万字报告解读全球汽车电子产业发展

2017-11-06  |  By Faye  |  In 新闻

汽车电子行业是将电子信息技术应用到汽车所形成的新兴行业。从广义上讲,汽车电子从基础元器件、电子零部件、车载电子整机、机电一体化的电子控制系统(ECU)、整车分布式电子控制系统、与汽车电子有关的车外电子系统等软硬件。从系统看包括零部件系统、车内、车际网络。

1、概述

近二三十年来,随着电子信息技术的快速发展和汽车制造业的不断变革,汽车电子技术的应用和创新极大地推动了汽车工业的进步与发展,对提高汽车的动力性、经济性、安全性,改善汽车行驶稳定性、舒适性,降低汽车排放污染、燃料消耗起到了非常关键的作用,同时也使汽车具备了娱乐、办公和通信等丰富功能。

现代汽车电子集电子技术、汽车技术、信息技术、计算机技术和网络技术等于一体,包括基础技术层、电控系统层和人车环境交互层三个层面,经历了分立电子元器件控制、部件独立控制及智能化、网络化集成控制应用三个发展阶段。目前汽车电子产品可以分为电子控制系统和车载电子装置两大类,其中电子控制系统性能直接决定着汽车整车的性能。

随着汽车电子技术的发展,越来越多的ECU控制单元被应用在汽车中,网络总线系统作为汽车控制网络平台,所有的ECU控制单元和车载电器都将逐步搭载到汽车网络平台上,以达到数据信息共享、实现全车智能化控制。在汽车朝着综合集成控制发展的趋势下,车载网络总线系统作为汽车全车控制网络及通信平台,对汽车全车通信、智能化控制及提升整车性能、安全性、操控性愈加至关重要。

2、汽车电子技术的发展情况

(一)行业现状

市场情况世界汽车电子产业的发展与汽车工业的发展密切相关,美国、欧洲、日本是全球传统的主要汽车市场,也是汽车电子产业的技术领先者,掌握着国际汽车电子行业的核心技术与市场发展优势。

目前全球汽车电子产品主要市场仍集中于欧洲、北美、日本等地区,但是随着汽车制造产业向新兴国家和地区的逐步转移,中国、印度、南美等发展中国家和地区汽车电子新兴市场正快速发展。

当前新能源汽车中汽车电子成本占比已经达到47%,随着新能源汽车产量逐渐增加,汽车电子单车产值仍将持续提升。在不同档次和科技含量的汽车中,汽车电子在整车成本中的占比情况如下:

万字报告解读全球汽车电子产业发展

(二)行业特点

  • 重视安全、环保和节能

汽车电子的应用是解决安全、环保、节能的主要技术手段,例如:在节能方面,世界主要汽车生产国开始研究和应用电子模块控制的混合动力轿车、氢燃料电池混合动力轿车及纯电动轿车等。

  • 传感器性能不断提高、数量不断增加

由于汽车电子控制系统的多样化,使其所需要的传感器种类、数量不断增加,并不断研制出新型、高精度、高可靠性、低成本和智能化的传感器。在性能上,具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力,保证传感器信号的质量不受影响,在特别严酷的使用条件下能保持较高的精度;在结构上,具有结构紧凑、安装方便的优点,从而免受机械特性的影响。

  • 车用微处理器不断升级换代

随着汽车电子占整车比重不断提高,MCU(微控制单元)在汽车领域的应用将超过家电和通讯领域使用的数量,成为世界上最大的MCU应用领域。

  • 数据总线技术应用日益普及

大量数据的快速交换、高可靠性及廉价性是对汽车电子网络系统的要求。汽车内部网络的构成主要依靠总线传输技术,其优点为:减少线束的数量和线束的容积,可提高电子系统的可靠性和可维护性;采用通用传感器达到数据共享的目的;通过系统软件实现系统功能的变化,以改善系统的灵活性等。

  • 智能汽车及智能交通系统(ITS)开始应用

以卫星通信、移动通信、计算机技术为依托进行车载电子产品的开发和应用,实现计算机、通讯和消费类电子产品“3C”整合。如:车辆定位、自主导航、无线通讯、语音识别、出行信息通报、电子防撞产品、车路通讯以及多媒体车载终端等。

