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1、2022 年深度行业分析研究报告 目目 录录 1.车内通信架构变革是智能网联汽车进一步发展的必经之路车内通信架构变革是智能网联汽车进一步发展的必经之路.7 1.1.政策+需求催动下智能网联汽车前景明确、空间广阔.7 1.2.软件和电子将成为核心竞争力,感知、传输、决策都将受益.12 1.3.车内通信架构作为智能网联的基础技术,升级换代需求强烈.14 2.传统车内通信网络发展回顾:重可靠性、轻传输速度传统车内通信网络发展回顾:重可靠性、轻传输速度.16 2.1.车内通信网络:汽车的神经系统、负责数据传输处理的核心部件.16 2.2.CAN 总线:可靠性为王.20 2.3.LIN 总线:低成本覆盖
2、低速场景.21 2.4.FlexRay 总线:较高速度高容错、较灵活拓扑结构.22 2.5.MOST 总线:光纤传输、专精多媒体.23 2.6.传统汽车总线架构:技术成熟成本低但智能网联趋势下可拓展性低.24 3.汽车电子电器架构(汽车电子电器架构(EEA)演化:高速、大算力为刚需)演化:高速、大算力为刚需.26 3.1.传统分布式架构已经无法满足未来的车内通信需求.26 3.1.1.车内有限空间下传统架构复杂度高、可扩展性低.26 3.1.2.传感器增加以及 OTA 功能对于传输速度的需求大幅上涨.27 3.2.域集中到中央集中,集成度不断增加下传输及算力要求同步提高.28 3.3.主机厂域
3、集中架构一览:特斯拉遥遥领先,小鹏走在国内前列.29 3.4.域集中趋势下智驾域和座舱域控制器作为核心零部件将快速放量.36 3.5.车规级高算力 AI 芯片决定自动驾驶发展上限,关注配套项目进度.38 4.车载以太网:针对数据传输需求痛点,技术车载以太网:针对数据传输需求痛点,技术&市场前景广阔市场前景广阔.42 4.1.车载以太网发展大幅落后计算机以太网,技术提升潜力巨大.42 4.2.车载以太网发展回顾:资历尚浅,潜力无限.43 4.2.1.车载以太网发展联盟:AVnu+OPEN Alliance SIG.43 4.2.2.车载以太网物理层技术:芯片+介质,仍由外国厂商主导.43 4.2
4、.3.车载以太网 OSI 模型架构:与计算机互联网领域互通性强.43 4.2.4.车载以太网拓扑结构灵活,可更好平衡成本与性能需求.45 4.3.车载以太网优势:高速率强可扩展性满足汽车不断迭代发展需求.46 4.4.车载以太网应用场景:从网关-骨干网向更下沉场景功能渗透.48 5.AUTOSAR 支持集中化架构软件开发,软件厂商大有可为支持集中化架构软件开发,软件厂商大有可为.49 5.1.AUTOSAR 通过软件模块化助力车内软件开发迭代.49 5.2.AUTOSAR:从 CP 演化到 AP 以适应自动驾驶兴起和车载以太网.49 6.车内通信相关产业链梳理:高速连接器迎发展机遇车内通信相关
5、产业链梳理:高速连接器迎发展机遇.51 6.1.车内通信架构相关产业链各环节主要仍由外国厂商主导.51 6.2.车载以太网市场空间前景广阔,核心软硬件领域静候国内厂商成长.53 6.3.借力新能源弯道超车,国内汽车线束连接器迎历史性机遇.54 6.4.高精度定位单元成 L3 发展刚需,传统导航企业转型切入.60 7.推荐标的推荐标的.62 7.1.中科创达:汽车软件持续受益架构集中化开发需求.62 7.2.德赛西威:大算力域控先发优势,智能驾驶业绩高速释放.62 7.3.经纬恒润:ADAS 领域龙头,充分受益汽车智能网联化趋势.63 7.4.华测导航:有望成为汽车高精度组合导航定位单元国内龙头
6、.64 7.5.瑞可达:新能源汽车连接器龙头供应商.65 图表目录图表目录 图图 1:汽车新四化趋势:汽车新四化趋势.7 图图 2:2024 年全球智能网联汽车出货年全球智能网联汽车出货 7620 万辆,增速万辆,增速 14.5%.9 图图 3:2025 年中国智能网联汽车出货年中国智能网联汽车出货 2490 万辆,增速万辆,增速 16.1%.9 图图 4:全球智能网联汽车市场空间:全球智能网联汽车市场空间 5 年增速年增速 12.5%.9 图图 5:2026 年中国智能网联汽车市场规模近年中国智能网联汽车市场规模近 6000 亿元亿元.9 图图 6:智能网联功能新车渗透率增长中国快于全球:智
7、能网联功能新车渗透率增长中国快于全球.10 图图 7:2030 年年 L2+(SAE)级自动驾驶渗透率将达约)级自动驾驶渗透率将达约 70%.11 图图 8:中国具备:中国具备 L2+OTA 功能新车渗透率超功能新车渗透率超 20%.11 图图 9:国内自主品牌主机厂自动驾驶等级迭代时间:国内自主品牌主机厂自动驾驶等级迭代时间.12 图图 10:2028 年全球年全球 ADAS 市场规模将达市场规模将达 586 亿美元亿美元.12 图图 11:2025 年中国年中国 ADAS 市场规模将达到市场规模将达到 2250 亿元亿元.12 图图 12:汽车软件和电子电器市场规模增速快于整车:汽车软件和
8、电子电器市场规模增速快于整车.13 图图 13:汽车软件和电子市场增速快于整车(十亿美元):汽车软件和电子市场增速快于整车(十亿美元).14 图图 14:2030 年年 DCU 市场规模(十亿美元)市场规模(十亿美元).14 图图 15:车内通信为智能网联汽车主要通信场景之一:车内通信为智能网联汽车主要通信场景之一.14 图图 16:车内通信是车端关键技术:车内通信是车端关键技术.14 图图 17:智能网联技术体系架构概览:智能网联技术体系架构概览.15 图图 18:点对点通信到:点对点通信到 CAN 总线通信总线通信.16 图图 19:传统总线演:传统总线演进时间线进时间线.17 图图 20
9、:奥迪:奥迪 A6 轿车车载网络总线系统拓扑图轿车车载网络总线系统拓扑图.19 图图 21:车内网络总线应用:车内网络总线应用.20 图图 22:CAN 网络及节点结构网络及节点结构.20 图图 23:CAN 报文数据帧格式报文数据帧格式.21 图图 24:CAN 总线仲裁总线仲裁机制机制.21 图图 25:LIN 总线结构总线结构.22 图图 26:LIN 报文帧结构报文帧结构.22 图图 27:FlexRay 总线结构总线结构.23 图图 28:MOST 总线数总线数据类型据类型.24 图图 29:MOST 总线信息帧结构总线信息帧结构.24 图图 30:CAN、LIN 总线仍是车内应用最
10、多的总线架构总线仍是车内应用最多的总线架构.24 图图 31:车内架构复杂度随着功能增加快速提升:车内架构复杂度随着功能增加快速提升.26 图图 32:车内网络架构愈加复杂:车内网络架构愈加复杂.27 图图 33:汽车是代码最复杂的产品之一:汽车是代码最复杂的产品之一.27 图图 34:自动驾驶传感器所需带宽:自动驾驶传感器所需带宽3000Mbps.27 图图 35:OTA 架构架构.27 图图 36:汽车:汽车 EEA 向域集中、中央集中发展向域集中、中央集中发展.28 图图 37:近:近年来年来 EEA 创新驱动架构向区域控制演化创新驱动架构向区域控制演化.28 图图 38:分布式架构:分
11、布式架构域控架构域控架构区域架构区域架构.29 图图 39:特斯拉:特斯拉 Model S 及及 Model X 拓扑图拓扑图.30 图图 40:特斯拉:特斯拉 Model 3 拓扑图拓扑图.31 图图 41:沃尔沃:沃尔沃 SP1.0 经典域集中架构经典域集中架构.31 图图 42:沃尔沃:沃尔沃 SP2.0 区域集中架构区域集中架构.31 图图 43:上汽零束区域集中架构方案:上汽零束区域集中架构方案.32 图图 44:大众:大众 ID.4X 架构架构.32 图图 45:宝马电子电器架构演化:宝马电子电器架构演化.32 图图 46:奥迪中央计算集:奥迪中央计算集群群.32 图图 47:小鹏
12、:小鹏 SEPA 平台平台.33 图图 48:小鹏:小鹏 X-EEA3.0 架构架构.33 图图 49:理想:理想 EEA 路径:分布式路径:分布式-域控域控-中央计算中央计算.33 图图 50:理想:理想 LEEA3.0 CCU 中央计算平台架构中央计算平台架构.33 图图 51:理想:理想 L9 搭载映驰科技搭载映驰科技 TSN 以太网协议栈以太网协议栈.34 图图 52:蔚来:蔚来 ES8 架构架构.34 图图 53:蔚来底盘域控:蔚来底盘域控 ICC 及智驾域控及智驾域控 ADAM.34 图图 54:长城:长城 GEEP 架构演进路线架构演进路线.35 图图 55:华为:华为 CC 架
13、架构构.35 图图 56:智能驾驶域控制器硬件架构:智能驾驶域控制器硬件架构.36 图图 57:伟世通域控制器方案:伟世通域控制器方案.36 图图 58:中国乘用车自动驾驶域及座舱域控制器出货量将快速增长:中国乘用车自动驾驶域及座舱域控制器出货量将快速增长.37 图图 59:自动驾驶算力需求随着自动驾驶等级提升呈指数级增长:自动驾驶算力需求随着自动驾驶等级提升呈指数级增长(TOPS).39 图图 60:英伟达合作车企,新势力头部厂商在列:英伟达合作车企,新势力头部厂商在列.40 图图 61:英特尔:英特尔 Mobileye EyeQ 系列芯片出货量及增速情况系列芯片出货量及增速情况.40 图图
14、 62:Mobileye 2022 年年 CES 新推出三款芯片新推出三款芯片.41 图图 63:Mobileye 主要整车厂和其他客户情况主要整车厂和其他客户情况.41 图图 64:车载以太网从:车载以太网从 10Gbps 向向 100Gbps 迈进迈进.42 图图 65:以太网速度迭代速度远超车内总线技术:以太网速度迭代速度远超车内总线技术.42 图图 66:车载以太网标准发展显著滞后:车载以太网标准发展显著滞后.42 图图 67:车内网络带宽落后以太网:车内网络带宽落后以太网 8 年年.42 图图 68:100BASE-T1 可显著降低线缆成本和质量可显著降低线缆成本和质量.43 图图
15、69:BroadR-Reach 系统图系统图.43 图图 70:车载以太网协议架构:车载以太网协议架构.44 图图 71:星型和菊花链型拓扑结构:星型和菊花链型拓扑结构.45 图图 72:以太网树型拓扑结构:以太网树型拓扑结构.45 图图 73:以太网具备传输速度:以太网具备传输速度和相对成本优势和相对成本优势.47 图图 74:汽车网络数据传输速度需求呈指数级增长:汽车网络数据传输速度需求呈指数级增长.47 图图 75:以太网为骨干的汽车域集中架构:以太网为骨干的汽车域集中架构.48 图图 76:车载以太网应用案例:车载以太网应用案例.48 图图 77:车载以太网应用:车载以太网应用.48
16、图图 78:安波福:安波福 SVA 平台能显著平台能显著降低整车成本降低整车成本.49 图图 79:基于:基于 AUTOSAR 的架构项目示例的架构项目示例.49 图图 80:AUTOSAR CP.50 图图 81:AUTOSAR AP.50 图图 82:2030 年中国年中国车载以太网市场空间超车载以太网市场空间超 1000 亿元,亿元,CAGR=52.60%.53 图图 83:车载以太网产业链:外企处于主导地位:车载以太网产业链:外企处于主导地位.54 图图 84:国外厂商主导车载以太网软硬件:国外厂商主导车载以太网软硬件.54 图图 85:汽车线束组成及要求:汽车线束组成及要求.55 图
17、图 86:全球汽车线束行业集中度高:全球汽车线束行业集中度高.55 图图 87:全球连接器行业市场规模及增速情况:全球连接器行业市场规模及增速情况.56 图图 88:中国连接器行业市场规模及增速情况:中国连接器行业市场规模及增速情况.56 图图 89:全球连接器市场规模细分地区情况:全球连接器市场规模细分地区情况.56 图图 90:全球连接器市场规模细分领域情况:全球连接器市场规模细分领域情况.56 图图 91:Top10 连接器厂商份额不断提升连接器厂商份额不断提升(亿美元亿美元).57 图图 92:全球连接器市场竞争格局:全球连接器市场竞争格局.57 图图 93:全球汽车连接器市场规模及增
18、速情况:全球汽车连接器市场规模及增速情况.57 图图 94:中国汽车连接器市场规模及增速情况:中国汽车连接器市场规模及增速情况.57 图图 95:2021 年全球汽车连接器市场细分地区情况年全球汽车连接器市场细分地区情况.58 图图 96:汽车连接器车内应用领域情况(:汽车连接器车内应用领域情况(2019).58 图图 97:连接器产业链情况:连接器产业链情况.58 图图 98:汽车连接器车内应用:汽车连接器车内应用.58 图图 99:电动汽车线束及连接器市场规模:电动汽车线束及连接器市场规模.59 图图 100:整车:整车线束示例线束示例.60 图图 101:中国新能源汽车连接器市场规模快速
19、增长:中国新能源汽车连接器市场规模快速增长.60 图图 102:汽车连接器行业集中度相对较高(:汽车连接器行业集中度相对较高(2019).60 图图 103:中国汽车高速连接器市场规模(亿元):中国汽车高速连接器市场规模(亿元).60 图图 104:Appolo 定位系统框架定位系统框架.61 图图 105:中国高精度市场规模快速增长(亿元):中国高精度市场规模快速增长(亿元).61 图图 106:HPC 架构软件开发量将大幅增长架构软件开发量将大幅增长.62 图图 107:德赛西威智驾域控制器规划:德赛西威智驾域控制器规划.63 图图 108:德赛西威智能驾驶布局:德赛西威智能驾驶布局.63
20、 图图 109:经纬恒润智能驾驶产品矩阵丰富:经纬恒润智能驾驶产品矩阵丰富.63 图图 110:2020 年中国自主品牌年中国自主品牌 ADAS 市场竞争格局市场竞争格局.63 图图 111:2020 年中国年中国 T-Box 产品装配量情况产品装配量情况.64 图图 112:2020 年中国年中国 T-Box 产品市场竞争格局情况产品市场竞争格局情况.64 图图 113:华测导航地基增强:华测导航地基增强+GNSS/INS 解决方案解决方案.64 图图 114:组合导航结合惯性:组合导航结合惯性/卫星导航优点卫星导航优点.64 图图 115:瑞可达产品在:瑞可达产品在新能源汽车行业的应用新能
21、源汽车行业的应用.65 图图 116:瑞可达综合解决方案:瑞可达综合解决方案.65 图图 117:瑞可达客户概览:瑞可达客户概览.65 表表 1:我国主要智能网联汽车相关政策文件:我国主要智能网联汽车相关政策文件.7 表表 2:SAE 自动驾驶等级划分自动驾驶等级划分.10 表表 3:我国自动驾驶汽车分级标准:我国自动驾驶汽车分级标准 GB/T 40429-2021.11 表表 4:四大主要传统总线技术对比:四大主要传统总线技术对比.17 表表 5:SAE 汽车网络分汽车网络分类类.18 表表 6:集成式设计与分布式设计对比:集成式设计与分布式设计对比.29 表表 7:主流:主流 OEM 的域
22、控架构的域控架构.35 表表 8:主要座舱域及智驾域控制器供应商:主要座舱域及智驾域控制器供应商.37 表表 9:主流汽车:主流汽车 AI 芯片对比芯片对比.39 表表 10:TSN 与与 TTEthernet 对比对比.44 表表 11:车载网络技术的比较:车载网络技术的比较.46 表表 12:AUTOSAR 经典平台与自适应平台的区别经典平台与自适应平台的区别.50 表表 13:汽车通信架构成本要素概览及相关产品线:汽车通信架构成本要素概览及相关产品线.51 表表 14:部分车内通信网络相关产品:部分车内通信网络相关产品.52 表表 15:车内网络架构相关供应商:车内网络架构相关供应商.5
23、2 表表 16:车内通信架构相关细分产业及公司:车内通信架构相关细分产业及公司.55 表表 17:汽车连接器分类及应用:汽车连接器分类及应用.58 1.车内通信架构变革车内通信架构变革是智能网联汽车进一步发展的必经之路是智能网联汽车进一步发展的必经之路 1.1.政策+需求催动下智能网联汽车前景明确、空间广阔 新四化指引汽车未来发展方向,智能化、网联化方兴未艾。新四化指引汽车未来发展方向,智能化、网联化方兴未艾。以特斯拉为代表的新势力车企给传统汽车行业带来了全新的开发理念和技术,未来汽车作为手机之后另一大移动终端,对自动驾驶和网联功能的需求已成产业共识。汽车新四化(网联化、智能化、电动化、共享化
24、)趋势中,电动化和共享化的产业链和商业模式已较为成熟,而智能化(自动驾驶)和网联化(车联网)能够为用户提供个性化和更舒适的驾驶及娱乐体验,是车企在行业发展新浪潮中体现品牌区分度的重要抓手。智能化和网联化技术对技术和产业链的要求高,目前尚在发展初期,如自动驾驶系统感知方案和电子电器架构仍处于应用与探索并行的阶段。图图 1:汽车新四化趋势汽车新四化趋势 资料来源:麦肯锡,东北证券 政策文件指引频出,政策文件指引频出,规范标准不断细化,规范标准不断细化,加速加速推动推动智能网联汽车发展进程。智能网联汽车发展进程。针对智能网联汽车产业,我国政府先后指定出台多项政策规范、指导意见等,从短期、中期和长期促
