汽车电子是安装在汽车上所有电子设备的总称,由半导体器件组成,用于感知、计算、执行汽车的各个状态和功能。汽车电子按照应用分类划分,种类较多,通常能分为发动机电子系统、底盘电子系统、无人驾驶系统、车身电子电器、安全舒适系统、信息娱乐与网络系统。
从西方发达国家的经验上来看,汽车电子产业的发展主要经历了四个阶段。而这四个发展阶段,也与电子技术的换代升级,紧密关联。自1990年起,汽车电子产业步入第四个发展阶段,数字技术获得应用,汽车整体的智能化水平得到不断提高。
汽车电子产业链由三大部分所组成:上游为汽车电子元器件厂,主要负责提供汽车电子的相关核心芯片及其他分立器件,而代工与封装厂商(Tier3 后段厂)为其提供代工及封装服务。中游为汽车电子的系统集成商(Tier1), 主要进行汽车电子模块化功能的设计、生产及销售,例如博世、大陆、德尔福、日本电装等公司。下游则为整车厂。
汽车电子产业具备较高的技术门槛,进入下游整车厂的认证周期长,使得行业壁垒较高。目前汽车电子行业中,Tier1 系统集成商行业集中度高,呈现出寡头垄断格局。其中,前十大汽车电子供应商占据 70%市场占有率,博世与电装两家企业的收入规模之和占据了市场总量的一半以上。而国内汽车电子产商相对落后,国内轿车主要汽车电控单元产品,包括动力控制系统,基本被外资零部件巨头所垄断。
汽车电子至今已有数十年的发展历史,技术创新层出不穷,产品更新周期不断缩短。最早将电子技术应用于汽车工业的时间,是上世纪七十年代。当时在发动机燃油喷射控制管理系统中率先采用电子技术,极大地提高了燃油效率。从此以后半导体开关、微处理器、传感器等新兴电子技术,不断应用在汽车工业中,驱动产业的创新发展。上世纪九十年代后,数字技术也得到应用,汽车整体的智能化水准不断提高。汽车电子逐渐替代机械发挥作用,汽车电子系统愈发精密复杂,现代汽车已成为高度机电一体化的产物。2010 年后,汽车电子行业加速推陈布新,胎压监测系统、48V 系统、碰撞避免系 统、线控技术、LED 大灯、无线连接技术等新兴产品不断涌现。
汽车竞争日趋白热化,汽车电子智能化已然成为全球汽车产业技术领域的发展重点和 产业战略新兴增长点。随着汽车行业的不断开放,汽车电子技术发展的进程,参与的主体也变得更加多元化,技术内涵也在不断丰富。电子电器在汽车产业应用逐渐扩大,市场整体呈现稳步上升趋势。根据中投顾问产业研究中心预测,汽车电子在整车中的成本占比,已经由1970年的3%提升至 2015 年的 40%,2020年有望进一步达到50%。
新能源汽车的发展,有望解决传统燃油车带来的环境污染问题。2015年联合国气候变化大会上,德国、英国、荷兰、挪威,以及美国 18 个州等在内的国家和地区组成了“零排放车辆同盟”,承诺到 2050 年,不再销售燃油车。随后,荷兰、挪威、印度、德国、英国、法国等先后公布了更为具体的禁售燃油车时间表。在政策及技术的驱动下,新能源汽车已成为未来汽车工业发展的方向,汽车电动化已是大势所趋。
新能源汽车用电池、电机、电控“三大电”系统,变革了传统车的动力系统。“三电”系统的重要性不言而喻,在整车成本中的比重已达到50%。“三电”系统的产业链都比较长,电池主要有正极材料、负极材料、电解液、 隔膜等组成,电控方面主要有功率变换器、逆变器、散热系统、IGBT 芯片等,电机方面主要有硅钢片、永磁体等。新能源汽车电动化使得汽车上功率半导体器件、MCU 等电子元件的数量大大增加,进而推动汽车电子在整车 中的占比大幅提升。
当前,无论在政策层面还是企业参与层面,汽车智能互联化已经成为了汽车产业未来的发展方向。2015 年国务院发布《中国制 造 2025》,将发展智能网联汽车提升至国家战略高度。在今年两会的政府工作报告中,智能化及新能源汽车,均为建设制造强国的重要内容。
随着车联网技术和产业的发展,车联网是以车内网、车际网和车联网为基础,按照约定的通信协议和数据交互标准,在车与X(X 为车、路、 行人及互联网等)之间,进行无线通信和信心交换的系统网络,是能够实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络。2017 年 9 月我国第一部 V2X 应用层团体标准发布,为国内各车企及后装 V2X 产品提供了一个独立于底层通信技术的、面向 V2X 应用的数据交换标准及接口,对于 V2X 大规模路试和产业化具有良好的推动效应。
目前,在我国乘用车保有量中,车联网配置的装配率依然较低。但是,随着新车型的不断推出,车联网的装配比例也有所提升。根据盖世汽车研究院的数据,2016 年上市的新车中车联网配置占比为 16%,2017 年占比大幅 提升至 21%。车联网俨然已成为整车企业、互联网巨头、通讯运营商等竞相角逐之处。根据IHS 预测,2022 年全球范围内,联网车辆保有量有望达到3.5 亿辆,市场占比可达到24%。2022 全年,联网新车销量有望达到9800 万辆,市场占比为94%,其中嵌入式模块接入数量为 4800万辆,智能手机接入数量为 1800 万辆,两者混合模式为3200万辆。