  • 新技术在汽车电子产品中不断得到应用

光纤在汽车信号传输中的应用、新的控制理论和方法的大量应用、蓝牙技术等都是汽车电子技术的发展趋势。

国际汽车巨头纷纷将更多的电子信息技术设备装备到整车中,而电子信息技术设备供应商也纷纷将下一个经济增长点定位在汽车电子行业上。

摩托罗拉公司认为,汽车技术发展至今,有70%的创新来源于汽车电子。汽车电子专业厂商保持快速的增长势头,而经营电子产品的跨国公司也纷纷涉足汽车电子行业,使汽车电子成为相对独立的新兴行业。

(三)行业细分

从用途来看,汽车电子可以分为四大类:动力控制系统、安全控制系统、通讯娱乐系统与车身电子系统等。汽车行业随着信息技术与消费电子等应用逐步渗透其中,传统汽车行业或将面临来自移动互联网、消费电子行业等新型行业的冲击。

  • 动力控制系统

主要指基于汽车发动机、变速箱等动力系统的传感器、控制系统等,通常用于进行发动机燃烧控制,汽车尾气循环处理(如废气再循环EGR),自动变速箱控制(自动/手自一体)。

  • 安全控制系统

分为主动安全系统与被动安全系统,主动安全控制系统是以提高汽车的主动安全性能为主要目标的控制系统,被动安全控制系统是使车辆在事故发生时大幅减低碰撞强度的控制系统。

主动安全系统包括汽车安全驾驶辅助系统、防抱死制动系统ABS、制动辅助系统BAS、驱动防滑装置ASR、电子制动辅助系统EBA、电子稳定程序ESP、车辆偏离警告系统、碰撞规避系统、胎压监测系统TPMS、自动驾驶公路系统等。被动安全系统包括安全气囊、预警式安全带等。

  • 通讯娱乐系统

车载信息系统(运用计算机、卫星定位、通讯、控制等技术来提供安全、环保及舒适性功能和服务的汽车电子设备)、车载音响、车载电视、车载导航(GPS)等。

  • 车身电子系统

转向控制、仪表仪盘、空调控制系统、汽车防盗系统、中控锁等。

通讯娱乐系统与车载电子系统开始步入增长期。根据德勤报告的数据显示,预计2012-2016E通讯娱乐系统年复合增长率将达10.8%,为各细分行业中年复合增长率最快,安全控制系统年复合增长率将为10.2%,位居第二。

3、汽车电子市场高速增长的原因

首先,中国汽车产业的繁荣直接带动了汽车电子行业的迅速崛起。中国汽车产业近几年快速发展,2014年中国汽车市场全年总销量约在2374至2418万辆左右,增长率为8%~10%。下游应用市场的快速增长对汽车电子行业的发展起到巨大的推动作用。

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其次,市场需求的迅速释放推动了汽车电子市场的增长。中国汽车产品的电子设备配备率一直处于国际水平之下,随着近几年来消费者对汽车安全性、舒适性和娱乐性的需求不断增加,引发了整车装备电子设备的热潮。

自诊断系统、电子稳定系统(ESP)、导航设备(GPS)、胎压监测(TPMS)等一大批电子控制设备成为高端汽车的标准配置,并逐步向中低端车辆渗透。

目前中国汽车电子市场又出现两个新亮点:新能源汽车电池监控管理系统、服务于汽车下乡战略的汽车低成本影音娱乐系统。随着整车的科技含量逐渐提升,单车所装备的电子产品不断增多,汽车电子在汽车成本中所占比重也有了较大提升,市场空间随之广阔。

再次,技术进步为中国汽车电子行业的快速发展打下了坚实的基础。随着中国电子信息产业的繁荣,已经发展起来的半导体、软件、计算机等产业造就了一大批工程师和技术开发人员,为汽车电子行业的发展提供了有利的技术支持。经过近年来“863计划”电动汽车重大专项的实施和汽车电控系统科研攻关开发活动热潮的兴起,一批整车厂商和科研院所拥有了汽车电子设备和电子控制单元的自主研发能力。