25、进智能网联汽车产业标准体系建设和技术应用发展。2018 年 12 月,工信部发布车联网(智能网联汽车)产业发展行动计划,目标 2020 年车联网渗透率达到30%、新车L2搭载率达到30%、联网车载信息服务终端新车装配率达到60%;且技术体系可以支撑 L3。2020 年 2 月,十一部委联发智能汽车创新发展战略,提出智能汽车产业发展战略目标,2025年L3可规模化量产,L4于特定场景下应用;2020 年 11 月,发布智能网联汽车技术路线图 2.0,目标 L2、L3 级智能网联新车占比于 2025 年达到 50%;2030 年超过 70%;2025 年 C-V2X 渗透率达到 50%,2030年
26、基本普及。表表 1:我国主要智能网联汽车相关政策文件我国主要智能网联汽车相关政策文件 发布时间发布时间 政策文件政策文件 内容要点内容要点 发布部门发布部门 2017 年 12 月 促进新一代人工智能产业发展三年行动计划 2020 年建立智能网联汽车智能化平台,支撑高度自动驾驶(HA 级)。工信部 2017 年 12 月 国家车联网产业标准体系建设指南(智能网联汽车)建立智能网联汽车标准体系,2020 年 30 项以上标准支撑驾驶辅助和低级别自动驾驶、2025 年 100 项以上标准支撑高级别自动驾驶。工信部 2018 年 4 月 智能网联汽车道路测试管理规范(试行)的通知 指导各省、市开展智
27、能网联汽车道路测试与示范应用工作。工信部、公安部、交通运输部 2018 年 12 月 车联网(智能网联汽车)产业发展行动计划 2020 年车联网渗透率 30%、新车 L2 搭载率 30%、联网车载信息服务终端渗透率 60%;技术体系支撑 L3。工信部 2020 年 2 月 智能汽车创新发展战略 2025 年 L3 规模化生产,L4 特定环境下市场化应用。LTE-V2X 等实现区域覆盖,5G-V2X 在部分城市、高速公路开展应用,高精度时空基准服务网络全覆盖。发改委、工信部等 11部门 2020 年 8 月 关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见 2035 年泛在感知设施、先进传输网络、
28、北斗时空信息服务在交通运输行业深度覆盖;公路感知网络与基础设施同步规划建设,重点路段全天候多要素感知。交通运输部 2020 年 11 月 智能网联汽车技术路线图 2.0 2025 年 L2、L3 渗透率 50%,2030 年超过 70%;2025年 C-V2X 渗透率 50%,2030 年基本普及。工信部等 2021 年 2 月 国家综合立体交通网规划纲要 2035 年交通基础设施数字化率 90%,基本实现交通网基础设施全要素全周期数字化,实现北斗服务交通运输感知全覆盖。智能网联技术达到世界先进水平。中共中央、国务院等 2021 年 4 月 智能网联汽车生产企业以及产品准入管理指南(试行)(征
29、求意见稿)依法收集、使用和保护个人信息,境内信息数据境内存储;智能网联汽车产品应具有数据记录和存储功能 工信部 2021 年 7 月 智能网联汽车道路测试与示范应用管理规范(试行)进一步完善智能网联汽车路测规范,对驾驶人、车辆、道路申请等方面做出细致要求,9 月 1 日起施行。工信部、公安部、交通运输部 2021 年 8 月 关于加强智能网联汽车生产企业及产品准入管理的意见 明确管理范围、强化企业主体责任;加强数据和网络安全管理能力;规范软件在线升级 工信部 2022 年 1 月“十四五”现代综合交通运输体系发展规划 加强智能网联汽车、自动驾驶、车路协同等领域技术研发;在智能交通领域开展 5G
30、 应用场景和产业生态试点示范;构建“车-路-交通管理”一体化智能管理系统 国务院 2022 年 7 月 深圳经济特区智能网联汽车管理条例 L3 和 L4 应当具有人工驾驶模式和相应装置,并配备驾驶人。L5 可不配备驾驶人,限于划定路段行驶。交通违法或者责任事故,有驾驶人的由驾驶人承担违法和赔偿责任;L5 由车辆所有人、管理人承担。深圳市人民代表大会常务委员会 2022 年 8 月 自动驾驶汽车运输安全服务指南(试行)(征求意见稿)从事运输经营的 L3 和 L4 应当配备驾驶员,L5 应当配备远程驾驶员或安全员。汽车应当具备车辆运行状态记录、存储和传输功能,自动记录和存储事发前至少90 秒至事发
31、后至少 30 秒的运行状态信息。交通运输部 2022 年 8 月 上海市加快智能网联汽车创新发展实施方案 2025 年上海智能网联汽车产业规模 5000 亿元,L2 和L3 渗透率 70%,L4 实现特定场景商业化应用。上海市政府 资料来源:国务院、工信部等政府官网,东北证券整理 新四化需求及政府助力催动新四化需求及政府助力催动智能网联汽车智能网联汽车出货量快速提升出货量快速提升,中国速度快于全球。,中国速度快于全球。需求推动下,全球智能网联汽车出货量和渗透率快速提升。IDC 预测,2024 年全球搭载智能网联系统的新车出货量将达到 7620 万辆,智能网联系统搭载率将达 71%,2020-2
32、024 年年复合增长率 14.5%。中国智能网联汽车增速和渗透率均高于全球,IDC 预测到 2025 年中国智能网联汽车出货量将从 2021 年的 1370 万辆增至 2490 万辆,智能网联系统装配率将达到 83%,2021-2025 年年复合增长率 16.1%。图图 2:2024 年年全球全球智能网联汽车出货智能网联汽车出货 7620 万万辆,增速辆,增速 14.5%图图 3:2025 年中国智能网联汽车出货年中国智能网联汽车出货 2490 万辆,增速万辆,增速 16.1%资料来源:IDC,东北证券 资料来源:IDC,东北证券 智能网联汽车相关产业规模快速成长智能网联汽车相关产业规模快速成
33、长,2026 年中国智能网联汽车市场规模近年中国智能网联汽车市场规模近 6000亿元亿元。Business Research 预测到 2026 年,包含乘用车、Robo-Taxi、共享汽车、车路协同等所有相关应用及服务的全球自动驾驶汽车产业链市场规模将从 2021 年的8202.9 亿美元增至 14754.7 亿美元,年复合增长率 12.5%。前瞻产业研究院预测,2026 年中国智能网联汽车产业规模将达到 5859 亿元,2016-2026 年年复合增长率达到 22.15%。图图 4:全球全球智能网联汽车市场空间智能网联汽车市场空间 5 年增速年增速 12.5%图图 5:2026 年中国智能网
34、联汽车市场规模近年中国智能网联汽车市场规模近 6000 亿元亿元 资料来源:Business Research,东北证券 资料来源:前瞻产业研究院,东北证券 中国智能网联汽车发展速度中国智能网联汽车发展速度位居位居世界前列世界前列,相关产业链有望率先受益,相关产业链有望率先受益。中国受益国家政策大力支持及新势力厂商如特斯拉、小鹏、蔚来、理想等的鲶鱼效应,发展进度高于全球平均水平,此外新能源汽车快速发展给了我国汽车弯道超车的机会,。依据 IHS Markit 数据及预测,中国智能网联功能新车渗透率在 2020 年超过世界渗透率,到 2025 年将达到 75.90%,高于全球的 59.40%。44
35、.458.365.972.276.231.3%13.0%9.6%5.5%0%5%10%15%20%25%30%35%00708090202020224出货量(百万辆)同比增速(右轴)13.716.318.821.824.918.98%15.34%15.96%14.22%10%11%12%13%14%15%16%17%18%19%20%0502242025出货量(百万辆)同比增速(右轴)820.29 931.34 1,044.87 1,172.25 1,315.15 1,475.47 020040060080
36、0022023202420252026市场空间(十亿美元)7929986288535503585926%23%35%54%13%23%17%12%14%10%0%10%20%30%40%50%60%01,0002,0003,0004,0005,0006,0007,000市场空间(亿元)同比增速(右轴)图图 6:智能网联功能新车渗透率增长中国快于全球智能网联功能新车渗透率增长中国快于全球 资料来源:IHS Markit,东北证券 依据操作控制主体、驾驶员接管、场景限制等标准,依据操作控制主体、驾驶员接管、场景
37、限制等标准,自动驾驶分自动驾驶分为为 L0-L5 共共 6 个等个等级级,L5 为完全自动驾驶为完全自动驾驶,标准明晰助为智能网联汽车产业发展铺平道路,标准明晰助为智能网联汽车产业发展铺平道路。国际汽车工程师协会 SAE(Society of Automotive Engineers)J3016 标准将自动驾驶功能分成L0-L5 五级,L0 为人工驾驶,从 L1 到 L5 车辆接管的功能越来越多,需要人工介入的场景逐级减少,到 L5 实现所有场景车辆操作的完全自动驾驶。国内也针对自动驾驶推出了自己的分级标准,2020 年 3 月工信部公示 汽车驾驶自动化分级 推荐;2021 年市场监管总局、标
38、准化管理委员会正式出台汽车驾驶自动化分级国家推荐标准(GB/T 40429-2021),于 2022 年 3 月 1 日起正式实施。国内标准与 SAE 标准大体相同,不同点在于国内 L0 级别为应急辅助,自动驾驶系统可参与部分目标与时间探测和响应。表表 2:SAE 自动驾驶等级划分自动驾驶等级划分 分级分级 名称名称 定义定义 驾驶操作驾驶操作 周边监控周边监控 接管接管 场景场景 L0 人工驾驶 由人类驾驶者全权驾驶汽车 人类驾驶员 人类驾驶员 人类驾驶员 无 L1 辅助驾驶 车辆对方向盘和加减速中的一项操作提供驾驶,人类驾驶员负责其余驾驶动作。人类驾驶员和车辆 人类驾驶员 人类驾驶员 限定
39、场景 L2 部分自动驾驶 车辆对方向盘和加减速中的多项操作提供驾驶,人类驾驶员负责其余驾驶动作。车辆 人类驾驶员 人类驾驶员 L3 条件自动驾驶 由车辆完成绝大部分驾驶操作,人类驾驶员需保持注意力集中以备不时之需。车辆 车辆 人类驾驶员 L4 高度自动驾驶 由车辆完成所有驾驶操作,人类驾驶员无需保持注意力,但限定道路和环境条件。车辆 车辆 车辆 L5 完全自动驾驶 由车辆完成所有驾驶操作,人类驾驶员无需保持注意力 车辆 车辆 车辆 所有场景 资料来源:SAE,东北证券 30.70%38.40%45.00%49.40%52.20%55.10%57.60%59.40%24.90%35.30%48.
40、80%53.30%59.80%66.00%72.10%75.90%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%2002242025全球中国 表表 3:我国自动驾驶汽车分级标准我国自动驾驶汽车分级标准 GB/T 40429-2021 分级分级 名称名称 车辆横向纵向控制车辆横向纵向控制 目标和时间探测与目标和时间探测与响应响应 动态驾驶任务接管动态驾驶任务接管 场景场景 L0 应急辅助 驾驶员 驾驶员和系统 驾驶员 有限制 L1 部分驾驶辅助 驾驶员和系统 驾驶员和系统 驾驶员 有限制 L2 组合驾驶
41、辅助 系统 驾驶员和系统 驾驶员 有限制 L3 有条件自动驾驶 系统 系统 动态驾驶任务后援用户(接管后成为驾驶员)有限制 L4 高度自动驾驶 系统 系统 系统 有限制 L5 完全自动驾驶 系统 系统 系统 无限制 资料来源:工信部,东北证券 L2 渗透率不断提升,渗透率不断提升,L3 即将落地即将落地。当前各大主机厂的主流智能车型大都已实现 L2级别的自动驾驶功能,新车 L2 渗透率不断提升。麦肯锡预测,到 2030 年全球新车L2 及以上等级的自动驾驶等级渗透率将从 2021 年的 20%提升至 67%,其中 L2 渗透率 57%,仍将是主流自动驾驶等级。车云数据显示,我国具备 L2+OT
42、A 功能的智能网联乘用车渗透率逐月提升,2022 年 8 月新车销量(上险数)达 415,208 辆,渗透率从 2021 年 1 月的 8.0%提升至 21.8%。从分级标准的定义中可以看出 L2 到 L3的提升是一道门槛。SAE 标准中 L3 车辆将完成大部分驾驶操作,并负责周边监控任务;我国标准中 L3 其需要车辆进行目标时间探测与相应等大部分驾驶任务,用户在需要时完成动态驾驶任务接管。L3 功能的实现对技术和安全测试的要求大幅提高,同时引发权责界定等法律问题。依据我国自主厂商的规划路线图,目前均处于L2 向 L3 过渡的 L2.5、L2.9 阶段。目前我国 L3 及以上自动驾驶应用以试验
43、和区域性示范为主,L4 甚至完全的自动驾驶大规模应用预计短期内难以实现,需要长时间的技术积累、法规体系的完善及路侧基础设施的建设。2022 年 7 月,深圳市率先立法支持 L3 上路,明确有驾驶人的智能网联汽车责任由驾驶人承担,无驾驶人智能网联其策划责任由车辆所有人和管理人共同承担。事故权责的明确标明 L3 向正式落地迈出了坚实的一步。图图 7:2030 年年 L2+(SAE)级自动驾驶渗透率将达约)级自动驾驶渗透率将达约 70%图图 8:中国具备中国具备 L2+OTA 功能新车渗透率功能新车渗透率超超 20%资料来源:麦肯锡,东北证券 资料来源:车云网,东北证券 55%46%39%32%27
44、%24%22%19%16%12%25%29%30%28%25%24%23%23%22%21%20%25%30%37%46%48%50%52%55%57%0.0%0.4%0.9%1.5%2.0%2.6%3.3%4.2%5.4%7.0%0.0%0.3%0.5%0.8%1.0%1.2%1.6%1.9%2.4%3.0%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030L0L1L2L3L419 11 17 14 18 21 19 20 27 24 31 43 38 21 33 22 28 4
45、6 39 42 8.0%8.1%9.5%8.5%10.4%12.3%11.6%12.6%15.6%13.9%17.7%18.7%16.7%17.6%21.8%21.8%20.7%23.5%21.6%21.8%0%5%10%15%20%25%0554045501月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月2021年销量(万辆)2022年销量(万辆)2021年渗透率(右轴)2022年渗透率(右轴)图图 9:国内自主品牌主机厂自动驾驶等级迭代时间国内自主品牌主机厂自动驾驶等级迭代时间 资料来源:佐思汽研,东北证券 ADAS 为当前阶段自动驾驶核心为
46、当前阶段自动驾驶核心产品产品,市场增长潜力,市场增长潜力巨大巨大。ADAS(Advanced Driver Assistance System/先进辅助驾驶系统功能)为目前汽车自动驾驶功能的主要产品载体,通过感知(摄像头、雷达等)、决策(芯片、算法等)、执行(线控制动、转向等)实现驾驶功能。目前 ADAS 产品主要为 L2 级别,新车装配率快速提升,市场空间增长潜力大。佐思汽研数据显示,2021 年中国自主品牌 ADAS 装配量达 248.9万辆,同比增长 69.6%,装配率达 29.1%;2022 年 1-4 月 ADAS 装配量 88.7 万辆,同比增长 39.5%,装配率 33.9%。随
47、着 ADAS 及 L2+自动驾驶渗透率逐渐提升,增长潜力逐步释放,预计 ADAS 市场仍有 2-3 倍增长空间。根据 Statista 数据,到 2028年全球 ADAS 市场规模将增至 585.9 亿美元,2021-2028 年复合增长率 11.40%。我国 ADAS 市场规模增速显著快于全球,根据中汽协数据,2025 年我国 ADAS 市场规模将达到 2250 亿元,2020-2025 年复合增长率 21.67%。图图 10:2028 年全球年全球 ADAS 市场规模将达市场规模将达 586 亿美元亿美元 图图 11:2025 年中国年中国 ADAS 市场规模将达到市场规模将达到 2250
48、 亿元亿元 资料来源:Statista,东北证券 资料来源:中汽协,东北证券 1.2.软件和电子将成为核心竞争力,感知、传输、决策都将受益 软件和电子软件和电子是是汽车价值量增加的汽车价值量增加的核心核心驱动因素驱动因素之一之一,成本占比逐渐提升,成本占比逐渐提升。与传统汽车相比,智能网联汽车自动驾驶、智能座舱、车联网等新功能的实现主要依靠软件算法和传感器、T-box 等新的车载电子产品,其在整车成本中的占比将逐渐提升。伴随着软件定义汽车(Software Defined Vehicle,SDV)及面向服务的框架(Service Oriented Architecture,SOA)的提出和普及
49、,整车的设计开发也将与传统产生较大变革。麦肯锡预测,到 2030 年全球汽车销售额将达到 38,000 亿美元,年复合增长率主机厂2000225长安L2.5L4长城L2.5比亚迪L4一汽L2L4吉利L2.5L3L4广汽L2.5北汽L1L2L2.5L4上汽L1L2.5L4奇瑞L1L4东风L2L2.9L2.9L2.9L2L2.9L2L2.5L2.92022L2.9L2L2.9L2.5L2.9L2L1L2L4L4L4L2.5L3L2L2.9L1L1L1L1L1L1L2272.9275.2306.6341.5380.4423.8472.
