泡芙小组特斯拉是自动驾驶商业化引领者,独辟蹊径推动智能化发展。特斯拉于2014年10月推出Autopilot 1.0,首次实现自动驾驶系统商业化,目前正在向L3级别迈进,2020年推出了无人驾驶出租车。
不同于传统分布式电子电气架构,特斯拉采用集中式电子电气架构,减少线束长度,并能够提高大数据处理能力。特斯拉电子电气架构包含CCM、BCMLH、BCMRH三大模块。中央计算模块(CCM) 整合了信息娱乐系统(IV)、辅助驾驶系统(ADAS),以及外部连接和车内通信系统域功能;左车身控制模块(BCMLH)和右车身控制模块(BCMRH)分别负责车身与便利系统、底盘与安全系统和部分动力系统的功能;自动驾驶等级越高,越需要超高传输速度将海量数据直接通过FSD芯片进行处理,然后及时反馈到执行层。
特斯拉通过升级电子架构可以有效减少线束的长度,Model 3约为1.5千米,Model Y仅为100米。特斯拉直接跨越域集中电子电气架构,采用域ECU车载电脑的方式,其自研的FSD芯片每秒能完成144万亿次计算,能同时处理每秒2300帧的图像,并且能够应对L5级别自动驾驶所需的感知层数据量和计算能力。
汽车OTA主要分为FOTA(Firmware-over-the-air,固件在线升级)和SOTA(Software-over-the-air,软件在线升级)两类,前者是一个完整的系统性更新,后者是迭代更新的升级。传统车企受限于车辆网络安全、来自经销商的压力等,普遍依赖线下升级,更新车内固件需要到4S店或者定点维修机构,耗时效率低下;而特斯拉通过OTA升级不仅可以更新软件,如实现Autopilot功能、地图、娱乐系统、车辆控制等功能升级,还可以刷新固件而获得整车性能优化。特斯拉是全球率先应用OTA升级系统的车企,其自动驾驶功能通过无线网络进行OTA持续更新,持续更新,可实现对软件系统甚至自动驾驶算法的更新从而进行性能优化。(见表1)
例如,特斯拉推出续航升级选项可为Model3提升5%的续航;加速升级服务可将Model 3的0-100km/h从4.4秒降到3.9秒;推出座椅加热服务可以解锁座椅加热功能等。特斯拉OTA升级软件版本功能介绍如表1所示。
OTA将成为未来实现完全自动驾驶功能数据更新最切实可行的方式,全球主要整车厂OTA布局进展如表2所示。
根据lexfridman测算,截至2019年末,特斯拉累计交付搭载Autopilot硬件的车辆85万辆,Autopilot激活状态下特斯拉已积累行驶数据30亿英里;数据被应用于Autopilot功能优化,OTA推送,形成良性循环;Autopilot 3.0将搭载自主研发的FSD芯片,保障运算需求。2015-2021年,特斯拉Autopilot累计行驶里程增长趋势(估算,英里)如图1所示。
目前,国内外科技公司已经开展不同程度的自动驾驶商业化示范,以求快速抢占市场份额。一方面,掌握有核心技术的科技企业选择在特定领域展开自动驾驶网约车的试运营服务;另一方面,一些国家或城市提出支持政策,准许企业开展自动驾驶商业化应用的部署,提升商业化应用的日程。
Alphabet公司(Google母公司)旗下子公司Waymo于2017年11月开始在驾驶座上不配置安全驾驶员的情况下测试自动驾驶汽车,并推出无人出租车服务,冲击商业化运营。Waymo商业化进展如表3所示。
国内科技公司方面,百度Apollo开发平台已加盟148家汽车相关企业,Apollo自动驾驶平台开放进程见表4。
传统车企联盟化成为趋势,包括大众-福特、戴姆勒-宝马、通用-本田等国外车企通过共享技术推动自动驾驶商用化。目前L2级自动驾驶系统搭载率显著提升,L3级别正在开始渗透。随着主机厂不断加大投入,持续发力,有望加速推动L3级及以上自动驾驶系统的渗透。
2017年,福特汽车10亿美元收购Argo,大众汽车2019年斥资26亿美元投资Argo,大众-福特联盟成型;2016年,通用汽车10亿美元收购Cruise,本田汽车2018年斥资7.5亿美元投资Cruise,通用-本田联盟成型。具体的国外车企联盟关系和合作研发成果见图2。
国内方面,传统车企稳健前行,造车新势力重点发力。长城汽车通过与阿里巴巴、腾讯、百度、华为、AutoBrain、Hexagon Metrology的深度合作,开发出了i-pilot智能驾驶系统;吉利汽车则是与腾讯、百度、华为、联通形成合作伙伴关系,开发了G-pilot自动驾驶策略。长城汽车i-pilot系统和吉利汽车G-pilot策略发展现状及未来发展规划分别如图3、图4所示。