此外,通过技术引进和技术合作等方式,中国民族电子产业对国际先进技术和解决方案进行引进消化和再次创新,加之上游供应商如半导体供应商的积极推动,中国汽车电子行业的技术水平得到了迅速提升。

最后,众多国际领先的汽车电子厂商纷纷布局中国。如博世(Bosch)、德国大陆(ContinentalAG)、德尔福(Delphi)等国际巨头已经中国拥有数量众多的生产基地,而且也在不断根据市场需求扩大生产规模和增加产品种类。

同时民族汽车电子企业依靠成本优势和灵活的市场策略快速成长起来,在信息娱乐系统、音响系统等产品方面取得长足发展,并配合民族汽车厂商,开发车身电子,动力总成等高附加值产品。国内外汽车电子厂商的迅速发展共同促进了中国汽车电子行业的繁荣。

4、汽车电子市场结构

(一)应用结构

按照产品的功能和应用领域,中国汽车电子市场也可分为动力控制产品、底盘控制与安全产品、车身电子产品和车载电子四个细分领域。2008年动力控制、底盘控制与安全系统产品分别占据了29.5%和27.9%的市场份额,位列市场第一和第二位。

由于动力控制系统市场的主要产品EMS在汽车中的普及已经基本完成,在新应用和新产品还未大规模普及时,该市场将保持相对较慢的增长速度;在ABS(防抱死系统)和EBD(电子制动力分配系统)等基本底盘控制产品的普及率已经达到很高水平的状况下,主动安全系统的普及成为推动底盘控制与安全系统产品增长的重要因素。在汽车娱乐系统和GPS产品前装配备率的上升和车载电子后装市场快速发展的推动下,车载电子产品市场也得到了快速发展。

(二)产品结构

随着汽车销量加速上升,中国汽车电子行业快速增长,尤其是以车载CD、DVD、GPS等为代表的车载信息娱乐系统,更成为汽车电子市场增长的引擎。美元的快速贬值降低了中国商品出口的竞争力,中国汽车电子信息娱乐产品供应商开始由出口渐渐向内销转变,这造成了国内汽车电子市场竞争加剧,尤其是国际企业兼并整合加快,国内企业面临着越来越大的压力。

  • 汽车信息娱乐系统

(1)车载DVD

车载dvd是安装在汽车内为车内乘坐人员提供影音娱乐的多媒体播放系统,一般除了播放dvd格式影碟外,还支持VCD/MP3/WMA/MP4/Divx/CD/CDR/CDRW/JPEG等格式的影音文件和碟片,有的还支持SD,USB,IPOD等。根据安装在车在的位置,分为挡阳板dvd,吸顶dvd,头枕dvd等。

近几年,因交纳不起高额专利费,出口受到影响,有一些实力不强的DVD企业干脆关门大吉。另有部分企业停止传统DVD出口,重点转向价格更高、利润空间更大的高端产品。原先100%做普通DVD出口的企业,将业务重心转向移动DVD和刻录DVD、车载DVD,这一现象正在很多DVD生产商中蔓延。

(2)车载电脑CarPC

分两大类,一类叫做CarPC,是车里的固定电脑,一类叫CarBook,是车里的便携电脑,这两类产品虽同为车载电脑,但因为CarPC的产品形态的局限性,所以CarPC和CarBook在功能上存在着巨大的差异性。基于一个功能强大的电脑平台,CarPC集成了iPOD、移动DVD、PSP游戏机、笔记本电脑等多种数码娱乐产品的功能,令车上生活丰富精彩。

(3)车载冰箱

目前全国已经有300多家专门生产车载冰箱的企业,车载冰箱企业多位于广东和江浙一带,特别是在广东,车载冰箱的OEM厂商尤为众多,还有一大批传统家用冰箱的生产商也开始进入车载冰箱行业,例如海尔、科龙等企业。车载冰箱在欧洲等地的需求量非常大,而且,投资一条车载半导体冰箱的生产线,花费也不多。目前新潮电子生产的车载冰箱有70%—80%出口到海外市场,只有很少量的产品,在国内的汽车用品店等渠道销售。