50、1525.9585.9005006007002020202242025202620272028全球ADAS市场规模(亿美元)84400025002020202242025中国ADAS市场规模(亿元)3.27%;其中软件和电子电器元件市场将增至 4,690 亿美元,年复合增长率 7.02%,是整车增长率的两倍以上。到 2030 年汽车软件和电子电器占整车价值量占比也将从 2020 年的 8.64%升至 12.34%。图图 12:汽车软件和电子汽车软件和电子电器电器市
51、场市场规模规模增速快于整车增速快于整车 资料来源:麦肯锡,东北证券 汽车软件和电子的细分市场中,汽车软件和电子的细分市场中,ECU/DCU 占比最大,占比最大,动力电子增速及集成验证服动力电子增速及集成验证服务增速较快。务增速较快。2019 到 2030 年动力电子市场增速最快,达到 18%,2030 年市场规模将达到约 700 亿美元;其次为集成验证服务,增速 10%,2030 年规模 320 亿美元。ECU/DCU 仍为其中最大的细分领域,因规模化量产效应降本效应增速仅 3%。ECU/DCU 从结构来看比重向 DCU 倾斜。2025 年 ECU 与 DCU 市场规模分别为 760亿美元和
52、210 亿美元,二者之比约为 3:1;随着域控制器的集成和发展,到 2030 年二者市场规模相当。其中自动驾驶域和座舱(信息娱乐)域向 DCU 转变较快。2025年 ADAS 的 ECU 与 DCU 市场空间之比为 4:3,到 2030 年变为 1:3;ADAS 市场空间也从350 亿美元增至 560 亿美元。2025 年座舱域ECU 与DCU 价值之比约为6:5,到 2030 年座舱大部分价值量集中在 DCU,ECU 与 DCU 之比变为 1:9。2,380 3,620 4,690 25,170 26,650 33,310 27,550 30,270 38,000 05,00010,0001
53、5,00020,00025,00030,00035,00040,000202020252030汽车软件和电子电器(亿美元)其他汽车细分行业(亿美元)图图 13:汽车软件和电子市场增速快于整车(十亿美元)汽车软件和电子市场增速快于整车(十亿美元)图图 14:2030 年年 DCU 市场规模(十亿美元)市场规模(十亿美元)资料来源:麦肯锡,东北证券 资料来源:麦肯锡,东北证券 1.3.车内通信架构作为智能网联的基础技术,升级换代需求强烈 车内车内通信架构是通信架构是智能网联汽车智能网联汽车核心技术之一核心技术之一,其其连接计算功能,连接计算功能,。智能网联汽车的通信可划分为车-车通信、车-人通信、
54、车-云通信、车-路通信和车-云通信五类场景。其中车内通信处于中心地位,与其他场景均有数据交互。车内通信通过规划控制车内各个功能单元之间信息的传递、处理及执行,使得车内的传感器、控制器和执行器能够有机地联合在一起完成高可靠低时延的数据传输和处理。从技术层面来看,智能网联汽车核心技术包括感知技术(传感器、定位、V2X);连接计算技术(E/E 架构、计算平台);预测决策技术(AI 算法等)。EE 架构相关的车内通信扮演了连接的关键角色,将传感器产生的海量数据及时可靠的传输给计算平台进行处理和决策。图图 15:车内通信为车内通信为智能网联汽车智能网联汽车主要主要通信场景通信场景之一之一 图图 16:车
55、内通信是车端关键技术车内通信是车端关键技术 资料来源:亿欧智库,东北证券 资料来源:中国信息通信研究院,东北证券 28897447068737922000350400450201920252030软件集成、验证和确认服务ECU/DCU传感器动力电子设备其他电子元器件20904376204050607080ECU-2025DCU-2025ECU-2030DCU-2030安全+ADAS/HAD信息娱乐动力总成底盘车身 图图 17:智能网联技术体系
56、架构概览智能网联技术体系架构概览 资料来源:中国信息通信研究院,东北证券 2.传统车内通信网络传统车内通信网络发展发展回顾回顾:重可靠性:重可靠性、轻传输速度、轻传输速度 2.1.车内通信网络:汽车的神经系统、负责数据传输处理的核心部件 车内车内通信通信网络指网络指基于基于 CAN、LIN 等传统通信技术建立的使得等传统通信技术建立的使得车内传感器、控制器车内传感器、控制器与执行器与执行器(ECU)之间进行及时可靠的数据传输、处理和决策的之间进行及时可靠的数据传输、处理和决策的通讯网络。通讯网络。在汽车行业早期,车内网络架构采用的都是点对点的通信模式。但随着汽车智能化和自动化程度加深,功能愈加
57、丰富,单车 ECU 和导线数量大幅增加。传统的点对点架构下一辆车的导线长度可达数千米,节点可达上千个。一方面线束的采购和装配成本大幅增加,另一方面也加剧了对车内有限空间的消耗。点对点通信到点对点通信到汽车总线汽车总线,复杂度大幅降低,可靠性及可维护性大幅提升复杂度大幅降低,可靠性及可维护性大幅提升。点对点的通信模式下,动力及车身控制中的各个功能单元都要与仪表盘进行一对一连接,各动力功能单元之间也需要相互连接,线束繁多,布线复杂。以 CAN 为代表的总线技术问世后,动力单元可连接到一条动力 CAN 上接到仪表盘,车身单元连接到车身CAN 上接到仪表盘,线束的数量和结构大大简化。传统点对点式的通信
58、架构下汽车每增加一个新功能就需要对应增加一个 ECU,增加电线和线束布线,并嵌入相应的硬件和软件,效率低且可操作性差。而分布式架构如 CAN 总线可协助车辆实现最高减重 45kg 公斤并节约空间。相比于点对点式的通信模式,分布式架构优势在于:1)允许紧密联系的功能部署在一个 ECU 上从而更简单地集成到网络上;2)损坏替换很方便;3)应用层协议和数据定义统一,任何遵循协议的供应商所生产的控制单元都可轻易添加或拆除,几乎不需要硬件和软件的修改适配,灵活性强,设计成本低。图图 18:点对点通信到点对点通信到 CAN 总线通信总线通信 资料来源:CSDN,东北证券 汽车总线技术发展历史早,迭代汽车总
59、线技术发展历史早,迭代周期长周期长,固化传统供应链及运作模式难以适应更,固化传统供应链及运作模式难以适应更快的开发需求快的开发需求。早在 1986 年博世便提出 CAN 总线技术,至今其仍是应用最广的汽车总线技术,并且在进行更新迭代。2015 年,传输速率 5Mbps 的 CAN-FD 国际 ISO 标准推出,2021 年 CiA(CAN in Automation)发布 CiA 610-1 规范(第三代),传输速度可达 10Mbps 的 CAN XL 面世,但尚未正式通过 ISO 标准。LIN 总线、FlexRay 总线和 MOST 总线的最初标准分别于 1999 年、2005 年、2006
60、 年相继提出,相关公司或联盟的建立均在 2000 年之前。对于彼时的汽车而言,这些总线技术已基本能满足车内通信需求,因此一直沿用至今,技术进步和迭代速度并不快,直到最近在智能网联汽车对车内通信需求大幅提升的冲击下,CAN 总线的迭代速度才有所加快。图图 19:传统总线演进时间线传统总线演进时间线 资料来源:ISO,虹科,东北证券整理 表表 4:四大主要传统总线技术:四大主要传统总线技术对比对比 传输介质传输介质 双绞线 单铜线 双绞线 光纤 传输速度传输速度/带宽带宽 高速 CAN:1Mbps 低速 CAN:125Kbps CAN FD:5Mbps CAN XL:10Mbps 19.6Kbps
61、 10/20Mbps MOST 20:20Mbps MOST 50:50Mbps MOST 150:150Mbps 拓扑结构拓扑结构 线型结构 线型结构 线型、星型、混合结构 环型结构 相对成本相对成本 较低 最低 较高 很高 节点数节点数 110 16 22 64 特点特点 1、实时性好。采用短帧结构,每一帧的有效字节数为 8 个;使用双绞线及差分电平信号,不易受干扰。1、通信过程中无需有仲裁和冲突管理机制的参与。2、确定性强。1、冗余性好。采用冗余备份的办法,分别由2 条总线和 2 个网络控制单元构成一个完整网络。每个 ECU 分别和 21、重量轻、占地面积小。使用聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻
62、璃)制成的塑料光纤为传输介质。与铜芯电缆母线相比,资料来源:虹科,东北证券整理 车内车内不同不同场景应用不同场景应用不同的总线技术的总线技术以满足带宽与成本的平衡以满足带宽与成本的平衡。自总线技术出现以来,各大汽车厂商及零部件供应商曾开发过种类繁多的通信协议。SAE 依据传输速度和用途将汽车网络划分为四个等级,一个典型的车内网络会同时应用多种总线技术以针对功能、安全需求不同的场景,保证可靠性的同时做到成本控制。以奥迪 A6 的车内网络架构为例,其发动机及动力相关功能接到动力 CAN 总线上、车门、座椅等功能连到舒适 CAN 总线上,音视频单元则使用 MOST 总线进行连接,各类型总线之间通过总
63、线数据诊断接口/网关进行连接。表表 5:SAE 汽车网络分类汽车网络分类 通信速度通信速度/带宽带宽 用途用途 协议协议 A 类类 0-10kbps(车身系统)灯光类、电动窗、门锁、电动椅、遥控门锁 各汽车厂商自有协议、LIN B 类类 10-125kbps(状电子仪表、驾驶信息、自动J1850、VAN、低速 CAN 2、对节点信息设置不同优先级,保证了信息实时性,可达到汽车实时响应要求。3、单线串行通信:线间干扰小,节省线束,传输距离长,成本低。4、基于标准的UART/SCI 接口(使各个原始设备供应商都能提供互相兼容的电子器件)的低成本硬件、无石英或陶瓷振荡器的从节点,降低了硬件平台的成本
64、。条总线相连,当其中 1个网络发生故障时,可以由另 1 个备份网络承担通信任务。2、能够保证信息的确定性和实时性。采用时分多路访问技术(TDMA),各设备按照优先级占用不同的时隙实现对总线的复用,满足线控系统实时性方面的要求。相同带宽减轻重量4.5kg。2、抗电磁干扰能力强。使用光信号,防止交叉线干扰和电磁辐射 稳定性可靠性。3、传输速率最高可达150Mbps。局限局限 传输速率低 传输速率低 单宿主总线访问方法受局限 更加复杂,对于 OEM 和供应商的能力要求更高,应用的成本更高。成本高昂 采用无源光技术,存在自然信号衰减的现象。应用场景应用场景 不同系统之间的通信问题。汽车仪表、ECU、控
65、制模块、变速箱、辅助刹车系统。车窗、中控、后视镜、照明灯、座椅控制、天窗、空调系统等。线控底盘和线控转向的通信 电子动力转向系统(EPS)、电子稳定控制系统(ESC)、主动悬架系统(AS)和发动机管理系统(EMS)多媒体音视频传输 拓扑结构拓扑结构示例图示例图 态信息系统)空调、故障诊断 C 类类 125kbps-1Mbps(实 时 控 制 系统)发动机控制、变速器控制、刹车控制、悬挂控制、ABS等 Safe-by-Wire、高速 CAN D 类类 1Mbps 多媒体、导航系统等 D2B Optical、MOST、IEEE1394、FlexRay 资料来源:SAE,东北证券 图图 20:奥迪奥
66、迪 A6 轿车车载网络总线系统拓扑图轿车车载网络总线系统拓扑图 发动机电控单元安全气囊带ESD的ABS车身转动速率传感器发动机电控单元转角传感器水平调节电动驻车大灯照程调节自动变速器控制单元右大灯功率模块左大灯功率模块座椅占用识别司机车门控制单元左后车门控制单元副司机车门控制单元转向柱电气挂车识别副司机记忆座椅记忆座椅/转向柱调节右后车门控制单元电能管理单元停车辅助辅助加热全自动空调舒适系统中控单元供电使用和起动授权供电2多功能方向盘左前传感器总线数据诊断接口车距调节雨刮使用和起动授权2雨水/日光识别传感器喇叭车内监控制冷剂压力和温度空气鼓风机后部天线右后传感器左后传感器右前传感器无钥匙起动授
67、权单元电话发送与接收器信息显示与操纵单元电话/Telematik导航系统CD换碟机TV调协器数字式音箱包收音机/语音输入电话受话器CANCAN动力CAN舒适CANLINLINLINLINMOST蓝牙组合仪表诊断接口 资料来源:同济大学汽车学院,东北证券 车身、动力等功能中车身、动力等功能中 CAN、LIN 总线应用最广总线应用最广,数据传输需求大的音视频则采用,数据传输需求大的音视频则采用MOST 总线总线。汽车中大部分车身控制及舒适功能(如车门、车窗、座椅、空调等)对于实时性、传输速率的要求不高,可采用低速 CAN、LIN 等传输速度不高但可靠性强、成本低廉的总线;动力、辅助驾驶相关的功能安
68、全等级要求和可靠性、实时性要求更高,采用更高速率并具备高可靠性的高速 CAN、FlexRay 总线;而音视频娱乐功能对于传输速率的要求最高,采用专门用于音视频传输的高带宽 MOST 总线。此外各大总线通过中央网关进行数据交互传输。CAN 总线、LIN 总线、FlexRay 总线和 MOST 总线是截至目前应用最广的传统总线技术。图图 21:车内网络总线应用车内网络总线应用 资料来源:IEEE,东北证券 2.2.CAN 总线:可靠性为王 1)CAN 总线简介:总线简介:CAN(Controller Area Network/控制器局域网络总线)是德国博世(BOSCH)公司在 1986 年开发的一
69、种串行数据通信协议,用于解决汽车中控制与测试之间的数据交换问题。CAN 总线支持分布式控制和实时控制,通过拓扑方式连接控制单元形成一个完整系统,在应用中主要用于解决不同系统之间的通信问题,依据传输速度不同可以分为动力/高速 CAN(1Mbps,ISO11898)和舒适/低速CAN(125kbps,ISO11519)。2)CAN 总线结构:总线结构:ECU 需要 CAN 接口才能参与 CAN 通信,CAN 接口由 CAN 控制器和 CAN 收发器组成。CAN 控制器执行 CAN 协议规定的通信功能,可以大大减轻主机负担;CAN 收发器负责将 CAN 控制器连接到物理传输介质即双绞线上。图图 22
70、:CAN 网络及节点结构网络及节点结构 资料来源:Vector,东北证券 3)CAN 总线竞争与仲裁机制总线竞争与仲裁机制:CAN 报文数据帧包括帧起始、仲裁段、控制段、数据段、校验段、应达段和帧结束段七个部分,完成信息识别、仲裁到校验、应答的 完整传递过程。当多个节点竞争 CAN 总线的使用权时,通过仲裁段确定信息传递的先后与优先级。仲裁采用“线与”机制即 1&0=0:只要总线上有一个节点将总线拉到低电平(逻辑 0)即显性状态,总线就为低电平(逻辑 0)即显性状态。而只有所有节点都为高(隐性),总线才为高,即隐性。即报文的 ID 值越小,优先级越高,仲裁失败的报文进入“只听”模式。4)CAN
71、 总线通信方式总线通信方式:CAN 采用多主通信方式,数据以广播形式发送。所有节点都可以自主发送和接收其他节点的信息,CAN 控制器大多具有根据 ID 过滤报文的功能。但因此 CAN 总线负载率需控制在 70%以下,否则低优先级 ID 的报文发送会产生严重的延时。因此虽然理论上 CAN 总线最多可以连接 110 个节点,实际应用中远远达不到这个数量。图图 23:CAN 报文数据帧格式报文数据帧格式 图图 24:CAN 总线仲裁机制总线仲裁机制 资料来源:虹科,东北证券 资料来源:虹科,东北证券 5)CAN FD&CAN XL:2011 年 Bosch 发布了 CAN FD(Flexible D
72、ata-rate)的方案以应对车辆控制器数量和通信数据激增产升的新需求。CAN FD 优化了通信带宽和有效数据长度,使得 CAN FD 的通信速率可达到 5Mbps。主要原理为:A.增加报文中有效数据占比,将数据域从 8 比特提升至最大 64 比特,使得报文中有效数据占比显著提升。B.增加总线传输速率。报文起始时采用 500Kbps,数据区间采用2Mbps。而 CAN XL 数据段支持最大 2048 字节的数据段,数据段传输速度可高达10Mbps,使得传输速率进一步大幅提升。2.3.LIN 总线:低成本覆盖低速场景 1)LIN 总线简介:总线简介:LIN(Local Interconnect
73、Network/局部互联网络)协会于 1998年由 5 家整车厂(奥迪、宝马、戴姆勒、沃尔沃、大众)、1 家半导体制造商(摩托罗拉)、1 家工具提供商(Mentor Graphics)成立。LIN 总线为其所制定的针对低速网络的低成本网络解决方案(20Kbps),主要用于解决一个系统内的通信问题,应用于车窗、车门、座椅等对实时性和传输速度要求不高但成本敏感的领域,从而与 CAN总线形传输速度和成本上的互补。2)LIN 总线结构:总线结构:一个 LIN 节点主要由微控制器和 LIN 收发器组成,微控制器通过 UART/SCI 接口与 LIN 收发器连接,而几乎所有微控制器都具备 UART/SCI
74、 接口,因此 LIN 节点并不需要专用的控制器,从而大大降低了成本。LIN 总线网络由一个主节点、一个或多个从节点以及一条单线单线组成。图图 25:LIN 总线结构总线结构 资料来源:Vector,东北证券 3)LIN 总线总线通信方式:通信方式:LIN 总线所有节点都包含一个从任务(Slave Task),负责消息的发送和接收,主节点则还包含一个主任务(Master Task),负责通信的启动。通信时主任务发送报头,携带动作命令的信息,从任务提供响应信息补充报头形成完整的报文。报文内容和 CAN 类似,由 ID 定义,且同样采用广播方式,所有节点都能够接收和响应总线上的帧信息。在车辆设计阶段
75、 LIN 总线上的通信调度优先级会预先确定好,该调度表由“LIN 描述文件”发送到所有的 LIN 节点。图图 26:LIN 报文帧结构报文帧结构 资料来源:虹科,东北证券 4)LIN 总线优劣势:总线优劣势:LIN 总线采用单线传输、硅片中硬件或软件的实现成本低、无需在从属节点中使用石英或陶瓷谐振器从而成本大大低于 CAN 总线。但低成本的软硬件也限制了极低的传输速率。此外 LIN 总线的单宿主总线访问方法存在局限,一旦主节点出现问题,整个 LIN 网络将会瘫痪。2.4.FlexRay 总线:较高速度高容错、较灵活拓扑结构 1)FlexRay 总线简介:总线简介:2000 年奥迪、大众、宝马、