车联网仅仅为智能汽车的基础,未来在 ADAS、5G 通信、高精度地图等技术的支持下,智能汽车有望获得长足发展,加速渗透。未来五年,智能汽车市场规模有望保持平稳增长。根据盖世汽车研究院预测,2020 年以 ADAS 为主流的智能汽车新车型渗透率将达到50%,2025 年 L4-L5 级别智能汽车实现产量,届时市场规模将呈现大幅增长。
消费升级促进汽车电子需求升级。一方面,随着新能源汽车的发展和普及,未来汽车向着“智能化、电动化、共享化”发展。另一方面,人们使用车载导航的视频、音频播放、游戏等功能逐渐形成习惯,消费升级也使人们更注重汽车的使用感受,汽车厂商便需要大力发展车载信息娱乐系统。目前 我国汽车电子规模持续增长,2017年为 5400 亿元,较 2016 年同比增长17.6%。根据产业信息网的预测,2017 年到2022年,中国汽车电子市场规 模复合增长率将达到 10.6%,超过全球水平。
车身电子稳定系统,是在汽车防抱死制动系统和牵引力控制系统功能上扩展出来的,旨在提升车辆的操控表现的同时、有效地防止汽车达到其动态极限时失控的系统或程序。简单来说就是纠正汽车行驶姿态,提高行驶安全 性,降低事故发生率。ESP属于主动安全系统,其在提高汽车行驶稳定性方面效果显著。
多维因素助力未来 ESP 安装率提升。ESP 被称为是“汽车安全领域继安全带之后最具拯救生命潜力的科技”。由于技术先进,ESP 能有效降低事故发生率,逐渐受到政府各界的重视。早在 2011 年,美国和欧盟就立法强制安装车身稳定系统;随后,欧洲于 2014 年 11 月起一律强制性要求所有乘 用车和轻、中和重型车辆装配车身稳定系统;日本和韩国的装配率也高于世界平均水平。中国目前尚无强制装配法规,普及率相对较低。随着消费者收入水平和安全意识的提高,ESP 电子稳定系统已经引起越来越多消费者的重视。
电机电控高集成、高功率密度是未来趋势。电机驱动系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,也是电动汽车的重要核心部件。电机驱动系统 主要由驱动电机和电机控制器两部分构成。电机控制器是电机驱动及控制系统的核心,主要用于电动汽车中连接电池与电机的电能转换单元,简单的来讲,其工作原理就是控制器接收从加速踏板、刹车踏板和变速箱档位的输出 信号,控制牵引电机旋转,通过减速器、传动轴、差速器、半轴等机械传动装置,带动车轮旋转。其关键技术主要包含功率半导体模块和电机控制算法 等。
高复合增速,650 亿市场空间。以新能源客车电控单套平均售价 3.5 万元,电机单套 1.5 万元;新能源物流车、乘用车电控单套平均售价 2 万元, 电机单套 1万元计算,2020 年电机电控市场将达到约 650 亿元,年均复合增速达到25%,市场呈快速增长态势。
48V 系统,是指几家德国整车和零部件制造商共同倡导的一种低成本节油技术方案。48V系统包括2种形式:BSG(双轴并联低度混合)和 ISG(单轴并联中度混合式),均可实现能量回收、发动机快速启动/关闭和发动机辅助牵引动力功能,从而改善汽车油耗、降低尾气排放。
48V系统应用前景可观,支持现代环保型汽车。各国对车辆油耗和排放标准进一步提高, 欧盟已规定到 2020年其境内销售的乘用车二氧化碳排量上限为 95g/km,这一目标将升级为强制性标准。我国工信部披露的《中国制造 2025》节能与新能源汽车产业发展战略目标,其中明确提出,到 2020 年实现新车油耗 5L/100km 的目标。
48V 系统是可预见的中长期内整车的有效解决方案。48V 系统具有投入低、节能减排的特点,能够提高车载电源功率。面临着严苛的油耗和节能减排政策,汽车制造商寻找最具成本效益的解决方案来为企业带来价值。国际 零部件巨头如博世、大陆、舍弗勒、德尔福、江森自控等纷纷布局 48V 系统相关部件。国内的车厂及零部件商也将加大研发推广的力度。中国一汽、吉利等多家企业都研制开发48V 微混系统。
据 Technavio 预测,全球 48V系统 2017-2021 年复合增长率将高达 89%。在大陆集团看来,全球一半以上的新车装配48V系统仅需 5~7 年。 据德尔福保守估计,到 2025 年,全球将有约 10%的汽车(1200万辆左右) 会安装 48V 轻混系统;其中中国市场的应用规模预测在 800 万辆左右。
LED大灯指的是前大灯所有的光源均采用 LED。LED 具有亮度高、颜色种类丰富、低功耗、寿命长、体积小、启动速度快等特点。随着半导体材料及封装工艺的进步,价格降低,LED 光色实现多元化,光通量逐步的提升,很多汽车厂商已经开始用 LED 大灯来代替传统的卤素大灯或氙气大灯。
LED车灯已成为汽车潮流新宠,未来前景大有可期。近年来,无论是合资还是自主品牌,低端还是豪华品牌,LED 车灯已成为很多车的标配。2016 年我国LED 车灯总成销量为 573.6 万套,市场规模为193.88亿元。根据产业信息网预测,2016 年-2020 年国内车灯市场复合增速为13%, LED 车灯市场规模迅速扩张。全球车灯市场潜力巨大,未来几年将逐步增长,而LED车灯市场增速较快,有望超越汽车行业整体增速。