于CMOS工艺的毫米波雷达

最近几年,当CMOS工艺进步到40nm以下,可以工作在超高频率上,才使得用CMOS来做77GHz毫米波设计成为可能。CMOS工艺的应用使得整个毫米波雷达的制造格局大为变化。

首先,CMOS相对于SiGe而言,整体造价又下降了40%,其次,CMOS的集成度非常高,所以RF前端芯片占比也下降了。砷化镓工艺中需要7~8颗芯片,SiGe需要3~4颗,CMOS只需要1颗,因此大大降低了整个雷达模块设计的复杂度和难度,也加速了整个设计开发的时间周期。因为CMOS的工艺集成度高,所以它也使毫米波雷达的小型化成为可能,因此CMOS工艺现在不但可以用于77GHz的设计,同时它的低成本和高精度的特性也符合毫米波雷达未来发展的需求(见图4.15)。

图片关键词 

图4.15 由CMOS实现的单芯片集成

(5)24GHz亚毫米波雷达传感器

日本电装公司(DENSO)于2017年8月宣布其已经开发出了一款新的24GHz亚毫米波汽车后方及侧面雷达传感器,以帮助提升车辆的安全性。这款亚毫米波雷达传感器将装配于发布的2018款丰田凯美瑞车型。这款传感器策略性地装配于车辆的后保险杠内,以监测可能进入驾驶员后方和侧面盲区的其他车辆,并在车辆倒车时监测从后方左右两侧接近的其他车辆。这款亚毫米波雷达传感器作为整体汽车安全系统的一部分,可以帮助驾驶员在更换车道或者倒车出停车位时识别并躲避其他的车辆,还可以控制自动紧急制动功能以避免即将发生的碰撞。

为了能够在向前行驶以及倒车时可以准确探测,此款亚毫米波雷达传感器采用了一种移相器来转换感应的方向以及感应的范围。此外,无线电波的发射、接收以及移相器功能都是通过单独的集成电路(IC)运行的,以减小传感器的尺寸。这款亚毫米波雷达传感器的单片微波集成电路(MMIC)由半导体晶圆Tower Juxz公司制造,用于稳定雷达传感器的输出等级和接收灵敏度。

3.核心零部件技术发展

以频率调制连续波为例,毫米波雷达系统主要包括天线、前端收发组件、数字信号处理器(DSP)和控制电路(见图4.16),其中天线和前端收发组件是毫米波雷达最核心的硬件部分。

图片关键词 

图4.16 毫米波雷达系统基本结构示意

(1)天线

天线是毫米波发射和接收的重要部件,毫米波雷达天线的设计首先满足大批量生产且低成本,其次要便于安装在车的头部,且天线须被集成在车内而不能影响汽车的外观。

目前毫米波雷达天线的主流方案是微带阵列,最常见的一种是设计成可集成在PCB板上的“微带贴片天线”。相比一般的微波天线,这种微带天线具有多方面优点:①体积小,重量轻,低剖面,能与载体(如飞行器)共行;②低成本,适合于印刷电路技术大批量生产;③电性能多样化,不同设计的微带元,其最大辐射方向可以从边射到端射范围内调整,易于得到各种极化;④易集成,能和有源器件、电路集成为统一的组件等,极大地满足了车载雷达低成本和体积小的需求。

(2)前端收发组件

前端收发组件是毫米波雷达的核心射频部分,负责毫米波信号调制、发射、接收以及回波信号的解调。目前,前端收发组件主要有混合微波集成电路(HMIC)和单片微波集成电路(MMIC)两种形式。

HMIC是采用薄膜或厚膜技术,先将微波电路制作在适合传输微波信号的基片(如蓝宝石、石英等)上,再将分立的有源器件连接、组装起来的集成电路。而MMIC则是采用平面技术,将所有的微波功能电路用半导体工艺制造在砷化镓(CaAs)、锗硅(SiGe)或硅(Si)等半导体芯片上的集成电路。相比HMIC,MMIC大大简化了雷达系统结构,集成度高,成本低且成品率高,更适合于大规模生产。目前大多数毫米波雷达前端MMIC基于SiGe Bi CMOS技术,SiGe高频特性良好,材料安全性佳,导热性好,而且制程成熟,整合度较高,成本较低。利用CMOS工艺,不仅可将MMIC做得更小,甚至可以与微控制单元(MCU)和数字信号处理(DSP)集成在一起,实现更高的集成度。所以这不仅能显著降低系统尺寸、功率和成本,还能嵌入更多的功能。