76、戴姆勒、通用汽车等主机厂和博世、飞思卡尔、恩智浦等供应商成立 FlexRay 联盟,旨在开发一种独立于OEM 的通用性强、确定性和容错率高的 FlexRay 通信标准,联盟成员无需支付许可费就可直接使用该标准。2)FlexRay 总线总线拓扑方式:拓扑方式:FlexRay 总线有两组独立的物理通信线路,每组信道传输速率可达 10Mbps。两组信道既可可同时使用,也可只选一组,另一组作为 冗余备份,使得消息传输具有容错能力。FlexRay 有多种拓扑结构,可以采用类似 CAN 总线的线型结构,也可以使用星形拓扑结构,且两个通道可以采用不同的拓扑结构,如一个通道采用星型拓扑结果,另一个通道采用总线
77、型拓扑结构,拓扑方式十分灵活。图图 27:FlexRay 总线结构总线结构 资料来源:Vector,东北证券 3)FlexRay 通信方式:通信方式:FlexRay 总线采用周期通信的方式,一个周期由静态部分、动态部分、符号窗口和网络空闲段共四部分组成。其中静态部分和动态部分用于传输数据,特征窗用于表示周期开始、测试、唤醒网络等,网络空闲段用于同步本地时钟。静态部分采用时分多址 TDMA(Time Division Multiple Access)的数据传输方式,不同 ID 报文帧信息的传输如同定时出发的列车、航班,有具体的时刻表安排,总线通信规律性和可预测性强。动态部分则采用柔性时分多址 F
78、TDMA(Flexible Time Division Multiple Access),会轮流问询每个节点是否有发送消息的需求。静态部分用于发送需要经常性发送的重要性高的数据,动态部分用于发送使用频率不确定、相对不重要的数据。整体来看,FlexRay 总线以时间触发为主、兼顾事件触发,适合用于对安全性和实时性要求高的领域,如线控底盘和线控转向的通信:电子动力转向系统(EPS)、电子稳定控制系统(ESC)、主动悬架系统(AS)和发动机管理系统(EMS)。2.5.MOST 总线:光纤传输、专精多媒体 1)MOST 总线总线简介:简介:MOST(Media Oriented Systems Tra
79、nsport/面向媒体的系统传输)传输介质为光纤(有塑料保护罩、1mm 内芯的聚甲基丙烯酸甲酯纤维),采用 650nm 的 LED 发射器,数据以 50Mbaud、双相编码的方式发送,MOST 25的最高数据速率为 24.8Mbit/s。与采用铜线的总线技术相比,光纤网络不会受到电磁辐射干扰与影响,抗干扰能力强。2)MOST 总线总线拓扑结构:拓扑结构:MOST 可采用多种拓扑结构,如星形和环形,目前大都采用环形布局,允许共享多个发送和接收器的数据,一个网络中最多可以有 64 个结点。接通电源后 MOST 网络中的所有结点就会同时全部激活。图图 28:MOST 总线数据类型总线数据类型 图图
80、29:MOST 总线信息帧结构总线信息帧结构 资料来源:虹科,东北证券 资料来源:IEEE,东北证券 3)MOST 总线通信方式:总线通信方式:MOST 25 总线数据传输使用 512kbit 的帧和 16 个帧块,帧重复率为 44.1kHz(数字式音频装置的传送频率为 44.1kHz)。除前导码和其他内部管理位,每个帧包含同步、异步和控制数据。其中同步数据用于实时传送音视频信号等流动型数据;异步数据用于传送访问网络及数据库的数据包;控制数据用于传送控制报文及控制整个网络的数据。2.6.传统汽车总线架构:技术成熟成本低但智能网联趋势下可拓展性低 CAN、LIN 传统总线短期内难以被替代传统总线
81、短期内难以被替代。目前 CAN 总线及 LIN 总线仍是应用最广、最成熟的 ECU 总线通信方式。由于成本低廉、架构简单且主要用于对于传输速度相对不敏感的领域,短时间内 CAN、LIN 总线仍将是车内主流的通信架构,难以出现完美的替代产品。总线架构下随着汽车产销及车内 ECU 数量的不断增加,CAN、LIN 节点数仍会保持增加态势。图图 30:CAN、LIN 总线仍是车内应用最多的总线架构总线仍是车内应用最多的总线架构 资料来源:Strategy Analytics,东北证券 传统总线技术传统总线技术成本低廉成本低廉且且方便快捷。方便快捷。总线技术上个世纪 80 年代问世以来已经经过 了 30
82、 余年的发展与应用,与汽车产业链深度耦合,其可靠性和可实施性已得到充分验证。在汽车中采用分布式控制可以最大程度地利用已有的软硬件资源和成熟的技术方案,短期内可以有效地降低研发成本并缩短开发周期。智能网联汽车发展趋智能网联汽车发展趋势下势下单车单车 ECU 数量飞涨使得传统总线技术的数量飞涨使得传统总线技术的集成复杂度增加,集成复杂度增加,开发难度加大。开发难度加大。分布式总线架构会随着汽车 ECU 数量的增加而愈加复杂,集成验证更加困难,对 OEM 的技术能力要求进一步提升。一个复杂功能如代客泊车的实现,需要多个控制器全部开发完成后进行验证,其中任意一个控制器出现问题,就可能导致整个功能全部失
83、效。分布式架构下各个物理子系统之间的相互协作关系十分复杂,各个系统之间需求的平衡以及系统集成的难度很大,使得开发成本增加。3.汽车电子电器架构(汽车电子电器架构(EEA)演化:高速、大算力为刚需演化:高速、大算力为刚需 3.1.传统分布式架构已经无法满足未来的车内通信需求 3.1.1.车内有限空间下传统架构复杂度高、可扩展性低 汽车内架构及线束汽车内架构及线束随着功能的拓展随着功能的拓展越来越复杂越来越复杂。一方面空调、车机及部分监管要求导致的功能增加和机械到电子的发展趋势使得线缆、连接器等用量成倍增长;另一方面,新能源和智能网联的新浪潮也催生了新的复杂度。各国政策对于节能减排的指引和对新能源
84、汽车的大力推动对车内架构提出了新的需求,如用于电动车三电系统的高压连接器。此外,自动驾驶及车联网的功能也使得车内的数据传输量大幅提升。传统功能的电气化叠加新需求的出现使得车内架构和线束复杂度达到历史高峰,在车内有限空间的制约下,原有架构亟需改变以满足智能网联汽车发展需求。图图 31:车内架构复杂度随着功能增加快速提升车内架构复杂度随着功能增加快速提升 资料来源:安波福,东北证券 分布式架构分布式架构的的低可变性低可变性、低、低拓展性不拓展性不再再适应功能越来越适应功能越来越丰富的丰富的汽车汽车的快速迭代需求。的快速迭代需求。智能网联汽车的功能相比传统汽车大幅增长,若采用传统分布式总线架构,不仅
85、需要配置更多的 ECU 和线束,还意味着更少的物理自由度、更低的架构可变性及可拓展性。例如,在传统分布式架构下,一辆高配汽车拥有超过一百个 ECU,同时需要执行大约两亿行代码。这无法满足现代汽车稳定快速增长的软件功能迭代需求,传统总线已经不适合未来预期的 ECU 数据传输和通信。图图 32:车内网络架构愈加复杂车内网络架构愈加复杂 图图 33:汽车是代码最复杂的产品汽车是代码最复杂的产品之一之一 资料来源:安波福,东北证券 资料来源:NXP,东北证券 未来的车内通信需要从硬件和软件两个维度上降低复杂度未来的车内通信需要从硬件和软件两个维度上降低复杂度,硬件集成及软件平台厂,硬件集成及软件平台厂
86、商将受益商将受益。硬件层面,通过域集中-区域集中-中央集中的电子电器架构演化减少 ECU的数量及线束的长度及重量;软件层面,一方面 ECU 的集成可显著减少适配硬件开发的软件版本数量,降低开发难度、缩短研发周期,从而提升软件开发的敏捷性;另一方面,集成的域控制器、中央计算平台以及 OTA 功能等的代码开发量和开发难度相比传统 ECU 显著提升,需要专业化的开发平台和工具链以提升开发效率,对Tier1 或者主机厂的软件开发投入要求增加。3.1.2.传感器增加以及 OTA 功能对于传输速度的需求大幅上涨 智能网联汽车感知系统数据和智能网联汽车感知系统数据和 OTA 数据传输速率需求大幅提升。数据传
87、输速率需求大幅提升。自动驾驶传感器自动驾驶传感器速率传输速率传输需求需求或或将超过将超过 3000Mbps。自动驾驶等级的提升要求环境感知能力同步增强,也意味着需要配置更多的传感器,目前市面上领先的自动驾驶车型理想 L9、小鹏 G9、蔚来 ES7 等的激光雷达、毫米波雷达、摄像头、超声波雷达、高精度定位等传感器装配数均超过 30 个,车内通信数据传输要求大幅提升。麦肯锡预测,未来自动驾驶汽车整车的数据传输量将达到 4TB/h,传统总线技术如 CAN、MOST 等远远无法满足需求。汽车汽车 OTA 功能也功能也要求高速率的车内通信要求高速率的车内通信。OTA 技术指提供远程为汽车的软件甚至硬件提
88、供在线升级,它具备可快速迭代新功能、节省成本(厂商召回成本+用户时间成本)的优势,已成为高端智能网联车型的标配。要达到对超过一百个 ECU 的车内软硬件系统快速刷写需要车内通信网络支持大数据量的传输。图图 34:自动驾驶自动驾驶传感器所需带宽传感器所需带宽3000Mbps 图图 35:OTA 架构架构 资料来源:美国硅谷国际闪存技术峰会,东北证券 资料来源:汽车 ECU 开发,东北证券 3.2.域集中到中央集中,集成度不断增加下传输及算力要求同步提高 车内通信架构车内通信架构呈现呈现分布式分布式-域集中域集中-区区域集中域集中-中央中央/车辆集中的发展趋势车辆集中的发展趋势。博世将电子电器架构
89、发展划分为分布式-域集中-车辆集中三个阶段。2010 年来智能化和网联化新需求催生电子电器架构不断创新,2025 年区域控制将普及。相比传统的分布式总线架构,未来的汽车 EE 架构将由数量更少但功能更多更强、集成度更高的ECU/DCU 组成,降低架构复杂度并提升可拓展性,目前领先的已量产主流车型已达到域集中的架构。域集中指将功能相近的ECU集成到一个域控制器(DCU/Domain Control Unit)上进行控制。目前在汽车行业得到广泛认同的五域划分为:辅助及自动驾驶域、信息娱乐(显示、娱乐和信息系统)域、车身&舒适域、底盘连接域以及动力总成(推进和废气处理)域,但主机厂依据自己的选择可选
90、择划分为 3 个域、4 个域。随着自动驾驶等级的提升和功能的增加,车内架构将进一步演化,域与域之间会进一步融合,计算资源将被集中到中央计算平台上,功能域被按空间划分的区域代替。EEA 最终的形态是云化,在满足低时延、高传输速度和高可靠性的条件下将功能服务放到云端运行。图图 36:汽车汽车 EEA 向域集中、中央集中发展向域集中、中央集中发展 图图 37:近年来近年来 EEA 创新驱动架构向区域控制演化创新驱动架构向区域控制演化 资料来源:博世,东北证券 资料来源:博世,东北证券 域集中架构域集中架构将功能相近的将功能相近的 ECU 集成到域控制器集成到域控制器(DCU),可减少,可减少 ECU
91、 和线束和线束数量数量,更加具有成本效率。更加具有成本效率。分布式架构下,一家大型汽车 OEM 的支持三种不同引擎的发动机控制器软件可能会有 144 个软件/校准版本;而在集中式或面向域的体系结构下,由域控制器托管控制器功能的主要部分,以及一个非常简单的智能执行器,仅需要捕获硬件可变性(不同引擎之间的差异和底层硬件平台之间的差异),就能够使得域控制器的版本数减少到 72 个,智能执行器的版本减少到 3 个,总软件版本数量减少到 75 个。区域集中架构在进一步将功能集成的同时可区域集中架构在进一步将功能集成的同时可显著显著减少线束成本。减少线束成本。域集中架构虽然能够降低 ECU 的数量,但由于
92、其本质为功能的集成,而一些功能如动力、底盘遍布车身各处,集成后仍需要线束连接 DCU 和散布在车身各处的执行器,并不能有效解决汽车线束快速增多的痛点。而区域集中架构将空间上临近的功能集成到ZCU/Zone上,使得区域控制器与传感器、执行器的空间距离大大缩短,从而能够显著减少所需线束。汽车的线束成本占比约 15%-20%,其中人力成本占 50%,而区域控集中架构可减少线束成本 15-20%。与域集中架构不同的是,域控制器具有决策权,而区域集中架构下的决策权在中央计算单元/高性能计算平台(HPC)手中,其具备高算力资源,能够处理大数据量的复杂任务并实现对区控制器的资源分配和任务调度等功能。图图 3
93、8:分布式架构分布式架构域控架构域控架构区域架构区域架构 资料来源:伟创力,东北证券 DCU/ZCU 的的集成对于通信带宽也提出了更高的要求。集成对于通信带宽也提出了更高的要求。ECU 集成为 DCU/ZCU 意味着将从前多个 ECU 所需处理的数据交给一个控制器处理,对算力和传输速率要求提升,自动驾驶也需要每时每刻感知外部环境并传输图像、点云等数据,整体对于车内通信速率的要求大幅提升。据麦肯锡估计,未来自动驾驶汽车中会达到 4TB/h的数据传输。传统总线技术中,目前最大带宽的 MOST150 也只能支持 150Mbps 的数据传输速度,远远达不到自动驾驶的数据吞吐要求。对车厂而言,对车厂而言
94、,集中式集中式/集成集成式的架构相比分布式架构在技术式的架构相比分布式架构在技术实现实现上更上更有难度有难度,但但可拓可拓展性强,展性强,发展前景发展前景更好更好。集中式的架构下功能更强大的域控制器、区域控制器技术含量更高、软硬件要求都有较大提升;同时也会使得车内网络更加简单,让车厂能够以较小的成本实现客户越来越多的功能需求。表表 6:集成式设计与分布式设计对比:集成式设计与分布式设计对比 集成式设计框架集成式设计框架 分布式设计框架分布式设计框架 ECU 数量更少,但更加复杂,体积更大 数量更多,但相对简单,体积更小 车内网络 连接更少,相对简单 连接更多,相对复杂 功能 能够对所有车辆提供
95、相同的功能 车辆的功能有更好的可扩展性 供应商 供应商较少,对于集成商而言不利 每一种 ECU 都有不同的供应商可供选择 成本 若顾客愿为所有功能买单,成本相对更低 若顾客都要求所有功能,成本相对更高 资料来源:汽车以太网,东北证券整理 3.3.主机厂域集中架构一览:特斯拉遥遥领先,小鹏走在国内前列 特斯拉区域集中架构走在行业前列。特斯拉区域集中架构走在行业前列。在汽车架构方面特斯拉领先优势明显,其 Model 3 车型跳过域融合阶段,采用区域集中架构。从 Model S 到 Model X,整车架构变化并不明显,均是比较典型的基于功能域划分的结构:车身域、动力域、底盘域等,各个功能的 ECU
96、 分别通过 CAN 总线接到中控显示屏上。区别是在 Model X 上特斯拉加强了部分模块的集成性,增加了 Falcon CAN/Thermal Can 的使用,将车门和热管理相关功能划分出来接到单独的 CAN 总线上。图图 39:特斯拉特斯拉 Model S 及及 Model X 拓扑图拓扑图 资料来源:特斯拉中文网,东北证券整理 Model 3 采用中央计算模块采用中央计算模块+三个车身控制器三个车身控制器的区域控制架构的区域控制架构。在 2017 年量产的Model 3 车型上特斯拉采用了面向区域的架构设计,将 Autopilot 和信息娱乐系统整合在一起,构成中央计算模块;并将汽车划分
97、成了三个不同的区域,分别由左、右、Model S Model X 前三个车身控制器控制。其中,中央计算模块(CCM)主要负责 ADAS、信息娱乐系统和车外车内通信系统;前车身控制模块(FBCM)负责电源分配、检测功能和前大灯等;右车身控制模块(RBCM)负责 12 个超声波雷达、右侧门窗灯光控制、气囊控制等;左车身控制模块(LBCM)负责左侧门窗灯光控制、转向控制和信号转接等。目前 Model 3 的区域集中架构已经被各大主机厂认可并争相效仿。图图 40:特斯拉特斯拉 Model 3 拓扑图拓扑图 资料来源:特斯拉中文网,东北证券整理 沃尔沃:从域控架构到区域控制沃尔沃:从域控架构到区域控制的
98、经典案例的经典案例。沃尔沃 SPA1.0(第一代可扩展模块架构)为经典域集中架构,该域控架构 2015 年投产,共有信息娱乐域、车身控制域、主动安全域和底盘动力域四个域;主干网 FlexRay 和以太网,其中以太网主要用于诊断功能,此外还应用有 CAN、LIN、MOST 等总线;虽然 SPA1.0 采用域集中架构进行了一定的集成,但整车 ECU 数量仍高达一百多个,复杂度和线束成本仍然较高。其与安波福联合开发的 SPA2.0 架构,以太网替换 FlexRay 作为主干网,以中央计算平台 VCU 为核心,将域控制器和大量需要计算的 ECU 集成到中央计算平台,网关、配电、机电控制 ECU 等集成
99、到区控制器,大大减少 ECU 数目。搭载 SPA2.0的纯电型 XC90 车型预计 2023 年落地。图图 41:沃尔沃沃尔沃 SP1.0 经典域集中架构经典域集中架构 图图 42:沃尔沃沃尔沃 SP2.0 区域集中架构区域集中架构 资料来源:沃尔沃,东北证券 资料来源:沃尔沃,东北证券 传统主机厂均传统主机厂均虽具体集成功能有所差别,但均在虽具体集成功能有所差别,但均在尝试尝试由分布式由分布式向向域集中、域集中、区域集中区域集中架构架构的的转变。转变。传统主机厂均基于现有架构进一步开发面向区域的架构,如宝马、大众、上汽、长城等。上汽零束全栈 3.0 方案采用 2 个 HPC+4 个区域控制器
100、的架构,区域与 HPC 间用以太网进行连接。大众采用大陆的 ICAS HPC 域控的架构已经量产,目前已实现车身(ICAS1)和信息娱乐(ICAS3)的集成,ICAS1 和 ICAS3 可通过以太网或 CAN 总线连接,自动驾驶(ICAS2)的进展相对较迟缓。宝马目前架构,四个功能域之间已实现以太网的应用,下一代中央计算+区域控制的架构中以太网应用更广,一些 ECU 与 Zonal 的连接也会从 CAN 变为 10BaseT1S。奥迪架构方案为 2 个中央计算平台+7 个 Domain。图图 43:上汽零束区域集中架构方案上汽零束区域集中架构方案 图图 44:大众大众 ID.4X 架构架构 资
