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中金:汽车迎来新趋势 车联网带动大变革添加时间:2021-10-13 04:21
  

  当前汽车产业电动化程度不断加深,并开始向智能化和网联化拓展。智能化和网联化双轮驱动,不仅成为实现高阶自动驾驶的必要条件,也演化为行业未来科技创新和消费升级的方向。我们看好在车联网领域具备先发优势的整车企业和快速崛起能力的配套零部件企业,建议关注具有技术领先优势和快速迭代能力的企业。

  智能化和网联化双轮驱动,汽车产业迎来重大机遇。当前全球新一轮科技产业变革正在蓬勃发展。作为科技创新的重要载体,智能网联汽车正推动着汽车产业形态、交通出行模式、能源消费结构和社会运行方式的深刻变化。我们认为车联网和单车智能作为并行的两条技术路线将随着智能网联汽车的布局节奏加速深度耦合,通过协同感知、决策、控制实现完全自动驾驶,从而为全球汽车产业带来新的发展机遇。

  车联网技术是实现L4/L5自动驾驶的必要条件。目前主流车企正陆续发布L3量产车型,并逐步向L4/L5演进。大部分自动驾驶初创公司则直接切入到L4/L5。而仅依靠单车智能技术路线自动驾驶的某些特殊场景,比如行人“鬼探头”、前方交通事故预知等。而基于车联网技术的“上帝视角”则可较好处理。此外部分场景仅依靠单车智能虽能较好解决,但仍存在长尾效应,如视觉识别红绿灯,由于存在遮挡、极端天气等因素,无法做到100%准确,而结合车联网的车路协同技术则有望解决此问题。

  国内车联网市场总规模有望在2025年超两千亿元。我们将车联网产业划分为车端和路端,分别测算其市场空间。车端市场主要考虑车载设备和内容服务两方面,我们预计2025年V2X车端市场规模将超千亿元,后期将快速增长,有望2030年规模超3500亿元。而路端市场主要包括城市内交叉路口和高速公路路侧基础设施建设,经测算其在2025年市场规模约为819亿元,在2030年将超1000亿元。

  智能化和网联化双轮驱动,汽车产业迎来重大机遇。当前全球新一轮科技产业变革正在蓬勃发展。作为科技创新的重要载体,智能网联汽车正推动着汽车产业形态、交通出行模式、能源消费结构和社会运行方式的深刻变化。我们认为车联网和单车智能作为并行的两条技术路线将随着智能网联汽车的布局节奏加速深度耦合,通过协同感知、决策、控制实现完全自动驾驶,从而为全球汽车产业带来新的发展机遇。

  车联网协同单车自动驾驶突破技术瓶颈,网联化升级车载智能座舱。单车智能化技术在发展过程由于软硬件的限制,难以在量产车型上实现完全自动驾驶和解决汽车行业目前面临的多项痛点。而车联网技术通过信息交互可显著扩展汽车感知范围,建立与道路基础设施的智能协同,最终实现自动驾驶汽车和自主交通系统。此外,车联网还可为新型车载数字座舱提供AR导航、高清视频、VR通话、远程监测等新形态服务,为用户带来丰富的驾乘体验。

  车联网是依托新一代信息通信手段实现车内、车与人、车与车、车与路、车与服务平台全方位网络连接和信息交互的新技术。车联网致力于提升汽车的智能化和网联化水平,构建智能交通的服务新业态,提升交通整体通行效率,为用户提供智能、安全、节能、高效、舒适的综合驾乘体验。我们预计,车联网的发展将会带来以用户体验为核心的信息服务类应用、以车辆驾驶为核心的汽车智能化类应用和以协同为核心的智慧交通类应用。

  车联网主要包含“人、车、路、通信、服务平台”五大关键要素。其中“人”是车联网服务的使用者和道路环境的参与者;“车”是车联网最核心的要素,智能网联汽车为车联网技术落地应用;“路”是车联网应用的必备配套基础设施,主要目标为实现交通道路信息化;“通信”即各类信息的交互载体,汇总传输车内、车路、车云的海量信息流;“服务平台”是车联网服务生态的业务数据载体,致力于改善用户驾乘感受。

  我国目前正处V2X导入期和发展期的交界,车联网生态环境逐步建立。我国V2X产业化可分为三阶段,包括2019-2021年的导入期、2022-2025年的发展期以及2026年之后的高速发展期。

  导入期内国家以引导为主,建设车联网先导/示范区,形成示范应用,同时鼓励前后装V2X设备,形成良性循环;

  发展期则需基于先导/示范区的建设经验,形成可推广的商业化运营模式,并在全国典型城市进行规模化部署应用;

  我们预计,高速发展期内将逐步完成V2X在全国范围内的覆盖,搭建互联互通的多级数据平台,提供多元化出行服务。

  车联网技术是实现L4/L5自动驾驶的必要条件。目前主流车企正陆续发布L3量产车型,并逐步向L4/L5演进。大部分自动驾驶初创公司则直接切入到L4/L5。而仅依靠单车智能技术路线自动驾驶的某些特殊场景,比如行人“鬼探头”、前方交通事故预知等。而基于车联网技术的“上帝视角”则可较好处理。此外部分场景仅依靠单车智能虽能较好解决,但仍存在长尾效应,如视觉识别红绿灯,由于存在遮挡、强光、极端天气等因素,无法做到100%准确,而结合车联网的车路协同技术则有望解决此类问题。