目前,MMIC主要是由国外厂商把控,尤其是77GHz的,国内的目前还只是在24GHz的MMIC上有所突破。国内外主要厂商有英飞凌、ST、NXP、FutTsu Ten、TI、得捷电子、安森美、飞思卡尔、瑞萨电子、意行半导体、清能华波、东南大学毫米波国家重点实验室、加特兰、南京米勒。

(3)数字信号处理器

数字信号处理器也是雷达重要的组成部分,通过嵌入不同的信号处理算法,提取从前端采集得到的中频信号以获得特定类型的目标信息。数字信号处理可以通过DSP芯片或FPGA芯片来实现。

DSP是专门的微处理器,适用于条件进程,特别是较复杂的多算法任务。FPGA包含大量实现组合逻辑的资源,可以完成较大规模的组合逻辑电路设计,同时还包含相当数量的触发器,借助这些触发器,FPGA又能完成复杂的时序逻辑功能。由于FPGA芯片在大数据量的底层算法处理上的优势及DSP芯片在复杂算法处理上的优势,融合DSP和FPGA的实时信号处理系统的应用越来越广泛。

目前高端DSP芯片和FPGA芯片主要被国外企业垄断,DSP芯片制造商主要有得州仪器(TI)、亚德诺半导体(ADI)、意法半导体(ST)、英飞凌(Inineon)、恩智浦(NXP)等。FPGA市场的主要厂商有赛灵思(Xilinx)、阿尔特拉(Alern,被Intel收购)、美高森美(Microsemi)以及莱迪思(Lattice)。

(4)控制电路

控制电路是汽车雷达系统实现汽车主动安全控制执行的最后一环,根据信号处理器获得的目标信息,结合车身动态信息进行数据融合,最终通过主处理器进行智能处理,对车辆前方出现的障碍物进行分析判断,并迅速做出处理和发出指令,及时传输给报警显示系统和制动执行系统。当前方车辆或物体距离过近,超过警戒设置时,报警显示系统能以声、光及触觉等多种方式告知或警告驾驶员,前方有危险需要谨慎驾驶,如遇危险时启动制动系统,迅速根据险情对车辆做出包括减速、重刹、停车等在内的主动干预动作,从而保证驾驶过程的安全性和舒适性,降低事故发生概率。

4.未来发展趋势分析

毫米波雷达作为影响自动驾驶发展趋势的关键零部件之一,其优势突出,发展潜力巨大,尤其是在汽车产业持续壮大的形势下,国内外各个企业机构都在积极布局,加大研发力度,致力于把车载毫米波雷达推向一个新的高度,创造更大的价值。经过研究分析,目前毫米波雷达主要沿着以下趋势发展。

(1)77GHz、79GHz将替代24GHz成为主流

毫米波雷达精度的需求随着自动驾驶从L1到L5级不断演进逐渐增加。与24GHz毫米波雷达相比,77GHz毫米波雷达具有检测精度更高、体积更小等优势,受到越来越多公司的青睐。目前一些高端车型的雷达系统正在从24GHz向77GHz升级。以ACC为例,雷达升级成77GHz毫米波雷达后,ACC的工作时速由25km/h起,是24GHz雷达系统识别率的3倍,测速和测距的精准率提高了3~5倍,可以更准确快速地监测与前车的距离,在保持距离的情况下随前车的速度进行加减速、刹停和起步。

毫米波雷达芯片CMOS工艺推动77GHz、79GHz毫米波雷达技术进步和成本的降低,为大规模市场化提供了支持。众所周知,芯片的高成本是77GHz、79GHz毫米波雷达成本较高的一个因素。在GaAs芯片时代,前端芯片成本占整个成本的40%;到了SiGe芯片时代,成本相对于GaAs工艺下降了50%,同时射频芯片部分的比例也降到36%左右,目前的CMOS工艺时代,相对于SiGe工艺整体造价又下降了40%。其次,相比RtF用的SiGe技术,CMOS工艺更精确,功耗更低,集成度更高。