101、料来源:汽车 ECU 开发,东北证券 资料来源:零束,东北证券 图图 45:宝马电子电器架构演化宝马电子电器架构演化 图图 46:奥迪中央计算集群奥迪中央计算集群 资料来源:IEEE、宝马、东北证券 资料来源:车云,东北证券 新势力厂商架构演化快于主机厂。新势力厂商架构演化快于主机厂。小鹏小鹏 G9 采用中央超算采用中央超算+域控域控架构领先大部分车架构领先大部分车企,凭技术优势追赶特斯拉企,凭技术优势追赶特斯拉。小鹏 P7 所搭载的 SEPA 平台采用域控架构,其自动驾驶域控制器为德赛西威搭载英伟达 Xavier 芯片的 IPU03,运用百兆以太网为主干网。2022 年量产的小鹏 G9 将搭
102、载新一代电子电器架构 X-EEA3.0,采用中央超算+区域控制的架构,中央超算集成智驾(XPU)、座舱(CDCU)、通信(5G)功能,连接前、后、左、右四个区域控制器。该架构将几十个控制器缩减成几个,相关线束、保险丝、配电盒、继电器的数量极大减少。软件方面,采用分层式软件架构,智能应用平台(智能辅助驾驶+智能语音车控车设+智能场景等功能)+基础软件平台+系统软件平台,使得开发效率更敏捷,能够快速迭代更新。G9 是国内首次实现千兆以太网为主干通信架构的车型,同时推出无感化 OTA 功能,多个 OTA 同步刷新软件,30 分钟内完成升级。目前其中国计算平台+区域控制的架构进度明显快于理想、蔚来等其
103、他国内厂商,彰显领先的技术和研发能力。图图 47:小鹏小鹏 SEPA 平台平台 图图 48:小鹏小鹏 X-EEA3.0 架构架构 资料来源:小鹏官网,东北证券 资料来源:小鹏官网,东北证券 理想理想 L9 采用域控制器架构,采用域控制器架构,2023 年新车型或采用中央计算平台架构。年新车型或采用中央计算平台架构。理想汽车电子电器架构为三个车型三个架构的战略:理想One采用 LEEA1.0传统分布式架构;L9 采用 LEEA2.0 域控制器架构,2023 年新车型为 LEEA3.0 中央计算平台架构。LEEA1.0 架构下,各个 ECU 分别通过 CAN、LIN 等总线连接到网关上,自动驾驶和
104、智能座舱则分别由 ADAS 控制器和智能座舱控制器负责,但并未进一步集成。LEEA2.0 域控制器架构在 1.0 的基础上将功能进一步集成为三大域控制器:中央域控制器 XCU、自动驾驶域控制器 FSD 和智能座舱域控制器 HU。其中 XCU 全自研,集成了 VCU、EGW、BCM、BMS 等传统功能,已有中央计算平台雏形,便于进一步迭代。FSD 采用 Orin 芯片,供应商为德赛西威。下一代中央计算平台架构则将车控、智驾、座舱三大功能融合,CCU 通过 PCIe Switch 和 TSN Swith 实现各 SoC 的互联以及与四个区域控制器之间的连接。图图 49:理想理想 EEA 路径:分布
105、式路径:分布式-域控域控-中央计算中央计算 图图 50:理想理想 LEEA3.0 CCU 中央计算平台架构中央计算平台架构 资料来源:理想,东北证券 资料来源:理想,东北证券 理想理想 L9 域控架构域控架构已已搭载搭载 TSN,3.0 架构以太网应用将更加广泛架构以太网应用将更加广泛。TSN(时间敏感网络)是车载以太网的一种,理想 L9 采用的域控制器架构中,其中央域控、自动驾驶域控及座舱域控之间的通信连接均采用 TSN 以太网,保证了高传输速度下的低时延和可靠性。L9 中以太网用于连接中央计算单元(即 XCU)、智驾和座舱三个域控制器,而 CCU 架构则用于连接四个区域控制器和中央计算平台
106、,同时区域控制器下也有可能采用以太网,以太网用量将进一步提升。图图 51:理想理想 L9 搭载映驰科技搭载映驰科技 TSN 以太网协议栈以太网协议栈 资料来源:高工智能,东北证券 蔚来蔚来电子电器架构演化稳扎稳打,电子电器架构演化稳扎稳打,新一代平台仍新一代平台仍为功能为功能域集中域集中架构架构。蔚来最早的车内架构为底盘域+车身域+信息娱乐域+动力域+自动驾驶域的五大功能域架构。后续架构进行了改进升级,如 ES8 的互联中央网关 CGW+中央显示控制单元 CDC+自动驾驶域控制器 ADC,域控采用芯片为英伟达的 Xavier。采用新一代平台的 ET7、ET5和ES7,蔚来应用了自主研发的智能底
107、盘域控制器ICC(Intelligent Chassis Controller),仍为功能域集中控制器架构,暂未发展到中央超算+区域控制的阶段。但其集成性和功能性则进一步提升,新一代自动驾驶域控制器 ADAM 超算平台搭载 4 颗英伟达Orin 芯片,算力高达 1016TOPS,是目前算力最高的自动驾驶域控制器之一。图图 52:蔚来蔚来 ES8 架构架构 图图 53:蔚来底盘域控蔚来底盘域控 ICC 及智驾域控及智驾域控 ADAM 资料来源:蔚来,东北证券 资料来源:蔚来,东北证券 传统主机厂及新进入厂商如华为纷纷推出架构演化路线。传统主机厂及新进入厂商如华为纷纷推出架构演化路线。长城预计长城
108、预计 2024 年实现从年实现从域控到区域控制到中央大脑架构。域控到区域控制到中央大脑架构。依据长城汽车公布的 GEEP架构演进路线图,2020年 GEEP 3 架构为域控制器架构,包括 4 个经典域:车身、底盘、智驾和座舱,已用于长城全系车型。2022 年 GEEP 4 架构将采用中央计算+区域控制的架构,中央计算平台集成中央计算+智能驾驶+智能座舱三大计算平台,下辖三个区域控制器,3.5 及 4.0 均支持千兆以太网,4.0 中央计算单元拥有 11 路车载以太网接口;2024 年GEEP5 架构将中央计算平台进一步集成为整车中央计算平台,区域增加到 5-6 个。华为华为 CC 架构为中央集
109、成打下基础架构为中央集成打下基础。华为 CC 架构提出时便具备了向区域控制转变的延展性,三个域控制器平台:智能座舱、整车控制和智能驾驶加上四个分布式网关和 T-Box,后续可较容易通过域控制器的集成向区域控制升级。图图 54:长城长城 GEEP 架构演进路线架构演进路线 图图 55:华为华为 CC 架构架构 资料来源:长城汽车,东北证券 资料来源:华为,东北证券 总结各大厂商架构方案,域控架构向中央计算总结各大厂商架构方案,域控架构向中央计算+区域控制已成为大趋势,域控制器区域控制已成为大趋势,域控制器和以太网的应用成为新增量和以太网的应用成为新增量。目前主机厂大多已有功能域集中架构量产车型,
110、在功能需求不断增加和 SOA 提升开发敏捷性的需求催动下,针对拓展性更好、线束成本更低的中央计算+域控制器架构研发均在进行中;从功能域到区域+中央计算平台,域控制器的集成度要求也越来越高。从节奏而言,新势力厂商架构演化更加迅速,其中小鹏已经实现 XEEA3.0 架构车型 G9 即将量产;传统主机厂则相对迟缓。但在整体的演变趋势确定,一方面,短期内功能域控制器受益现有车型放量需求将高增,一方面,短期内功能域控制器受益现有车型放量需求将高增,长期功能域控将向区域控制、中央计算平台长期功能域控将向区域控制、中央计算平台的方向演化;另一方面,中央计算的方向演化;另一方面,中央计算+域域控的架构下要支持
111、更大的数据传输,以太网的渗透将会控的架构下要支持更大的数据传输,以太网的渗透将会逐步逐步加深。加深。表表 7:主流主流 OEM 的的域控域控架构架构 OEM 架构架构 特斯拉 中央集中+区控制器;采用部分以太网;HW 3.0 计算平台、FSD 芯片。宝马 中央集中+区控制器;Ultra 计算平台、EyeQ5 芯片;CP、AP 混合的软件架构 通用 域控制,CAN/LIN 总线 大众 跨域融合的架构;部分以太网;ICAS 计算平台;AP 软件架构 蔚来 分布式 ECU+智能驾驶/智能座舱域 小鹏 智能电动 SEPA 平台架构;新一代 EEA,架构内的控制器 100%联网,自主研发下一代 XPU自
112、动驾驶域控制器 理想 分布式+部分功能域 哪吒 基于以太网的域集中架构。四个域控制器:智能座舱域控制器、自动驾驶域控制器、动力域控制器和 AI 域控制器 极氪 集中式电子架构(GEEA2.0):“IVI、空调、座椅”域、运动和能源(底盘、动力等)域和自动驾驶域 东风岚图 ESSA 分布式+功能域控;配备中央计算平台和 SOA;支持 5G 技术和车载 OTA;下一代将为中央集中+四个区控制器 丰田 TNGA 采用中央集中+区控制器;CP 和 AP 混合的软件架构 长城汽车 咖啡智能 GEEP3.5 和 GEEP4.0 EEA:5G+视听域、驾驶辅助域、新能源域、车身域、驾驶控制域。未来可升级到以
113、第四代中央计算单元为核心的可发展 Zonal EEA 资料来源:ResearchinChina,盖世汽车研究院,东北证券整理 3.4.域集中趋势下智驾域和座舱域控制器作为核心零部件将快速放量 自动驾驶自动驾驶域和座舱域控制器域和座舱域控制器将是域集中架构下的核心零部件,是汽车实现个性化差将是域集中架构下的核心零部件,是汽车实现个性化差异化的重要载体之一异化的重要载体之一。域控制器将作为域集中架构下汽车的运算和决策中心,将芯片、软件操作系统、中间件、应用算法等多个层次的软硬件集成,同时兼容以太网、CAN 总线等多类型接口,支持 OTA,是保证车内大数据量通信、实现智能网联化的核心零部件。在目前的
114、域集中架构中,座舱域和自动驾驶域进行的数据传输和处理最多,且座舱网联娱乐和自动驾驶功能最贴近消费者,其定制化、差异化最明显,更具商业价值。相比之下,动力、底盘和车身域的控制器,由于 ECU 数量众多、分布散落在车身各处、功能安全需求不同等因素集成难度较高,且消费者无法直接感知到,目前进展相对较为缓慢。图图 56:智能驾驶域控制器硬件架构:智能驾驶域控制器硬件架构 图图 57:伟世通域控制器方案伟世通域控制器方案 资料来源:长城汽车,东北证券 资料来源:伟世通官网,东北证券 受益智能网联汽车自动驾驶及座舱功能的不断增加,智驾受益智能网联汽车自动驾驶及座舱功能的不断增加,智驾域域及座舱及座舱控制器
115、市场未来控制器市场未来几年将几年将迎来快速放量迎来快速放量。Research gate 预计,2019 年至 2025 年间集成座舱和自动驾驶 DCU 的产数量年均增长率为 50.7%。盖世汽车测算,到 2025 年,中国乘用车自动驾驶域控制器出货量将达到 432 万套,2020-2025 年年均复合增长率 70.48%;座舱域控制器出货量将达到 528 万套,2020-2025 年年均复合增长率 52.99%。随着汽车电子电器架构从分布式向域控架构、中央计算平台架构转变,一方面,采用域控制器的车型将越来越多,另一方面随着L3及更高级别自动驾驶渗透率的逐步提升,域控的技术要求和价值量将增长;长
116、期来看集成域控将迎来量价齐升的发展阶段。图图 58:中国乘用车自动驾驶域及座舱域控制器出货量中国乘用车自动驾驶域及座舱域控制器出货量将快速增长将快速增长 资料来源:盖世汽车研究院,东北证券 智驾及座舱域控制器价值含量高,处于市场发展相对早期阶段,竞争格局较为激烈。智驾及座舱域控制器价值含量高,处于市场发展相对早期阶段,竞争格局较为激烈。域控制器集芯片、接口等硬件与软件于一体,价值含量高,是目前各大主机厂、Tier1的兵家必争之地,竞争格局较为激烈。除了传统的汽车零部件供应商 Tier1 如安波福、大陆、博世、德赛西威、华阳集团外,整车厂如小鹏、理想及新进入竞争者华为等也都在研发自己的域控制器。
117、相较而言,国际供应商倾向于向整车厂交付整合方案,供应商独立与芯片厂商合作。而国内零部件厂商则会根据合作车厂的能力高低而负责不同的范围,如德赛西威与小鹏汽车合作的 IPU03,软件部分为小鹏自研。表表 8:主要座舱域及智驾主要座舱域及智驾域控制器供应商域控制器供应商 类别类别 供应商供应商分类分类 主要玩家主要玩家 座舱域座舱域控制器控制器 全球一级供应商 本地一级供应商 智能座舱软件平台供应商 306526385280050060020202021E2022E2023E2024E2025E单位:万台套自动驾驶域 CAGR=70.
118、48%座舱域 CAGR=52.99%OEM 厂商 自动驾自动驾驶域控驶域控制器制器 全球一级供应商(系统集成商)本地一级供应商(系统集成商)自动驾驶域控制器软件平台供应商 OEM 厂商 资料来源:ResearchinChina,东北证券整理 3.5.车规级高算力 AI 芯片决定自动驾驶发展上限,关注配套项目进度 车规级车规级自动驾驶自动驾驶芯片为自动驾驶功能提升的关键。芯片为自动驾驶功能提升的关键。自动驾驶 AI 芯片(SoC)的算力及功耗是智能网联汽车自动驾驶功能实现的重要制约因素之一。L2 级别自动驾驶要求可执行动态驾驶任务中车辆的横向和纵向运动控制,而 L3 级别车辆需要有条件的持续执行
119、全部动态驾驶任务,需要能够实现高精准全路段全速域自动驾驶,其核心在于保证自动驾驶系统的理论安全,安全冗余等更多功能对硬件要求进一步提高。此外,L2 到 L3 的过渡还伴随着汽车架构从分布式向 HPC 的演化,集成的中央计算平台需要负责整车的传感器和高精度地图等感知数据的运算和处理,也会使得 AI芯片的算力需求大幅增加。到 L4 级别自动驾驶,算力需求或将达到 4000TOPS 以上,高算力低功耗的芯片将成为下一代自动驾驶域控制器的核心,相关厂商也将在产业链内拥有更大的话语权。图图 59:自动驾驶算力需求随着自动驾驶等级提升呈指数级增长自动驾驶算力需求随着自动驾驶等级提升呈指数级增长(TOPS)
120、资料来源:地平线,东北证券 自动驾驶芯片领域,英伟达自动驾驶芯片领域,英伟达和英特尔和英特尔 Mobileye 处于领先地位处于领先地位,本土品牌势头强劲。,本土品牌势头强劲。新一代汽车自动驾驶芯片中英伟达领先优势明显,其最新一代 Orin 芯片将于 2022年量产,算力达 254TOPS,而功耗仅 45W,为目前市面上最大算力的车规级 AI 芯片,且已拿到理想、小鹏、蔚来等多家主机厂定点。早期在 L2 级自动驾驶芯片市场上一家独大的 Mobileye 芯片算力迭代速度有所放缓,其最新发布的 EyeQ6 系列预计 2023 年开始逐步量产。国内厂商方面,华为配套晟腾 610 芯片的 MDC81
121、0 平台已经量产,可提供 400+TOPS 的算力,地平线和黑芝麻也紧随其后,其中地平线征程 5 芯片 INT8 等效算力达 128TOPS,而功耗仅为 30W,预计将于 2022 年量产。表表 9:主流汽车:主流汽车 AI 芯片对比芯片对比 汽车自动驾驶芯片公汽车自动驾驶芯片公司司 芯片芯片 量产时间量产时间 算力算力(TOPS)功耗(功耗(W)制程制程 支持自动驾支持自动驾驶等级驶等级 Mobileye EyeQ5 Mid 2021 4.6-7nm L2+EyeQ5 High 2021 16 10 7nm L4 EyeQ6 Light 2023E 5 3 7nm L2 EyeQ6 High
122、 2024E 34 12.5 7nm L4 EyeQ Ultra 2025E 176 100 5nm L5 英伟达 Xavier 2018 32 10-30 16nm L5 Orin 2022 254 15-60 7nm L5 Thor 2025E 2000 L5 征程 2 2019 4 2 28nm 征程 3 2021 5 2.5 16nm L1L2L3L4L5 地平线 征程 5 2022E 128 30 16nm L4 高通 Snapdragon Ride Platform 2022 360 65 7nm L4 华为 昇腾 610 2022 200 60 L4 黑芝麻
123、 A1000 2022 58 8 16nm L3 A1000L 2022 16 5 16nm A1000Pro 2022 106 25 16nm L4 资料来源:各公司官网,发布会资料,东北证券整理 图图 60:英伟达合作车企,新势力头部厂商在列英伟达合作车企,新势力头部厂商在列 资料来源:英伟达,东北证券 英特尔英特尔 Mobileye EyeQ 系列系列 SoC 芯片芯片累计出货量达累计出货量达 1 亿,亿,2021 年出货量同比增速年出货量同比增速反弹。反弹。在新一代 AI 芯片竞争中,Mobileye 的 EyeQ5 芯片因其较小的算力滞后于自动驾驶等级较快提升和算力预埋的发展态势以及
124、其感知算法黑盒的缘故使得其在高端车型的竞争中颓势尽显,而英伟达则凭借着芯片大算力的显著优势拿到了大部分国内外头部整车厂的订单。另一方面,深耕视觉感知的 Mobileye 在中低端车型中仍然有着不俗的竞争力,2021 年 12 月其 EyeQ 系列芯片出货量累计超 1 亿片,2021年出货超 2800 万片,同比增速 45.60%,达 2015 年以来最大水平。图图 61:英特尔:英特尔 Mobileye EyeQ 系列芯片出货量及增速情系列芯片出货量及增速情况况 资料来源:Mobileye 公司官网,东北证券 2.74.468.712.417.519.328.162.96%36.36%45.0
125、0%42.53%41.13%10.29%45.60%0%10%20%30%40%50%60%70%05000202021出货量(百万片)同比增速 黑盒策略转变允许客户部署算法,黑盒策略转变允许客户部署算法,Mobileye在在CES展会连推高中低性能三款芯片。展会连推高中低性能三款芯片。Mobileye 最新一代的 EyeQ 支持开发计算并允许客户部署算法来区分解决方案,开始与合作伙伴协作,原来全黑盒的模式开始发生转换。在 2022 年年初的 CES 的大会上,Mobileye 针对入门 ADAS、高阶 ADAS 和全自动驾驶推
126、出了 EyeQ6 Light、EyeQ6 High、EyeQ Ultra 三款芯片,其中 EyeQ6H 芯片算力 38TOPS,预计 2024 年量产;EyeQ Ultra 算力 176TOPS,预计 2025 年量产,产品矩阵在逐步补全。目前Mobileye 仍是大众、福特、极氪、本田、宝马的核心芯片供应商,其为极氪提供的SuperVision 支持放手 L2+级别自动驾驶。图图 62:Mobileye 2022 年年 CES 新推出三款芯片新推出三款芯片 图图 63:Mobileye 主要整车厂和其他客户情况主要整车厂和其他客户情况 资料来源:Mobileye 官网,东北证券 资料来源:M