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  • 驾驶辅助系统

(1)泊车辅助

最常用的泊车辅助系统就是倒车雷达系统(PDC系统),也有使用声纳传感器的,它们的作用就是在倒车时,帮助司机“看见”后视镜里看不见的东西,或者提醒司机后面存在物体。PDC系统的工作原理就是通常是在车的后保险杠或前后保险杠设置雷达侦测器,用以侦测前后方的障碍物,帮助驾驶员“看到”前后方的障碍物,或停车时与它车的距离,此装置除了方便停车外更可以保护车身不受刮蹭。

(2)高级驾驶辅助系统(ADAS)

ADAS的设计方案并不是要控制车辆,而是向驾驶员提供车辆周围环境及车辆运行状况等相关信息,提醒驾驶员注意潜在危险,从而提高行车安全性。如车道偏离警告系统采用CMOS摄像头传感器,夜视系统采用红外传感器,自适应巡航控制系统(ACC)通常采用雷达技术,而停车辅助系统则采用超声波技术。

(3)车载导航仪

受国际金融危机以及整车市场表现低迷的影响,2008年导航产品增速明显放缓。据iSuppli提供的数据,导航产品2008年销售额同比增长约25%,而2007年相对于2006年的增幅为43%。具体来说,PND(便携式导航仪)增长约30%,车载前装导航增长约16%,车载后装导航增长约26%。

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  • 汽车安全电子系统

(1)行车记录仪

行车记录仪俗称汽车的“黑匣子”,借由发动引擎随即可以录像录影的功能,透过高清镜头摄影,将车辆行驶途中的影像及声音完全纪录。当交通意外事故发生时,记录仪所记录的监控视频,就能还原事故的真实过程。从09年左右引入国内市场至今,对交通部门、保险公司在判断事故责任方的时候,起到一个很好的证据作用,保障驾驶人自我权利。

如今,行车记录仪行业红海化现象严重,市场也已趋于饱和,不少商家已经在积极寻找应对方案,希望能将行业推向良性化发展。

(2)电子狗

电子狗又称驾驶安全预警仪,是一种车载装置,由硬件系统和软件系统所组成,包括雷达、GPS定位、中央处理器和智能测速预警系统。主要是利用GPS卫星定位及雷达信号检索,提前提醒车主电子眼或测速雷达等测速设备的存在,防止因为超速等违规而被罚款和扣分。它分为普通电子狗、智能电子狗、云电子狗等。目前,云电子狗是相关企业的发展方向。

(3)汽车照明系统

汽车照明系统是汽车安全行驶的必备系统之一。它主要包括“外部照明灯具、内部照明灯具、外部信号灯具、内部信号灯具等。

近年来,市场上出现了新型HID灯以及LED灯。自从奥迪家族第一款加装LED前灯的车型R8曝光以来,发展到普遍使用的白炽灯。国际上高档轿车生产商如奔驰、宝马、丰田、福特等纷纷推出配有五彩缤纷的LED灯具的新款式轿车以吸引顾客,尤其是日本汽车对LED应用已相当广泛。被称为一生不需要更换灯泡的汽车灯,国际上汽车电子化中最耀眼的产品之一。

这种相对稳定的市场格局,有利于传统汽车电子厂商保持其在市场中的地位,但对于一些国内厂商来说,这无疑增加了其切入市场的难度。对汽车厂商来说,产品性能和质量是永远放在第一位的,所以各厂商都倾向于采购那些与其有过多年合作的,产品性能可靠的供应商的产品,而且许多汽车厂商和供应商之间本身就有紧密的联系。

这种相对稳定的格局对民族厂商来说是十分不利的,他们只能借用国外厂商的品牌做一些OEM产品,而自己的产品也多局限在简单的车身、车载领域。相信这种竞争格局在短期内不会被打破,而民族厂商依旧任重道远。