许多国家的政策规划推动了毫米波雷达的升级。根据美国联邦通信委员会(FCC)和欧洲航天技术研究所(ESII)的规划,24GHz的宽频段(21.65~26.65GHz)将在2022年过期,之后汽车在24GHz能用的仅剩下24.05~24.25GHz的窄带频谱,反之,在77GHz频段,汽车雷达将能使用77~81GHz高达4GH的带宽。

(2)系统功能不断拓宽

毫米波雷达早在20世纪90年代就被用于汽车领域,主要应用于汽车自适应巡航功能,这主要依赖于毫米波长达200m以上的距离探测功能。之后,毫米波雷达陆续发展出防撞、盲区探测等众多功能,但是技术门槛一直很高,价格也一直很贵。直到2012年毫米波射频芯片的出现,降低了技术门槛和成本,才为汽车领域的广泛应用打开窗口。

车辆行驶安全与否,最主要的判断依据是两车之间的相对距离和相对速度信息,高速行驶的车辆更甚。凭借出色的测距测速能力及“短程+中程+长程”的结合,毫米波雷达被广泛地应用在自适应巡航控制、自动紧急制动、前方/后方碰撞预警、盲点监测、辅助停车、泊车辅助、倒车辅助、变道辅助等多种ADAS功能。另外,毫米波雷达还在无人机、安防、智能交通、工业以及军用领域发挥着非常重要的作用:无人机领域主要应用体现在定高和避障两个方面;安防领域主要应用在一些重要区域的安全警戒;智能交通领域主要应用于车辆检测、交通量调查、交通事件检测、交通诱导、超建监测、电子卡口、电子警察和红绿灯控制等;工业领域主要应用于工业液位计、挖掘机、重型推土机、高压电线塔附近安全施工、生产安全监测等;军用领域主要应用于雷达探测、导弹制导、卫星遥感、电子对抗等。

四、国内外技术差距分析

我国在环境感知传感器行业起步较晚,与国外优势国家相比在技术和市场份额上有一定差距,国内的环境感知传感器市场大部分份额被国外汽车电子巨头公司占领,而且国外在芯片等方面对我国实施技术封锁。例如,高频毫米波雷达芯片对于我国长期处于禁运管制状态,不过近几年我国相关企业也在积极布局,国内外差距正在逐渐减小。通过研究分析,目前国内与国外优势国家相比主要有以下几点差距。

(一)核心技术滞后

我国在环境感知传感器行业起步较晚,失去了技术领先优势。从车载摄像头子行业来看,我国的车载摄像头行业在CMOS图像传感器和模组组装技术方面与国外差距较大。CMOS图像传感器是车载摄像头的核心零部件,而我国CMOS图像传感器技术落后,造成我国图像传感器技术落后的原因主要有以下两点:一是我国半导体技术整体相对落后,二是国内针对车载CMOS图像传感器市场的企业缺乏。目前格科微电子是国内最大的CMOS图像传感器设计公司之一,但其主要针对移动设备及消费电子市场。车载摄像头模组组装工艺复杂,不同于一般的摄像头,汽车摄像头连续工作时间较长、所处环境往往震动较大且一旦失效将会对用户生命安全造成致命威胁,因此对于模组和封装等要求严格,而模组和封装工艺与技术门槛较高,我国在车载摄像头模组组装行业技术相对落后,国外的模组组装技术性能能满足车载摄像头的高要求,因此国外供应商占据了车载摄像头模组组装的绝大部分市场。

(二)成本高,缺乏价格优势

随着自动驾驶级别的快速提高,单车装载的环境感知传感器的数量也逐步增加。但是车企为了控制整车成本,对环境感知传感器的成本要求非常高,并且还要逐步降本。而环境感知传感器的研发周期较长,研发成本高,且我国由于技术相对落后,产品生产设备以及测试设备很多都需要进口,产品还需要支付昂贵的专利费用,导致目前我国虽然一些企业已具备车载摄像头、毫米波雷达等传感器的量产能力,但是成本却是居高不下,与国外汽车零部件巨头公司相比缺乏价格优势,市场占有能力弱。