127、obileye 官网,东北证券 4.车载以太网车载以太网:针对数据针对数据传输传输需求需求痛点,技术痛点,技术&市场前景广阔市场前景广阔 4.1.车载以太网发展大幅落后计算机以太网,技术提升潜力巨大 计算机侧以太网技术应用已相当成熟,技术迭代速度快计算机侧以太网技术应用已相当成熟,技术迭代速度快。自 1980 年第一个以太网标准协议公布以来,以太网在计算机领域得到广泛应用,传输速度不断提高。如 2010年出现的单链路以太网,其连接速度从 10Gbp 升至 100Gbps,十年速度提升十倍。传输速度的更新迭代远远快于车内通信网络。图图 64:车载以太网从车载以太网从 10Gbps 向向 100G
128、bps 迈进迈进 图图 65:以太网速度迭代速度远超车内总线技术以太网速度迭代速度远超车内总线技术 资料来源:以太网联盟,东北证券 资料来源:以太网联盟,东北证券 车内通信网络车内通信网络受限于受限于早期汽车功能早期汽车功能需求需求不足不足,其带宽速率发展落后于计算机以太网,其带宽速率发展落后于计算机以太网,通过逐步解决车规可靠性及成本问题有望快速提升传输速率通过逐步解决车规可靠性及成本问题有望快速提升传输速率。据飞思卡尔测算,车内网络发展滞后以太网约八年时间。目前车内常用总线中,最高可达到带宽为 MOST 150 的 150Mbps,而计算机以太网早在 MOST 总线问世之前的上世纪便已突破
129、了这一速率。根据以太网联盟资料,计算机领域以太网传输速度已经达到了 400Gbps,40km/400G 的以太网 IEEE 标准已经颁布。在车载领域,如下图所示(标准 T1 的为车载以太网),此前应用最广的为 100M 和 1000M 以太网,目前 2.5Gbps、5Gbps 和10Gbps 的车载以太网通信协议已标准化完成,车企及供应商研发验证工作得以开展,高传输速率刺激下有望促进车载以太网渗透率快速提升。图图 66:车载以太网标准发展显著滞后车载以太网标准发展显著滞后 图图 67:车内网络带宽落后以太网车内网络带宽落后以太网 8 年年 资料来源:以太网联盟,东北证券 资料来源:飞思卡尔,东
130、北证券 4.2.车载以太网发展回顾:资历尚浅,潜力无限 4.2.1.车载以太网发展联盟:AVnu+OPEN Alliance SIG 1、AVnu 联盟联盟:AVnu 联盟由思科和英特尔等公司于 2009 年共同成立,旨在为汽车构筑高品质视听环境,推进“IEEE802.1 Audio/Video Bridging”(AVB)的应用。从 2012年 11 月开始,AVB 正式向 TSN 过渡,并对其中规范进行更新和升级。2、OPEN Alliance SIG:OPEN Alliance 由 NXP、宝马、博通等于 2011 年成立,目的为推动以太网在汽车网络中的应用及标准制定等。OPEN All
131、iance 和电气与电子工程师协会(IEEE)制定了目前车载以太网领域比重最大和应用最广泛的两个标准:100BASE-T1(单对双绞线实现 100Mbps 的传输)和 1000BASE-T1(1000Mbps),二者标准分别于 2015 年和 2016 年面世。4.2.2.车载以太网物理层技术:芯片+介质,仍由外国厂商主导 1、车规物理层元件/芯片 全球首款完全符合 IEEE802.3 标准的用于车载网络的以太网实体元件/PHY 芯片由迈威尔(Marvell)与麦瑞半导体(Micrel/Microchip)在 2012 年 9 月发布,最高可支持 100 Mbps 的速率。2、BroadR-R
132、each 100Mbps 汽车以太网解决方案 BroadR-Reach 是博通公司 2011 年针对汽车环境开发的数据传输技术,在 25m 的传输距离和车内使用环境可用一对UTP(非屏蔽双绞线、传统以太网使用4对双绞线)实现 100Mbps 的传输速度,简称 Broad-Reach 技术。相对计算机领域的百兆以太网连接电缆开销已经显著降低,且如果车内网络(IVN)全部使用博通以太网技术,预计车内互联的成本降低 80%,线缆重量减少 30%。图图 68:100BASE-T1 可显著降低线缆成本和质量可显著降低线缆成本和质量 图图 69:BroadR-Reach 系统图系统图 资料来源:Open
133、Alliance,东北证券 资料来源:Open Alliance,东北证券 4.2.3.车载以太网 OSI 模型架构:与计算机互联网领域互通性强 1、车载以太网 OSI 模型架构 OSI 模型,即开放式通信系统互联参考模型(Open System Interconnection Reference Model),是国际标准化组织(ISO)提出的一个使各种计算机在世界范围内可以顺畅互连为网络的标准框架。TCP/IP 模型将应用层、表示层和会话层统一为应用层。车载以太网在 TCP/IP协议基础上发展而来。其中 SOME/IP(Scalable Service-Oriented MiddlewarE
134、 over IP):一种用于传输服务(Service)信息的基于 IP 的可伸缩中间件,能够适应基于不同操作系统的不同大小的设备,从摄像头到车机或自动驾驶模块;相比于传统的 CAN 总线的面向信号的通信方式,SOME/IP 是一种面向服务的通信方式,更加灵活、节省资源。DoIP 是指基于以太网的诊断传输协议,可将 UDS 进 行封装并基于 IP 网络传输;DoIP 技术可应用于车辆检修、车辆或 ECU 软件的重编程、车辆或 ECU 的下线检查和维修等。图图 70:车载以太网协议架构车载以太网协议架构 资料来源:IEEE,CSDN,东北证券 2、IEEE 时间敏感网络 TSN(原名 AVB)以太
135、网音频视频桥接技术(Ethernet Audio/VideoBridging,EAVB)是在传统以太网络的基础上发展而来针对以太网音视频数据传输的技术。它使用精准时钟同步,通过保障带宽来限制传输延迟。其响应时间介于时间触发的实时网络与异步传输的以太网之间,可应用于时间敏感的各种实时音、视频网络多媒体应用。3、TTEthernet 时间触发以太网(Time Triggered Ethernet,TTEthernet)是基于 IEEE 802.3 以太网的汽车或工业领域的实时通信候选网络,允许实时的时间触发通信与低优先级的事件触发通信共存,使以太网具备满足高安全等级的系统要求的同时,依然可以承担实
136、时性要求不过分严格但仍然有高带宽的以太网传输需求。TTEthernet 支持安全性和可用性标准,可用于汽车 ADAS、车载多媒体以及汽车线控等领域。TTEthernet 在单一网络中可以同时满足不同实时和安全等级的应用需要,支持三种不同的消息类型,时间触发(TT)、速率约束(RC)和尽力而为(BE)。TT 消息优先级最高,RC帧用来保证提供预留的带宽,BE 帧与标准以太网传输方式相同。表表 10:TSN 与与 TTEthernet 对比对比 以太网技术以太网技术 时间敏感网络时间敏感网络 TSN TTEthernet 消息类型 速率约束(RC)实时通信 AB 尽力而为(BE)时间触发(TT)速
137、率约束(RC)尽力而为(BE)时间同步 IEEE 802.1AS 精确时钟定时和同步(gPTP)IEEE 1588 V2 交换机技术 IEEE 802.1Qav 时间敏感流的转发和排队(FQTSS)IEEE 802.1 Qat 流预留协议(SRP)TT 消息具有最高优先级 Time Triggered 周期性任务表 数据帧格式/Byte Header:18 CT-Maker:4 Stream ID:8 TimeStamp:4 AVB stream data:34-1488 CRC:4 CT-ID:2 TTEthernet-payload:46-1500 CRC:4 资料来源:和绪科技,东北证券
138、 4.2.4.车载以太网拓扑结构灵活,可更好平衡成本与性能需求 车载以太网空间拓扑结构灵活。车载以太网空间拓扑结构灵活。车载以太网常见的拓扑结构有星型、菊花链型和树型等。星型结构维护成本低、星型结构维护成本低、核心核心设备负担大,设备负担大,菊花链菊花链型结构设备负担小、维护成型结构设备负担小、维护成本高,本高,树形结构树形结构权衡了二者的优缺点。权衡了二者的优缺点。星型拓扑结构特点是管理方便、极易扩展、安装维护成本低,但由于要专用的网络设备(如交换机)作其核心节点,对核心设备的负担较重,可靠性要求高,各站点的分布处理能力较低。菊花链型拓扑结构特点是由星型结构的基础网络构成,通过菊花链或串行的
139、方式增加下一个节点。菊花链型拓扑结构容易扩展,各站点可以分布处理,网络设备的负担相对较轻,但节点之间的通讯相对较复杂,安装维护成本较高。树型结构权衡了良好的分布处理性能和安装维护成本。图图 71:星型星型和菊花链型拓扑结构和菊花链型拓扑结构 资料来源:和绪科技,东北证券 图图 72:以太网树型拓扑结构以太网树型拓扑结构 资料来源:和绪科技,东北证券 4.3.车载以太网优势:高速率强可扩展性满足汽车不断迭代发展需求 1)基于以太网的通信为数据速率基于以太网的通信为数据速率、传输介质传输介质以及设备增添以及设备增添提供了可扩展性。提供了可扩展性。以太网可通过仅仅改变物理层技术而改变传输速率,而从数
140、据链路层到软件层均可能被重用。以太网也可以选择不同的介质,例如可以较为方便的改用无线或光通信。此外,以太网技术可在不触及下层协议的情况下在应用层上添加一个新协议、新功能。而传统车内总线技术下,所有连接设备共享可用带宽,且各自决定接收器是否处理数据的方法不同:CAN 为消息标识符(ID)、LIN/FlexRay 为预先定义的表、MOST 接收单元分别具有唯一的接收地址。这意味着功能或设备的增添需要将这些定义重写一遍,工作量大、可扩展性低。而汽车以太网通信架构的每一条链路都是点对点连接,一条链路上只有两个单元。只需要给交换机添加一个端口,或使用双端口交换机取代 PHY,就可以扩展网络容量,相比传统
141、总线方便许多。表表 11:车载网络技术的比较:车载网络技术的比较 技术技术 多用户访问方案多用户访问方案 数据速率数据速率 鲁棒性鲁棒性 目标目标应用应用 CAN(FD)基于优先级的消息 通常共享 500kbit/s(2Mbit/s)差分信号,相对小的数据速率 可靠的 ECU 控制 LIN 主从和进度表 共享 19.2Mbit/s 小数据速率 低成本控制 MOST 基于优先级,TDMA和令牌 25、50、150Mbit/s(共享的)光通信的MOST25/150 复杂且高端的音频 FlexRay(灵活的)TDMA 10Mbit/s(共享的)差分信号 实时控制,X-by-Wire 汽车以太网汽车以
142、太网 交换的,用于网络上的每个链接,排队 每个连接和传输方向上的 100/1000Mbit/s 差分信号,智能调制和过滤 高数据速率,与用例无关的数据包 资料来源:汽车以太网,东北证券整理 2)以太网拓扑灵活性强,车内布线的可维护性高以太网拓扑灵活性强,车内布线的可维护性高。交换式以太网为联网设计增加了新的可能性和灵活性。目前汽车行业面临的普遍挑战和发展趋势为:在更短的研发和创新周期内推出差异化、个性化的产品。以太网的交换网络可以采用各种拓扑结构,不限于环形和线形,增减 ECU 数量大大简化。3)以太网技术成熟、适配性强以太网技术成熟、适配性强。以太网技术发展并非从零开始而是已经相对成熟,其在
143、计算机领域已经得到广泛应用,进一步降低了车载以太网发展障碍。例如:车载以太网的 MAC 层采用 IEEE 802.3 的接口标准,无需做任何适配就能无缝支持TCP/IP 等广泛使用的高层网络协议。4)以太网具备以太网具备成本效用比相对较高,传输速度提升可满足车端需求成本效用比相对较高,传输速度提升可满足车端需求。相比于传统的总线技术,车载以太网能够在相对较低的成本上实现更高的带宽。目前百兆和千兆的以太网已在多款新车型上得到应用,而吉比特级别以太网也已完成标准化,预计将通过研发验证测试于不久后面世。车载以太网每节点实施成本高于 CAN 和 LIN,与 FlexRay 相当,远低于 MOST 总线
144、。从目前趋势来看,10+高清摄像头、30+传感器已成为高端智能电动新车型的标配,未来数据传输速度的制约将使得车载以太网替代传统总线成为必然。安波福预计到 2030 年实现全景自动驾驶的数据传输速度需求达 25Gbps,目前仅以太网有能力同步满足数据传输爆炸式增长相应需求。即使传输速度最高的传统总线 MOST 150Mbps 的带宽也相去甚远,且 MOST 总线供应商唯一、架构复杂,成本十分高昂。图图 73:以太网以太网具备传输速度和相对成本优势具备传输速度和相对成本优势 图图 74:汽车网络数据传输速度需求呈指数级增长汽车网络数据传输速度需求呈指数级增长 资料来源:同济大学数学学院,东北证券
145、资料来源:安波福,东北证券 5)以太网的以太网的线束线束相比传统总线更加相比传统总线更加轻量化,简单化轻量化,简单化。在传统的总线通信架构下,几乎每个电子器件都有其特定的线缆和通信要求,车内连线十分复杂,线束成为仅次于引擎和底盘之外的车内第三大成本支出,而生产环节中布置配线的人工成本占到整车的 50%。同时,汽车线束在重量上也排在底盘和引擎之后的第三位。线束重量的降低不仅可以直接节省成本也能够降通过降低整车重量减少能源消耗。一辆低端车的线束系统约有线束 600 根、共约 1200 个接点、重量约 30 公斤、长度约 1500米,其成本大约为 2000 元;一辆豪华车的线束系统约有线束 1500
146、 根、共约 3000 个接点、重量约 60 公斤、长度约 5000 米,其成本大约为 3000-4000 元;完全意义上的无人驾驶汽车若仍采用传统总线技术的布线方式,预计线束成本不会低于 6000 元,重量可达 100 公斤。但如果使用以太网,能够使得车内连接的节点变少,带宽变高,线束变轻,将可减少高达将可减少高达 80的车内连接成本和的车内连接成本和 30的车内布线重量。的车内布线重量。6)以太网有望凭借高带宽和高可拓展性的优势成本为高标准化车内通信技术)以太网有望凭借高带宽和高可拓展性的优势成本为高标准化车内通信技术。通信技术的标准化、互操作性和网络效应十分关键,同一技术的产品的厂商越多,
147、对顾客越有利。不同通信技术标准之间的竞争会使得每个标准的发展受到竞品的挤压,而假如市场上大部分厂商都采用同一标准,就能使得技术标准更快速的迭代和演进,也能更快的产生规模经济降低成本,使得消费者可用更低的价格享受更好的技术服务。以太网在汽车制造商之间的广泛使用将带来教育程度更高的劳动力、更适合的工具、独立的测试实验室更好的基础设施、更高的产业链可靠性等。2015 年的一项调查数据显示,各大 OEM 平均在车内使用的数字通信系统高达 8 种,但大多数人都倾向于 1-4 项技术。汽车以太网有望凭借高带宽和高可拓展性在未来车内通信技术中占据一席之地。7)以太网的编程和软件更新以太网的编程和软件更新速度
148、速度大大优于传统总线,更适应大大优于传统总线,更适应 OTA 需求需求。传统总线架构下,一辆功能丰富的高端汽车全套软件的更新需要时间超过 16h,随着汽车功能和软件数量的增多及 SDV 概念的提出,能否对汽车软件进行快速的 OTA 升级是车厂能否在汽车生命周期内持续提供订阅更新等付费服务的关键。如宝马将理想的软件更新的目标持续时间设定为 15min。这需要(1)约 20Mbps 的净数据速率、汽车软件的刷写过频率并不高,选择的接口技术不应使可用资源有过多压力。(3)刷写进程应成为万维网络功能的一部分。(4)节约车内和经销商及工厂使用的测试设备的成本。MOST 总线异步数据通道最大网络带宽仅有约
149、 7Mbit/s;资源需求和占用算力高;拓扑结构不合适,需要添加一个环或者扩展之前的环;没有 IP 支持;测试仪添加 MOST 需要添加相应的硬件和软件接口;成本高昂。FlexRay 总线数据速率 过小。USB 抗扰性不充分,需要昂贵的电缆和连接器;电缆长度不足,仅支持长约4m 的线缆;没有网络支持;必须开发汽车协议栈和驱动程序。相比之下,汽车以太网在软件更新方面优势明显,其脱胎于计算机互联网技术,数据速率高、成本相对较低且适配性高,不需额外开发过多协议和程序。4.4.车载以太网应用场景:从网关-骨干网向更下沉场景功能渗透 目前目前上车的上车的以太网主要以太网主要可可作为骨干网作为骨干网络,络
150、,用于域与域之间的通信。用于域与域之间的通信。在面向域的架构中,每个域都有一个对应的域集群,由一个域控制单元(DCU)和零个或多个子域ECU 组成,由 DCU 控制子域 ECU。DCU 具有强大的多核 CPU 并承载域的主要功能,而子域 ECU 封装辅助域功能,装载功能较弱的 CPU。不同的 DCU 通过以太网等高速网络互连;子域 ECU 使用传统的汽车总线(例如,CAN、LIN、FlexRay)连接到它们的 DCU,但如果功能和带宽需要,也可以使用汽车以太网,如未来的交通标志识别、全景可视系统、数据记录等自动驾驶相关的带宽需求及数据处理量大的功能。图图 75:以太网为骨干的汽车域集中架构以太
151、网为骨干的汽车域集中架构 图图 76:车载以太网应用案例车载以太网应用案例 资料来源:Vector,东北证券 资料来源:Vector,东北证券 图图 77:车载以太网应用车载以太网应用 资料来源:OPEN Alliance,东北证券 5.AUTOSAR 支持支持集中化架构集中化架构软件开发,软件厂商大有可为软件开发,软件厂商大有可为 5.1.AUTOSAR 通过软件模块化助力车内软件开发迭代 AUTOSAR 助力助力车内通信架构车内通信架构软硬解耦软硬解耦、降低软件开发复杂度、增强、降低软件开发复杂度、增强可扩展性。可扩展性。AUTOSAR(Automotive Open System Arc