5、汽车电子行业未来发展方向和趋势

目前,汽车的创新70%来源于汽车电子产品,电子产品成本占比已经从上世纪70年代的2%,成长到现在的25%左右,未来仍将继续提升。由于汽车技术的发展主要围绕汽车安全性能、舒适便捷、节能减排/动力性能这三条诛仙进行,对应的汽车电子应用也可以分为底盘控制与安全系统、车载电子、车身电子、动力控制系统三个方面。

(一)安全系统电子技术

汽车技术发展的大趋势之一要求是电子技术在汽车安全领域里的应用,这也是我国汽车贺关键零部件能否进入欧美市场的关键所在。汽车用户认为安全性比性能、娱乐、节能扥指标更重要。

最新安全法规的制定也推动安全技术的发展,欧美对ABS/ESC和TPMS都有强制安装要求,最近欧洲正在制定安装防追尾系统的要求。车载技术使驾驶员存在分心的可能,电话、导航,甚至电影、上网等功能增加了分心导致事故的概率。因此,汽车安全技术提升需求明确。

汽车安全系统电子技术的种类概况起来,主要是主动安全和被动安全。主动安全是能够预防事故发生的技术,而被动安全是用于事故发生后为驾驶者和乘客提供保护,避免或降低伤亡程度的技术。

除了传统的设计更安全的车身和结构来提高汽车被动安全保护外,现代汽车的安全性主要通过电子技术来实现。最重要的安全性系统是通过底盘系统的电子化来实现的,电子技术在底盘系统的应用首先反映在主动安全领域,电子技术提供了最重要的技术保障。

(二)主动安全电子技术

防抱死制动系统(ABS)、牵引力控制和汽车稳定性控制系统(ESC)、轮胎气压监测和报警系统(TPMS);

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驾驶员辅助系统,如碰撞报警和防撞避免系统,车道保持系统,盲点预警系统,车尾监视系统;

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汽车碰撞避免系统:电动助力转向系统(EPS),用于车道保持和碰撞避免;

车身电子安全系统:自适应前照灯系统(AFS)、汽车电子灯光控制系统、汽车夜视系统;

线控技术:线控制动、线控转向等。

目前,全球最重要的主动安全技术是ABS/ESC,而ESC更是核心所在,该系统的普及推广和市场前景高于EPS和ACC等。值得一提的是,ESC也是一体式汽车底盘控制系统的核心和集成基础,系统的集成都是围绕ESC来实现的。

(三)被动安全电子技术

电控/智能自动收紧安全带;

电控/智能安全气囊;

主动头部保护系统;

侧翻乘客保护系统;

事故安全助手等。

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(四)车载电子系统技

  • 智能导航系统

智能导航/智能交通系统(ITS)。通过车载终端的定位及通信系统收集车辆和道路信息,智能交通系统可以实现目标监控、调度及道路交通信息服务、车辆辅助导航等。

ITS的开发将于电子、卫星定位、通讯等多个学科相结合。从全球定位卫星和智能交通网络获取沿路天气、前方道路车流量、交通事故、交通堵塞等各种情况,根据驾驶员提供的目标资料,向其提供距离最短并能绕过拥堵区域的最佳行驶路线。

  • 车载信息系统

车载信息系统(Telematics,车联网)。实现汽车与外界的网络连接,提供如车载电话、GPS导航、实时交通信息、多媒体娱乐、Car2Car通讯等。车联网通常也包括与安全相关的功能,如遥控门锁、防盗报警、远程故障诊断及其他紧急事故发生时的必要装置。在这里,汽车相当于一台移动的网络终端,并与ITS连接,共享信息。

  • 自动汽车空调控制

根据设置在车内外的温度传感器输出的信息,由ECU中的微机计算出经过空调热交换后进入车内应该达到的出风温度;自动将车内温度保持在设定的温度值范围,是车内温度、湿度始终处于最佳值,为驾驶员和乘客提供一个舒适的乘车环境。

(五)汽车电子系统趋势:智能化、网络化、集成化

现代汽车通过电子化的渗透,完成安全、舒适、节能等要求,汽车上的电控单元越来越多,传感器和线束也成倍增长。汽车计算机系统与驾驶员、乘客的交互也越来越多,“人机交互”的关注度快速提升,触摸屏、声控等新技术也逐渐融入汽车电子领域。未来汽车电子系统将向智能化、网络化、集成化趋势演进。