国内造车新势力则重点发力智能网联,推崇“电动车平台+品牌力提升”战略。蔚来汽车推出了Nio Pilot高级辅助驾驶系统,通过三目前向摄像头、4个环视摄像头、5个毫米波雷达、12个超声波传感器、1个驾驶状态检测摄像头实现高级辅助驾驶功能。小鹏汽车与德赛西威联合开发L3级X Pilot高级辅助自动驾驶系统,上线了ICA 智能巡航辅助功能,以巩固自身在自动驾驶汽车领域的竞争优势。
2020年2月24日,发改委、工信部等11部委联合发布《智能汽车创新发展战略》强调智能化与网联化协同,重点关注网联式车联网;提出车用无线X等)实现区域覆盖,新一代车用无线X)在部分城市、高速公路逐步开展应用,高精度时空基准服务网络实现全覆盖;明确国内市场化主导,开放国际合作,实现技术可控,培育智能汽车创新发展平台等新型市场主体。智能汽车将通过单车智能加车联网(V2X)的模式实现自动驾驶功能。智能汽车发展模式如图5所示。
现阶段,高级驾驶辅助系统(ADAS)正处于L2向L3迈进阶段,全球主要国家和地区陆续将ADAS系统纳入各国汽车安全评分体系,具体见表5。
新能源汽车已成为智能网联的最佳载体,一是因为电动机几乎可实现瞬时响应,二是电动车能够搭载大功率电子设备,从而支持ADAS系统的搭载与使用。2018年,整体ADAS渗透率由高到低为插电混动汽车、纯电动汽车、燃油汽车,ADAS渗透率提升空间由高到低则是纯电动汽车、插电混动汽车、燃油汽车。2016-2018年,三类汽车ADAS自动驾驶覆盖率具体情况如图6、图7、图8所示。
政策强制标配叠加汽车电动化加速,使得ADAS渗透率有望大幅提升,既实现从插电混动到纯电动的渗透,又实现从高端车向中低端车的普及。预计ADAS市场规模2020年将达700亿元,2025年可突破1500亿元。其中,新能源汽车ADAS市场规模增速更加可观,预计2020年为350亿元,2025年突破1000亿元。
车联网作为单车智能化的重要补充,应用场景极其丰富,在智能驾驶、智能交通、智能检测、智能服务等领域应用空间巨大。车联网可以实现车与车(V2V)、车与路(V2R)、车与互联网(V2I)、车与人(V2P)之间的通信,意味着车辆拥有更丰富的信息来源。车联网协同控制可实现提前预警、可在危急情况下主动控制执行端进行紧急制动等,因此更加安全。根据美国高速公路安全管理局统计数据,车联网的存在使得中轻型车和重型车能避免80%和71%的交通事故,交通堵塞减少60%,短途运输效率提高70%,现有道路通行能力提高2-3倍,停车次数减少30%,行车时间降低13%-45%,油耗降低15%。
车联网通过多模块实现全局通讯,为智能驾驶提供决策和计算冗余,保证及时安全,具体的车联网通讯设备系统如图9所示。
目前,我国已出台诸多车联网相关政策,致力加大针对车辆网的扶持力度,相关政策见表6。
车联网通讯速率方面,随着5G的快速发展将彻底解决数据传输问题,从而缓解V2X的通讯延迟。5G具备的高可靠性、超低时延和广连接等特征,可充分满足车联网数据采集和处理的及时性要求。根据赛迪顾问预计,2016年中国车联网市场规模366.4亿元,到2018年上升至486亿元,近三年增速稳定在14%左右。在扶持政策和5G的推广应用驱动下,预计2021年有望突破1000亿元。分市场结构看,2018年软件及服务占比约14%,随着车联网的不断发展成熟,硬件占比预计会下降,软件及服务占比有望显著提升。
此外,华为作为5G行业的领军者,入局车联网做智能网联汽车增量部件的供应商,也为车联网的加速发展积极助力。与华为存在合作关系的汽车厂商、软件厂商如图10所示。
在新一轮科技革命影响下,全球制造业正在进入广度、深度和速度空前加强的转型升级期,智能汽车领域产业链条长、涉及环节多、差异化消费需求强烈,是新一轮产业革命的重要抓手,是实现“需求侧改革”的重要力量。
本文节选自建投华科投资股份有限公司主编的《中国智能汽车科技强国之路》,聚焦智能汽车领域,以发改委、工信部等11个国家部委联合印发的《智能汽车创新发展战略》为指引,与知名院士,清华、上海交通大学等高校研究学者,一汽、长安、蔚来、小鹏等一线车厂及车载芯片企业的产业界专家共同创作。
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