152、hitecture/汽车开放系统架构)是一个汽车电子系统的合作开发框架,由全球多家汽车制造商、零部件供应商以及研究服务机构共同参与,并建立了一个开放的汽车控制器(ECU)标准软件架构。其核心功能之一为软硬件分离,提供了符合车规的标准化应用编程接口(API),并具有很高的可扩展性。AUTOSAR 将软件划分为可独立开发的模块,再通过一个高度自动化、功能强大的配置工具将这些不同的功能模块组合在一起,从而大大简化软件开发难度和成本。AUTOSAR 可显著降低汽车软件的开发难度和开发成本。可显著降低汽车软件的开发难度和开发成本。AUTOSAR 提供的软件开发框架可促进车载软件的可移植性和可组合性。通过
153、标准化应用程序软件功能之间的接口和基本功能的接口、定义 ECU 软件参考架构、将分布式开发过程的数据交换格式标准化,AUTOSAR 能够优化车内通信网络,促进来自不同供应商的组件的集成,跨平台组件的使用,以及故障控制方式的系统化,从而促进整个行业效率的提升和技术进步。如安波福基于新架构和 AUTOSAR 开发的 SVA 平台能够降低 75%的系统整合和测试成本、50%的人工安装成本以及 100%的更新成本。图图 78:安波福安波福 SVA 平台能平台能显著降低整车成本显著降低整车成本 图图 79:基于基于 AUTOSAR 的架构项目的架构项目示例示例 资料来源:安波福,东北证券 资料来源:AU
154、TOSAR,东北证券 5.2.AUTOSAR:从 CP 演化到 AP 以适应自动驾驶兴起和车载以太网 AUTOSAR CP 的软件架构定义了三个于 ECU 上执行的软件层:应用层(SWC)、运行时环境(RTE)和基础软件(BSW)。应用层 SWC 独立于硬件,用于实现 ECU的功能,执行传感器/执行器功能。RTE 是架构的通信媒介,SWC 与其他 SWC 以及与 BSW 模块通过 RTE 进行通信;此外 RTE 也是车辆应用软件访问 ECU 功能的网关。BSW 模块提供基本的标准服务,例如总线通信、存储管理、IO 访问、系统和诊断服务等。随着汽车 SOA 架构的广泛接受及车内 EE 架构的演化
155、,自动驾驶和以太网等新概念的应用,AUTOSAR 推出了全新的自适应平台以适配相应的软件发展需求。图图 80:AUTOSAR CP 图图 81:AUTOSAR AP 资料来源:AUTOSAR 联盟,东北证券 资料来源:AUTOSAR 联盟,东北证券 AUTOSAR AP 与与 AUTOSAR CP 相互补充相互补充,但更加熟悉,但更加熟悉 AP 的整车厂和供应商将的整车厂和供应商将具备一定的竞争优势具备一定的竞争优势。AUTOSAR AP 的推出并不是为了替代 AUTOSAR CP它们针对不同的应用程序且相互补充。AUTOSAR CP 主要应用于具有硬实时要求和低带宽通信的安全关键系统,在低资
156、源硬件上实施,而 AUTOSAR AP 则针对高性能、低关键性、具有高带宽和 OTA 要求的系统。从目前趋势来看,AUTOSAR AP 有望接管自动驾驶、连接和信息娱乐等领域,AUTOSAR CP 仍将是动力总成和底盘等传统汽车领域的首选平台。而自动驾驶、智能座舱、车联网是智能网联汽车个性化、差异化及高价值量的关键,我们认为更加熟悉 AUTOSAR AP 开发方法和框架的企业有机会凭借更高效的开发效率和更低的开发成本在软件定义汽车的潮流中取得比较大的优势,获得较多的市场份额。表表 12:AUTOSAR 经典平台与自适应平台的区别经典平台与自适应平台的区别 AUTOSAR 经典平台经典平台 AU
157、TOSAR 自适应平台自适应平台 初次发布初次发布 2005 2017 编程语言编程语言 C 面向对象的 C+通信模型通信模型 信号导向的-重点在 CAN,LIN,FlexRay 服务导向的-重点在以太网 运营系统运营系统 基于 OSEK 的-协同多任务处理-静态任务数目 基于 POSIX(PSE51)-抢占多任务处理-动态任务数目 资料来源:Vector,东北证券 6.车内通信相关产业链车内通信相关产业链梳理梳理:高速连接器:高速连接器迎迎发展机遇发展机遇 6.1.车内通信架构相关产业链各环节主要仍由外国厂商主导 车内通信架构的成本构成复杂、覆盖从基础芯片到系统组装的多个环节车内通信架构的成
158、本构成复杂、覆盖从基础芯片到系统组装的多个环节,车载以太,车载以太网大规模应用需要产业链各环节企业通力协作网大规模应用需要产业链各环节企业通力协作。从车内通信架构的生产要素分析,从传统总线到以太网的过渡涉及到汽车产业链的方方面面。从产品来看,车内网络连接主要由 ECU 和线束组成。ECU 从生产流程来看,可以分为 PCB、组装、外壳和软件许可,其中在 PCB 在涉及不同总线技术所采用的收发信号的晶体振荡器、激光器等,组装阶段涉及域控制器的集成和相关接口的设计,软件许可方面涉及不同通信技术及 AUTOSAR 的适配。ECU 从硬件组成来看,车载以太网的应用加装 PHY芯片以及在网络中增添交换机以
159、实现 ECU 之间的通信。线束方面主要部件为线缆及连接器,若应用车载以太网,线缆将采用双绞线,连接器将需要传输速度更快的高速连接器。在车内通信架构相关要素的整合组装方面涉及机器人制造领域。域控架构的升级及以太网的大规模应用趋势下都需要上述环节的现有产业链进行升级和转型,单靠少数厂商还无法使得车载以太网大规模的普及和应用。表表 13:汽车汽车通信架构通信架构成本要素概览成本要素概览及相关产品线及相关产品线 总体元素总体元素 网络连接相关元素网络连接相关元素 相关产品相关产品 系统 部件 ECU PCB 晶体振荡器、激光器 组装 域控制器 外壳 软件许可 AUTOSAR 组成部分 PHY、交换机
160、以太网 PHY、交换机 外围组件 共模扼流圈 介质相关接口 C 工作 线束 线缆 线缆 熔断器 连接器 连接器 高速连接器 制造 制造 组装 机器人生产线 认证 保修 资料来源:汽车以太网,东北证券整理 国外国外厂商厂商占据车内通信架构占据车内通信架构领域主导地位领域主导地位。车内通信架构相关硬件产品包括各总线 技术节点的收发器(如 CAN 收发器、LIN 收发器等)、线束总成(包括线缆、连接器等)及以太网独有的 PHY 芯片和交换机等。从整体的车内网络架构来看,外国厂商如恩智浦、德州仪器、维克托、英飞凌、安波福等知名厂商占据了主导地位。表表 14:部分车内通信网络相关产品部分车内通信网络相关
161、产品 NXP PHY NXP 交换机 TI CAN 收发器 TI LIN 收发器 Lear 线束 资料来源:各公司官网,东北证券 表表 15:车内网络架构相关供应商:车内网络架构相关供应商 类别类别 主要供应商主要供应商 Autosar 开发软件开发软件 CAN 收发器收发器 LIN 收发器收发器 线束线束 以太网以太网 资料来源:Mouser,盖世汽车,东北证券整理 国内厂商国内厂商抓紧步伐追赶抓紧步伐追赶,AUTOSEMO 助力中国企业适应助力中国企业适应 SOA 发展趋势发展趋势。公司层面,东软和零束等国产厂商都推出了自己的 AUTOSAR 方案;行业层面,2019 年 12 月,国内
162、20 家整车企业和汽车软件供应商共同组建成立了 AUTOSEMO(中国汽车基础软件生态委员会)并于今年 6 月和 9 月先后发布了车载 SOA 软件架构技术规范 1.0和中国汽车基础软件发展白皮书 2.0,有力推动了为中国汽车行业提供下一代汽车标准化的基础软件架构、方法论和应用程序接口标准。6.2.车载以太网市场空间前景广阔,核心软硬件领域静候国内厂商成长 中国汽车以太网潜在市场空间超千亿。中国汽车以太网潜在市场空间超千亿。目前我国车载以太网仍处于发展早期探索阶段,主要用于车内四五个功能域或区域之间的连接和通信,相对于整车上百的 ECU数量来说渗透率仍然较低。随着车内架构的进一步演化及自动驾驶
163、等功能对带宽需求进一步增长,以太网在车内的应用会进一步增加,辅助驾驶、信息娱乐等功能相关的 ECU、区域控制器之间的传输和连接都是潜在的以太网应用场景。我们预计中国以太网市场到 2030 年将达到 1040 亿元,年增长率 52.60%。图图 82:2030 年中国车载以太网市场空间超年中国车载以太网市场空间超 1000 亿元,亿元,CAGR=52.60%资料来源:东北证券测算 车载以太网行业集中度高,恩智浦、博世等外企主导软硬件市场。车载以太网行业集中度高,恩智浦、博世等外企主导软硬件市场。车载以太网产业链中,上游的材料供应商提供线束及芯片等,由硬件商装配处理器、经过中游的软件封装,最后由系
164、统供应商集成到系统中经过测试提供给整车厂。恩智浦和德州仪器占据全球车载以太网 PHY 芯片近 90%的市场份额;软件领域也由博世、大陆、安波福、维克多等主导。国内企业加速追赶,成果显著国内企业加速追赶,成果显著,但仍与国际先进水平存在,但仍与国际先进水平存在差距差距。裕太微电子成功研发出中国首款符合100Base-T1标准的PHY芯片“YTB010”,并已进入量产阶段;景略半导体于 2019 年率先成功流片国内第一款车载千兆以太网 PHY 芯片。经纬恒润为车载以太网测试技术提供商,布局车载以太网超 7 年,为AUTOSAR、OPEN Alliance 及 AVNU 等多个车载网络标准联盟重要成
165、员,参与多项相关标准制定。虽然国内企业在加速追赶,但与国际领先厂商相比,在车规认证、研发封装等领域仍差距明显。37 69 125 264 475 981 1,169 1,394 1,661 1,980 2,427 15 26 47 99 179 368 450 552 675 827 1,040 -500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,00020202021E 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030E全球市场/亿元中国市场/亿元 图图 83:车载以太网产业链:外企处于主导地位车载以太网产业链:外企处于主导地
166、位 资料来源:头豹研究院,东北证券 图图 84:国外厂商主导车载以太网软硬件国外厂商主导车载以太网软硬件 资料来源:头豹研究院,东北证券 6.3.借力新能源弯道超车,国内汽车线束连接器迎历史性机遇 国外企业在车载以太网核心产品芯片、软件及标准领域优势明显,但国外企业在车载以太网核心产品芯片、软件及标准领域优势明显,但我们认为我们认为国内国内厂商可厂商可凭借本土优势及国内新能源发展领先势头凭借本土优势及国内新能源发展领先势头在产业链的上下游取得突破。在产业链的上下游取得突破。车内通信架构演化将带来整个产业链的变革:更多的电子通信需要晶体振荡器、以太网 需要的高速连接器、后装的车载智能系统、架构改
167、变引起的自动化生产线升级改造、激光器等智能制造设备的需求以及域控制器、车载以太网、AUTOSAR 等。我们认为短期内车载以太网及相关标准仍然是由国外厂商主导,但国内 A 股企业能够在其他方面如连接器、晶体振荡器、生产线等做到领先。表表 16:车内通信架构相关细分产业及公司车内通信架构相关细分产业及公司 激光器激光器 工业机器人系统集成工业机器人系统集成 汽车连接器汽车连接器 熔断器熔断器 汽车后市场汽车后市场/车载电车载电子装备子装备 国内国内厂商厂商 锐科激光、创鑫激光、大族激光、华工科技、杰普特 机器人、华昌达、天永智能、克来机电、天奇股份、瑞松科技 立讯精密、胜蓝股份、中航光电、徕木股份
168、、瑞可达、航天电器、得润电子、永贵电器 国际西安熔断器制造公司(西安熔断器厂)、上海电器陶瓷厂有限公司、好利来、中熔电气 威尔弗、路畅电装、广州畅翼、东箭科技 国外国外厂商厂商 美国 IPG、美国相干、德国通快、美国 nLight 日本 DISCO、美国科磊半导体 ABB、日本发那科株式会社 FANUC、KUKA库卡集团、安川电机Yaskawa、柯马COMAU 安费诺、安波福、FCI、Hirose、JAE、莫仕、泰科 伊顿(Bussmann 品牌)、美尔森、Littelfuse Thule Group AB、ARB Corporation Limited、Eastern Polymer Gro
169、up(EPG)资料来源:上市公司年报及招股说明书,东北证券整理 汽车线束行业集中度高,日本龙头企业优势明显。汽车线束行业集中度高,日本龙头企业优势明显。汽车线束是汽车电器电控系统重要组成部分,负责将中央控制部件与汽车控制单元、电气电子执行单元、电器件之间的连接。汽车线束主要由导线、端子、接插件及护套等组成。铜材冲制而成的接触件端子(连接器)与电线电缆压接后再塑压绝缘体或金属壳体等,以线束捆扎形成连接电路。汽车线束产品定制化程度高,有舒适性、经济性、可靠性和轻量化四大要求,不同整车厂商的不同车型设计方案和质量标准不同。目前全球汽车线束行业集中度相对较高,矢崎、住友和安波福(原德尔福)占据 70%
170、的份额,行业集中度高,龙头企业优势明显。图图 85:汽车线束组成及要求汽车线束组成及要求 图图 86:全球汽车线束行业集中度高全球汽车线束行业集中度高 资料来源:焉知,东北证券 资料来源:华经产业研究院,东北证券 2021 年全球连接器行业明显回暖,中国发展快于全球。年全球连接器行业明显回暖,中国发展快于全球。2019-2020 年由于新冠疫情影响,全球连接器行业市场规模分别同比下降 3.81%和 2.25%,进入 2021 年随着新矢崎,29.8%住友电气,24.4%德尔福,16.7%莱尼,6.1%李尔,4.7%古河,3.6%藤仓,2.7%科洛普,1.6%裕罗,1.6%天海,0.5%京信,0
171、.4%其他,8.0%冠疫情对经济的影响逐步消退,下游行业如通信、汽车、消费电子、工业对连接器的需求快速反弹。2021 年全球连接器市场规模达到 780 亿美元,增速 24%,达近十年最高水平。中国连接器市场发展速度整体快于全球,2021 年同比增长 24%至 250亿美元,2011-2021 年 10 年 CAGR 达 8.26%,快于同期世界增速 4.30%。图图 87:全球连接器行业市场规模及增速情况全球连接器行业市场规模及增速情况 图图 88:中国连接器行业市场规模及增速情况中国连接器行业市场规模及增速情况 资料来源:Bishop&Associates,东北证券 资料来源:Bishop&
172、Associates,东北证券 中国是全球最大连接器市场,通信、汽车领域需求中国是全球最大连接器市场,通信、汽车领域需求维持较高景气度维持较高景气度。从细分区域来看,中国稳居全球连接器细分市场榜首,2021 年中国连接器市场占全球比重提升0.85pct 至 32.03%,占据全球近三分之一的市场份额,比北美、欧洲的领先优势较为明显。从应用领域来看,通信、汽车为前两大细分领域。随着云计算快速发展对数据中心建设需求及流量的快速增长,通信领域对连接器需求不断增加,2021 年通信领域连接器市场规模占比为 23.47%。汽车端随着智能网联的普及对于数据传输的要求也快速提升,但受限于疫情影响整车销量,2
173、021 年占比略有下降,占比 21.86%。图图 89:全球连接器市场规模细分地区情况全球连接器市场规模细分地区情况 图图 90:全球连接器市场规模细分领域情况全球连接器市场规模细分领域情况 资料来源:Bishop&Associates,东北证券 资料来源:Bishop&Associates,东北证券 连接器市场连接器市场集中度逐渐增加集中度逐渐增加,Top10 市场份额不断提升市场份额不断提升。从竞争格局来看,连接器市场头部厂商具备较强的技术实力和竞争优势,根据 Bishop&Associates 数据,从1980-2020 年,前十大厂商市场份额从 38.01%提升至 60.77%,市场份
174、额逐渐向头部集中,市场集中度不断提升。从厂商来看,泰科、安费诺、莫仕位居 2019 年连接器512 498 512 554 520 542 601 667 642 627 780-3%3%8%-6%4%11%11%-4%-2%24%-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%0050060070080090020000202021市场规模(亿美元)同比增速113 114 119 136 147 165 191 209 195 202 250 1%4%15%8%12%16%10%-7%4%24%-10
175、%-5%0%5%10%15%20%25%30%050030020000202021市场规模(亿美元)同比增速32.18%20.47%21.51%14.42%7.06%4.36%32.03%20.87%21.14%14.60%6.76%4.60%内环:2020年外环:2021年中国欧洲北美亚太日本其他23.08%22.55%13.32%12.31%6.93%21.81%23.47%21.86%13.13%12.80%6.96%21.79%内环:2020年外环:2021年通信汽车消费电子工业轨道交通 市场份额前
176、三位,市场份额分别为 15.45%、11.44%和 8.26%。中国立讯精密市场份额 4.64%,排名第六位。图图 91:Top10 连接器连接器厂商份额不断提升厂商份额不断提升(亿美元亿美元)图图 92:全球连接器市场竞争格局全球连接器市场竞争格局 资料来源:Bishop&Associates,东北证券 资料来源:Bishop&Associates,东北证券 2021 年年汽车连接器市场汽车连接器市场快速回暖,同比增速超快速回暖,同比增速超 20%。随着疫情影响逐步消退,整车销量修复反弹助力汽车连接器市场回暖。2021 年全球汽车连接器市场扭转连续两年下降趋势,同比增长 21%到 170 亿
177、美元。其中中国汽车连接器市场规模同比增长 21%至 43 亿美元,随着汽车消费刺激政策的出台及新能源车快速普及带来的单车连接器价值量提升,中国汽车连接器市场规模有望迎来快速提升。分地区来看,根据Bishop&Associates 数据,中国汽车连接器市场份额占全球比重大约四分之一。从车内应用领域来看,舒适娱乐价值占比最高,达 31.2%;动力总成及安全分别占比22.8%、17.9%。图图 93:全球汽车连接器市场规模及增速情况全球汽车连接器市场规模及增速情况 图图 94:中国汽车连接器市场规模及增速情况中国汽车连接器市场规模及增速情况 资料来源:Bishop&Associates,东北证券 资