  • 智能化:信息输入输出

汽车电子在快速发展的过程中,传感技术、计算机技术、网络技术在汽车上得到了广泛的应用,现代汽车技术正朝着更加主动智能化趋势的方向发展,以达到“人、车、环境”的智能协调。传感技术和网络技术在智能化中具有至关重要的作用。

控制系统的智能化特点是系统能够主动协助驾驶员采取必要的动作,体现在系统必须具有三个方面的特征,即:具有“实时感知”、“判断决策”、“操控执行”的能力。

系统的“感知”能力是空过各种传感器和网络提供的环境信息得到的;电控单元通过算法软件,对传感器信号进行处理,对驾驶员的动作意图进行分析判断、对系统自身状态和周边环境状态进行分析,最终做出适当的判断,发出必要的控制指令,执行机构根据控制器的指令采取动作,协助驾驶员操控或自主操控汽车。

实际上,目前正在开发的具有高度反应性的驾驶员辅助系统等都具有相当高的智能化程度。

  • 网络化:总线信息共享

随着越多越多的电子系统在汽车上的应用,汽车电子技术功能的日益强大和系统的日益复杂化,车载电子设备间的数据通信共享和各个系统间的功能协调变得越来越重要。数据的快速交换、高可靠性及低成本是对汽车电子网络系统的要求。

利用总线技术将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等联接起来,从而构成汽车内部局域网,并通过协议进行相互通信,实现各系统间的信息等资源的共享。

在系统中,各子处理机独立运行,控制改善汽车某一方面的性能,同时也为其他电子装置提供数据服务。汽车网络总线技术得到了很大的发展,并正在快速推广应用。汽车总线技术使汽车形成一个网络。

它的主要优点包括:大大减少汽车线束的数量、连接点和重量,提高系统的可靠性和可维护性;采用通用传感器,达到数据信息共享目的;改善系统的灵活性,即通过软件可实现系统功能的变化。

全面采用网络控制技术已成为大车企的追求,通过总线实现车内信息交互,成为提高汽车性能和减少线束数量的有效途径。

  • 集成化:跨系统一体化

电控系统本身是一个机电一体的集成系统,包括传感器、执行器、ECU,但单一的机电一体系统已经满足不了汽车技术发展的需要和市场的要求,这里所讲的一体化集成,更重要的是系统和系统之间的一体化集成,这是当前汽车电子技术发展的重要趋势。

集成控制系统通过总线进行网络通讯,通过传感器和系统之间的信息共享,控制器对各子系统进行协调和优化,使车辆的整体系统性能水平达到最佳,保证车辆行驶的安全性,改进汽车的操纵性,优化汽车的稳定性,提高舒适性,燃油经济性等。除系统性能的加强外,一体化集成可以达到降低系统总体成本或提高汽车价值的目的。

当前最典型的的两个集成领域在底盘一体化集成和动力传动系统的集成。如碰撞避免系统ACC,ESC&EPS系统的集成。该系统在应用防撞雷达和ACC功能的基础上发展起来,系统集成影像系统技术,识别行车道,也可以在汽车两侧装有雷达或其他类型的传感器,用以探测本身车辆与两边邻近行车道上车辆/物体的距离。根据需要和道路状况,系统通过与ESC系统的集成,能够实现高强度的紧急制动能力,实现防撞。

这是一个具有高度反应性的驾驶员辅助系统,智能化程度比较高。通过与EPS系统的集成,系统能够实现紧急换道避撞和自动超车这一更高级的主动安全功能。当然,这一系统技术目前在国外还没有完全成熟。

结语:随着汽车的大量应用,人们对汽车的安全性和舒适性要求越来越高,解决这些问题,很大程度上依赖于电子技术。近十几年来汽车工业的技术进步很大程度上是应用电子技术,特别是应用计算机(微处理机)和集成电路的结果。电子技术的应用已经改变了汽车的面貌,已成为影响汽车发展的核心技术。

文章来源:CEF中电展

 



 

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