(三)测试评价体系不完善

随着ADAS由高端车市场向中低端市场渗透,ADAS的作用从提高汽车的驾驶舒适性逐渐转向为汽车的主动安全提供保障,由于涉及汽车的安全,所以作为实现ADAS功能不可或缺的环境感知传感器,作为环境感知系统的关键零部件,其性能测试评价工作尤为重要。

以毫米波雷达产品为例,目前,车载毫米波雷达产品所需进行的测试内容包括单元、集成测试,基本功能测试,电性能测试,可靠性测试,CAN通信网络、诊断测试五个方面。测试评价不仅是针对产品完成后的性能测试,量产前的测试可帮助优化产品,缩短开发周期。目前我国的毫米波雷达测试评价体系不完善,各个公司应用的测试评价方法也不尽相同,主流的雷达测试供应商主要有罗德与施瓦茨(R8S)、dSPACE、东扬精测系统等。

为有效推动环境感知传感器行业发展,应联合中国汽车工程研究院、中国汽车技术研究中心及行业力量等,推动测试评价标准的制定。

五、发展存在的问题及建议

(一)加大产业政策扶持力度,完善法规及测试标准

我国在汽车环境感知传感器行业技术底子薄弱,产品在前期研发测试过程中存在极大的不确定性,产品研发周期长,资金回收慢,而且我国毫米波雷达和激光雷达大多数企业为初创公司,企业在研发新产品时需要面临极大的资本压力。除了高端车智能化带动需求外,更重要的驱动力则是来自法规的推动。美国、欧盟、日本等地区于2016年起陆续将前方碰撞预警、车道维持系统、自动紧急刹车系统与盲点侦测系统等列为法规强制装载,或列入新车评价标准(NCAP),而中国在2018年版本的NCAP中,才首次列入多项主动安全需求的评价指标。

建议国家层面加大产业政策扶持力度,对汽车环境感知传感器产业发展提供一定的资金支持,设立国家重点研发计划等科研项目。规范和保护相关的技术知识产权,建立健全行业技术创新体系。加大对自主研发项目、自主研发成果市场转化的财税等支持力度。完善ADAS相关标准法规,优化统一各传感器的相关测试评价标准体系,以加快汽车环境感知传感器产业发展进程。

(二)攻关核心技术,培养人才队伍

我国在汽车环境感知传感器核心技术方面还存在许多问题,例如,车载摄像头行业在CMOS图像传感器和模组组装方面无法自主生产,而在毫米波行业方面,虽然国内部分企业对77GHz毫米波雷达技术有了不少突破,但受成本控制、可靠性设计苛刻以及验证过程复杂等因素影响,产品的一致性很难保证,且研发周期长,成本回收困难。由于起步较晚,专业人才储备明显不足。以车载毫米波行业为例,车载毫米波雷达的研发需要丰富的雷达系统和毫米波射频设计经验与能力,而这一领域的人才集中在国内的军工企业和国外企业,传统的汽车电子公司之前很少涉及这一领域,虽然目前国内第一批毫米波雷达企业已经开始逐步发展壮大,但大多数都是在2014~2016年成立的,团队往往具备科研背景、军工背景或商业跳槽背景,这些公司高级人才数量有限,现阶段人才聚集效应不强,制约了毫米波行业的发展进程。

建议培育基础扎实的人才队伍,完善充实我国汽车环境感知传感器行业的知识储备,给予相关人员良好的研发测试发展环境,使其发挥工匠精神,逐步形成对国外优势企业的技术并轨及技术超越。同时加强国际协同,寻找合适的途径开展国际合作,引导相关企业对各阶段制约产业发展的应用技术进行攻关,力争补齐短板,全面掌控核心技术。相关人员应在研发测试过程中积累经验以及实验数据,提高对基础制造工艺的重视程度,加强工艺研究,攻克车载摄像头模组封装等工艺技术难点。