178、料来源:Bishop&Associates,东北证券 34 71 99 175 188 245 278 285 295 315 301 324 361 397 387 381 56 101 139 182 193 234 234 213 217 239 219 218 240 270 255 246 0%10%20%30%40%50%60%70%00500600700800CR10收入其他厂商收入CR10市场份额15.45%11.34%7.63%5.26%4.79%4.07%4.04%2.92%2.21%1.82%40.47%15.45%11.44%8.26%5.26%4
179、.82%4.64%3.85%2.54%2.10%1.89%39.75%内环:2018年外环:2019年泰科安费诺莫仕安波福鸿腾精密立讯精密矢崎JAEJ.S.T.罗森伯格其他157 152 141 170-3%-7%21%-10%-5%0%5%10%15%20%25%020406080020202021市场规模(亿美元)同比增速33 36 33 36 43 9%-8%8%21%-10%-5%0%5%10%15%20%25%000202021市场规模(亿美元)同比增速 图图 95:2021 年年全球汽车连接器市
180、场细分地区情况全球汽车连接器市场细分地区情况 图图 96:汽车连接器车内应用领域情况(汽车连接器车内应用领域情况(2019)资料来源:Bishop&Associates,东北证券 资料来源:Bishop&Associates,东北证券 汽车连接器汽车连接器包括低压、高压及高速连接器三类,用于车内不同场景。包括低压、高压及高速连接器三类,用于车内不同场景。从产业链角度来看,连接器厂商从上游采购金属材料、电镀材料、塑胶材料等通过加工、压铸等工艺组装成连接器产品供给下游通信设备、汽车、消费电子等领域的客户。低压连接器是传统燃油车广泛使用的连接器,用于低于 14V 的三电系统。高压连接器用于实现 60
181、-380V 的电压传输和 10-300A 的电流传输,主要用于新能源汽车的电池、PDU、OBC 等。高速连接器包括 FAKRA、Mini-FAKRA、HSD、以太网等,主要用于对数据传输要求大的信息娱乐系统、导航与辅助系统、摄像头、传感器等。市场竞争者方面,国外为泰科、矢崎、安费诺、安波福等,国内领先厂商包括瑞可达、鼎通科技、徕木股份、中航光电等。图图 97:连接器产业链情况连接器产业链情况 图图 98:汽车连接器车内应用汽车连接器车内应用 资料来源:华经产业研究院,东北证券 资料来源:鼎通科技招股书,东北证券 表表 17:汽车连接器分类及应用汽车连接器分类及应用 连接器分类连接器分类 种类种
182、类 具体应用具体应用 国外领先厂商国外领先厂商 国内领先厂商国内领先厂商 低压连接器低压连接器 低于 14V 三电系统 传统油车 BMS、空调系统、车灯 泰科、矢崎、安波福、JAE 等 鼎通科技、徕木股份、合兴股份等 高压连接器高压连接器 60V-380V 电压传输10A-300A 电流传输 新能源汽车的电池、PDU(高压配电盒)、OBC(车载充电机)、DC/DC、空调、PTC 加热、直/交流充电接口等 泰科、安波福、安费诺等 中航光电、瑞可达、永贵电器等 中国,25.20%欧洲,32.30%北美,24.50%亚太,7.90%日本,7.90%其他,2.20%舒适娱乐,31.20%安全,17.9
183、0%动力总成,22.80%车身线束&配电,14.40%导航&仪表,13.80%高速连接器高速连接器 FAKRA、Mini-FAKRA、HSD、以太网 信息娱乐系统、导航与辅助驾驶系统、摄像头、传感器、广播天线、GPS、蓝牙、WiFi、无钥匙进入等 泰科、安波福、安费诺等 鼎通科技、电连技术、意华股份等 资料来源:华经产业研究院,东北证券 新能源车火爆带来新能源车火爆带来高压及高速需求使得电动车高压及高速需求使得电动车线束及连接器线束及连接器市场规模快速增长市场规模快速增长。BIS Research 预测,到 2031 年,全球电动车线束及连接器市场规模将达 228.69 亿美元,2021 年到
184、 2031 年年均复合增长率达 24.16%。其中 99.95 亿美元(44%)是用于电池的高压线束及高压连接器,80.27 亿美元(35%)用于车身场景,17.96 亿美元(8%)用于仪表盘及座舱。图图 99:电动汽车线束及连接器市场规模电动汽车线束及连接器市场规模 资料来源:BIS Research,东北证券 本土连接器厂商有望受益新能车快速发展新机遇,依靠本土优势提升市场份额。本土连接器厂商有望受益新能车快速发展新机遇,依靠本土优势提升市场份额。与传统燃油车相比,新能源汽车由于使用应用交流电机导致电磁干扰强烈,为保证线束可靠性在设计时必须考虑电磁干扰性,汽车线束将从原料材质、生产工艺、产
185、品特性方面寻求升级突破,实现高压化和抗电磁干扰发展汽车渗透率的快速提升,使汽车线束市场由低成本战略市场逐步转为技术含量更高的性价比市场。我国本土部分优质的线束企业已在高压线束的设计开发领域实现技术突破,拥有领先的研发实力,发展潜力巨大。前瞻产业研究院预测,2023 年我国新能源汽车连接器市场规模将达到 81.17 亿元,2018-2023 年年复合增长率达 17.26%。7309701,1981,4801,8282,2582,7903,4464,2575,2606,4978,0277179741,2291,5511,9582,4713,1193,9374,9706,2737,9189,9951
186、3294205356828681,1061,4101,79644074956037348941,0891,3261,647688981,0501,2281,4371,9732,6283,2554,0345,0026,2067,7039,56711,88814,77818,37922,86905,00010,00015,00020,00025,0002020202242025202620272028202920302031车体高压电池仪表盘/座舱空调其他(百万美元)图图 100:整车线束
187、示例整车线束示例 图图 101:中国新能源汽车连接器市场规模快速增长中国新能源汽车连接器市场规模快速增长 资料来源:电工屋,东北证券 资料来源:前瞻产业研究院,东北证券 车内通信架构向以太网演化驱使下高速连接器迎来发展机遇。车内通信架构向以太网演化驱使下高速连接器迎来发展机遇。域集中、区域集中架构相比传统分布式总线 ECU 和线束数量大大减少,低压线束应用将越来越少,信息娱乐系统、自动驾驶数据传输处理及车内以太网及大算力域控建设的大趋势使得高数据传输井喷式增加,高频高速的连接系统及线束成为行业新动能。2019 年汽车连接器领域集中度较高,泰科占据近 40%的市场份额,矢崎 15%,安波福 12
188、%,三家市场份额占比近 70%。随着我国汽车智能化迅速发展本土企业或将凭借本土定制化优势逐步打开局面,在高速连接器增量市场取得进展。L1 及以下车型数据传输要求较低,单车价值量 200 元左右;L2 车型 ADAS、OTA 及智能座舱已较为成熟,高速连接器应用大幅增加,单车价值量约 1000 元,我们认为随着 L2 及以上更高等级自动驾驶渗透率的逐渐提升,高速连接器单车用量将逐步提升,2025 年我国高速连接器市场规模将达到 187 亿元,2020-2025 年年均复合增长率 20.10%。图图 102:汽车连接器行业集中度相对较高(汽车连接器行业集中度相对较高(2019)图图 103:中国汽
189、车高速连接器市场规模(亿元)中国汽车高速连接器市场规模(亿元)资料来源:Bishop&Associates,东北证券 资料来源:东北证券预测 6.4.高精度定位单元成 L3 发展刚需,传统导航企业转型切入 北斗大规模建设叠加下游北斗大规模建设叠加下游高景气度高景气度需求,我国高精度定位市场快速成长。需求,我国高精度定位市场快速成长。根据 2022年中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书,2021 年我国卫星导航定位终端产品销量达 5.1 亿台,其中 3.43 亿台智能手机,477 万汽车前装终端,681 万汽车后装终端;安装农机自动驾驶系统超 10 万台;用于无人机、农机自动驾驶、智能网联汽车、
190、测绘仪器、机器人等场景的厘米级高精度芯片、模块和板卡年出货量超 120 万。高精度应用终端总销量近 170 万台,国产率超 70%。北斗建设及下游高景气度需求催化下,我国高精度相关产品市场规模从 2010 年的 11 亿元至 2021 年的 151.9 亿元,36.6239.1446.9756.3667.6481.50607080902002120222023新能车连接器市场规模/亿元泰科,39.1%矢崎,15.3%安波福,12.4%JAE,4.0%罗森博格,3.6%JST,3.6%住友,2.5%意力速,2.1%京瓷,2.0%安费诺,1.9%其他,1
191、3.5%74.7994.5399.25121.57151.09186.89207.79228.55252.47280.24312.7305003003502020 2021 2022E2023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E 年均复合增长率达 27%。图图 104:Appolo 定位系统框架定位系统框架 图图 105:中国高精度市场规模快速增长(亿元)中国高精度市场规模快速增长(亿元)资料来源:Apollo,东北证券 资料来源:中国卫星导航与位置服务产业白皮书,东北证券 首部支持首部支持 L3 上路的法规落地,车规高精度定位单元搭载
192、进一步提速上路的法规落地,车规高精度定位单元搭载进一步提速。国内首部支持 L3+等高自动驾驶等级智能网联汽车上路的法规将于深圳经济特区智能网联汽车管理条例自 2022 年 8 月 1 日起施行。法规对权责进行了明晰:有驾驶人的由驾驶人承担责任。法规的施行将推动 L3+智能网联汽车的落地,而 L3 标配的高精度定位单元将迎来加速发展契机。我国目前大多数自动驾驶方案以激光雷达+视觉+高精度地图定位为主,市面上 L2+车型绝大部分可选装或标配高精度定位模块,对于L3+的自动驾驶,高精度定位将必不可少,随着条例的落地,车载高精度定位将迎来快速增长。1606366.176.6114
193、151.902040608002010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 7.推荐标的推荐标的 7.1.中科创达:汽车软件持续受益架构集中化开发需求 汽车中央计算架汽车中央计算架构构带来软件开发增量需求带来软件开发增量需求。目前市场上主流的功能域架构已日趋成熟、产业链不断完善;而在功能、算力、ECU 数量不断增加的背景下,对下一代 HPC中央计算架构的需求迫在眉睫。通过计算与控制的分离实现更高的可扩展性和可维护性,而这个过程中对软件的开发量将显著增长,中科创达凭借深厚的技术功底和操作系统开发经验,
194、有望深度参与到主机厂引导的 HPC 架构产业链中提供基础软件层,成为软件定义汽车浪潮中不可或缺的一环。图图 106:HPC 架构软件开发量将大幅增长架构软件开发量将大幅增长 资料来源:EB,东北证券 赛道景气度持续向好,生态完善壁垒高赛道景气度持续向好,生态完善壁垒高。创达业务所涵盖的智能手机、物联网和智能网联汽车三大板块,除智能手机进入存量替代阶段外,物联网和智能网联汽车均处于蓬勃发展时期,渗透率较低,增长潜力巨大。此外,中科创达产业链长期合作生态壁垒显著,其深度合作伙伴高通进军智能驾驶业务的步伐坚定,智能座舱芯片已成效显著,智能驾驶芯片也紧追对手。高通车规芯片放量利好创达智能驾驶业务。7.
195、2.德赛西威:大算力域控先发优势,智能驾驶业绩高速释放 智能驾驶域控制器智能驾驶域控制器快速放量助力业绩高速增长快速放量助力业绩高速增长。公司前瞻性布局 ADAS 领域成效尽显,在大算力自动驾驶域控制器领域一骑绝尘。公司搭载英伟达 Orin 芯片的 IPU04域控制器已定点小鹏 G9、理想 L9、蔚来 ET7/ET5/ES7 等头部智能电动车型,2022年下半年随着新车型正式发布并逐步量产交付。作为最早实现英伟达大算力芯片方案域控制器量产的供应商,公司已经在技术验证方面实现领先,我们认为公司将凭借先发及客户优势,继续保持智能驾驶业务快速增长态势。图图 107:德赛西威智驾域控制器规划德赛西威智
196、驾域控制器规划 图图 108:德赛西威智能德赛西威智能驾驶布局驾驶布局 资料来源:德赛西威,东北证券 资料来源:德赛西威,东北证券 丰富丰富域控域控量产经验成为德赛西威量产经验成为德赛西威下阶段巩固拓展先发优势下阶段巩固拓展先发优势关键。关键。目前市场上主流新能源车厂旗舰汽车所采用的功能域控架构已发展较为成熟,下一代进成本更低、可扩展性更强的 HPC 架构已成为下一个突破点。在由功能域向 HPC 区域移植的过程中,像德赛西威这种具有丰富域控量产经验的公司能够更快地适配新架构,更快地完成功能移植、软件开发及车规认证,获得领先卡位优势。7.3.经纬恒润:ADAS 领域龙头,充分受益汽车智能网联化趋
197、势 公司是中国乘用车公司是中国乘用车 ADAS(前视系统)市场(前视系统)市场头部厂商中唯一一家头部厂商中唯一一家国内国内企业,在国内企业,在国内供应商中处于领先地位,具备较高的市场认可度和品牌影响力供应商中处于领先地位,具备较高的市场认可度和品牌影响力。根据佐斯汽研数据,2020 年中国乘用车新车 ADAS 市场份额绝大部分由外国公司占据,其中日本电装、博世、安波福、科世达和松下占据了 74.2%的市场份额,经纬恒润凭借 17.8 万辆的装车辆成为唯一一家上榜的国内厂商,市场份额 3.6%,在国内 ADAS 供应商中处于绝对领先地位。在国内自主品牌乘用车 ADAS 市场中,公司竞争优势更加显
198、著,2020 年以 16.7%的市场份额排名第二,仅次于博世的 43.3%。图图 109:经纬恒润智能驾驶产品矩阵丰富经纬恒润智能驾驶产品矩阵丰富 图图 110:2020 年中国自主品牌年中国自主品牌 ADAS 市场竞争格局市场竞争格局 资料来源:公司招股说明书,公司官网,东北证券整理 资料来源:公司招股说明书,佐思汽研,东北证券 公司远程通讯控制器公司远程通讯控制器 T-Box 市场份额处于国内第一梯队市场份额处于国内第一梯队,深度受益国内汽车智能网,深度受益国内汽车智能网联化进程联化进程。2020 年中国 T-Box 市场装配总量达到 943 万辆,其中 LG 电子、法雷奥、Denso 等
199、国际领先企业占据市场前三名,市场分额分别达到 12.3%、9.2%和 8.3%。公司 T-Box 产品装配量 2020 年达到 36.9 万辆,市场份额为 3.9%,位居全部厂商第 10 位,中国厂商第 5 位,处于国内 T-Box 供应商第一梯队。经纬恒润作为国内汽车智能网联化龙头,ADAS 产品和 T-Box 产品竞争力强,市场份额均处于国内厂商领先地位,有望深度受益智能网联化进程。图图 111:2020 年中国年中国 T-Box 产品装配量情况产品装配量情况 图图 112:2020 年中国年中国 T-Box 产品市场竞争格局情况产品市场竞争格局情况 资料来源:公司招股说明书,东北证券 资
200、料来源:公司招股说明书,东北证券 7.4.华测导航:有望成为汽车高精度组合导航定位单元国内龙头 智驾组合导航系统持续定点,产品获得产业链广泛认可。智驾组合导航系统持续定点,产品获得产业链广泛认可。公司依托 GNSS 定位导航技术进军汽车高精度导航领域,其车载紧耦合算法结合了 GNSS 高精度和惯导不受外界影响的优点,半遮挡及全遮挡环境下位置推算精度高,固定恢复时间快,目前已成哪吒汽车、吉利路特斯、比亚迪和长城的自动驾驶位置单元定点供应商,预计2022 年开始出货。陆续获得多个定点彰显了公司智驾组合导航系统的技术实力和客户认可度,车规高精度定位有望成为公司新的增长引擎。图图 113:华测导航地基
201、增强华测导航地基增强+GNSS/INS 解解决方案决方案 图图 114:组合导航结合惯性组合导航结合惯性/卫星导航优点卫星导航优点 资料来源:公司官网,东北证券 资料来源:公司官网,东北证券 北斗三号正式开通,需求逐步释放。北斗三号正式开通,需求逐步释放。2020 年北斗三号导航系统正式开通,驱动下游产业蓬勃发展,公司的农机、防灾、设备类业务有望受益放量。公司新一代农机自动驾驶产品 NX510 已与部分主机厂深度合作;普适性地质灾害检测方案于全国近5000 处隐患点部署 2 万台监测预警设备,市占率保持领先;五星十六频 RTK 产品竞争力行业领先并获快速推广。7.5.瑞可达:新能源汽车连接器龙
202、头供应商 产品品类丰富,优质新能车连接器供应商。产品品类丰富,优质新能车连接器供应商。瑞可达作为新能源汽车连接器的优质供应商,产品品类齐全,矩阵丰富。公司新能源汽车连接器产品主要包括高压连接器、高压线束总成、PDU/BDU(电源分配单元总成)、MSD(手动维护开关)、充电接口/充电枪座、铜排及叠层母排、信号类连接器产品等。图图 115:瑞可达瑞可达产品在新能源汽车行业的应用产品在新能源汽车行业的应用 图图 116:瑞可达综合解决方案瑞可达综合解决方案 资料来源:瑞可达招股说明书,东北证券 资料来源:瑞可达招股说明书,东北证券 优质客户塑造护城河,充分受益新能源快速发展需求优质客户塑造护城河,充分受益新能源快速发展需求。瑞可达主要客户包括美国 T公司、蔚来汽车、上汽集团、长安汽车、奇瑞汽车、宁德时代、鹏辉能源等。在汽车领域与国内头部新势力蔚来及头部主机厂上汽、长安均有合作,有望受益配套新能源车型出货量快速提升,迅速提升市场份额,实现业绩高速增长。图图 117:瑞可达客户概览瑞可达客户概览 资料来源:瑞可达招股说明书,东北证券