(三)优化产业环境,促进资源整合

我国的环境感知传感器产业近几年才开始逐渐发展,尚未形成成熟的产业链,技术与市场主要由发达国家所掌握,我国只在产业链的小部分中略有布局,而且掌握先进技术的国家在某些方面对我国实施技术封锁,如77GHz毫米波雷达的技术方面。考虑到单独的车载摄像头、激光雷达或是毫米波雷达并不能有效应用于车载领域,必须配合算法等应用于高级驾驶辅助系统,我国在产业链协同发展方面面临挑战。

建议加强芯片企业、硬件企业、算法企业、整机及整车企业、科研院所等的通力合作,鼓励整机整车企业与零部件企业协同创新,加强车载摄像头、激光雷达等感知传感器全产业链的技术突破,实现感知传感器与主动安全辅助系统联合开发,形成资源整合优势。


第五章 汽车车身附件(座椅)子行业发展分析


汽车座椅作为汽车车身附件,其质量、设计、安全性能的优劣等直接影响着乘车人员的人身安全和整体舒适感。近年来,各企业在座椅的设计上积极创新,努力提升乘车人员的安全性和舒适性,更好地满足现代人类的驾驶体验。本文重点分析了车身附件领域的汽车座椅子行业,归纳总结了国内外标准法规、产品配套关系、技术发展现状以及未来趋势,并针对行业发展存在的标准缺失、人才匮乏、投入不足问题提出了相应的政策建议。

一、产品及标准法规概述

(一)产品概述

汽车座椅是集人体工程学、机械振动和控制工程等于一体的系统工程产品,主要由座椅骨架、表皮、头枕、靠背、坐垫、滑轨、调角器等部件组成,产品性能关系到汽车的驾乘舒适性和安全性。汽车座椅按照面料主要可以分为织物、仿皮(人造革)、真皮等类型,按照汽车的级别和价格进行差异化配置。

目前,我国共有各类汽车座椅设计、加工、制造、改装生产商近千家,生产能力位居世界第一。其中,长三角(上海、浙江、江苏)、珠三角(广东、广西)、京津冀(北京、天津、河北)、东北地区(吉林、辽宁)、华中(湖北)地区以及成渝,山东青岛、烟台和广西柳州等地是我国汽车座椅主要生产集中地。

(二)中国座椅行业标准法规概述

我国针对汽车座椅产品有着严格的质量保证体系以及监督机制。早在2006年,汽车座椅产品就被列入机动车强制性产品认证范畴,我国通过第三方认证机构对座椅产品及其生产工厂的持续审查来确保座椅产品的法规符合性与质量一致性要求。

自“十三五”以来,中国政府持续推进简政放权,加大放管结合改革力度,政府部门的管理重心从事前审批向事中、事后监管转变。汽车座椅行业正是此次改革措施的受益者。自2020年1月1日起,汽车座椅产品的强制性产品认证可不再通过第三方认证机构,企业可通过自我声明方式证明其产品的法规符合性以及产品质量一致性。这一改革举措,在简化了认证流程、降低企业负担的同时,大幅提高了认证效率。

虽然认证方式发生了变化,但是针对汽车座椅的技术要求随着大众乘车出行需求的日益提高,以及技术不断升级呈现日益严格的趋势。粗略统计,我国现行汽车座椅相关技术标准总计20余项(见表5.1)。

表5.1 汽车座椅行业主要国家行业标准

单位:项

分类

合计数量

国家标准

行业标准

强制

推荐

强制

推荐

座椅

25

10

4

0

11

资料来源:全国汽车标准化技术委员会。

如表5.1所示,目前,在中国现行座椅总成(含相关附件)安全直接相关的25项技术标准中(见表5.2),涉及座椅产品安全(强度及阻燃性)的强制性国家标准(GB)就有10项,在发生碰撞、火灾等重大事故时为保障乘员生命安全提供重要技术支撑。而且,技术的发展与标准的完善是互为助力的两个方面,标准助力技术的落地,同时,技术的发展也促使标准的完善。因此,我国的标准主管部门非常重视被动安全标准体系的构建,并根据市场需求不断地完善。

表5.2 标准明细汇总

NO

标准编号

名称