  车联网技术有效降低高级自动驾驶的车端成本压力。高级别自动驾驶汽车若仅依赖于单车智能,则必须进行包括激光雷达、摄像机、毫米波雷达等多传感器感知信息的融合,并对决策控制算法精度提出了非常高的要求。因此其高昂的硬件和软件成本将导致高级别自动驾驶汽车难以大规模民用化,而采用车联网技术则可有效降低激光雷达规格和高精度地图采集成本等,大大缓解了车端的成本压力。

  车路协同自动驾驶通过信息交互可显著拓展单车感知范围,突破单车技术限制,实现群体智能。基于V2X技术的车路协同自动驾驶在单车智能的基础上,通过道路感知设备采集环境信息,并按照协议实现V2V/V2R/V2P/V2N的网络互联化,系统集成后可完全涵盖不同程度的车辆自动驾驶阶段。车路协同自动驾驶主要可分为三个发展阶段:

  阶段1—信息交互协同:车载OBU和路侧RSU进行直连通信,实现车路信息共享与交互;

  阶段2—协同感知:建设多样的道路感知设施,全面覆盖主要行驶区域,可实现车辆与道路设施的协同检测与识别,可服务于L4自动驾驶车辆;

  阶段3—协同决策控制:道路具备协同决策控制能力,可实现道路对车辆、交通的决策控制,时刻保障自动驾驶安全。

  注:T/CSAE 53-2019《合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准》,T/CSAE 157-2020 《合作式智能运输系统车用应用层及应用数据交互标准(第二阶段)》,T/CSAE 158-2020《基于车路协同的高等级自动驾驶交互内容》,T/CSAE 156-2020《自主代客泊车系统总体技术要求》

  资料来源:清华大学&百度《面向自动驾驶的车路协同关键技术与展望》,中金公司研究部

  5G-V2X为多车自动编队行驶和远程驾驶功能落地应用保驾护航。为实现多车自动编队行驶,编队中的后车需要通过V2V技术实时连接,根据头车操作而不断变化驾驶策略。当头车给出刹车指令时,后车需瞬间反应并在前车减速前就自动启动制动,5G-V2X技术的低时延特性让跟随式自动驾驶成为可能。而在远程驾驶场景中,由于某些受限制的危险环境,驾驶员直接操作机动车会有风险,这时利用V2X技术可实现自主驾驶,其目前已经在矿山、港口等封闭园区开始应用。

  高精度地图是L3+自动驾驶系统不可或缺的重要支撑技术,车联网技术确保高精度地图数据高效传输。对于L3级自动驾驶,传统的静态地图已不再适用,需要静态与动态交通信息结合的高精度地图数据,需求数据精度也提升至20-50cm。而L4级自动驾驶则需要精度更高的激光点云辅助分析,可将数据精度提升至10-30cm。对于L5级完全自动驾驶,需多传感器融合高精度地图来实现对静态地图和动态事件的统一。由于包含道路、车道、对象模型的高精度地图需要更精准的方位、姿态以及高频率的更新,地图相关数据的实时传输量偏大。基于NR-V2X的车联网技术可以保证高精度地图在车载场景下能安全稳定的进行交互应用。

  车内信息娱乐升级,智能座舱系统渐趋开放协同。基于车联网的座舱系统将秉承以人为本的设计理念,更注重整体的驾乘体验,可通过场景互联能力实现从功能到体验的进化。依托C-V2X技术,车内软件的迭代开发周期变短,OTA固件升级可让车厂在生命周期当中不断的改善产品体验,数字座舱正向集成化、差别化、可扩展的方向不断演进。从服务方面来看,融合车联网的智能座舱将会提供包括AR导航、高清视频、VR通话、远程监测等新形态服务,为驾乘用户带来车内娱乐新体验。

  5G-V2X为AR导航落地应用保驾护航。随着信息技术的发展,电子地图导航已成为驾车出行的必需品。但驾驶员查看导航地图会使得视线离开驾驶视野,带来较大安全隐患。AR导航即车载增强现实抬头显示系统应运而生,融合导航与车道信息,以虚拟影像的形式直接投放到驾驶员前方视野,降低导航信息转化成本,可直观的获取相关信息。然而车载AR导航目前需使用高算力芯片处理摄像头获取的前方视频信息,且要求可同时进行实景数据的回传和导航信息的下载。基于5G的车联网技术通过建立低延时大带宽的汽车云服务可完美满足AR导航需求,带给驾乘用户更佳导航体验。

  车联网技术的成熟将实现4K级以上高清视频在车内流畅播放,促进车载VR实时通讯业务落地应用。4K分辨率以上的高清视频播放要求接入带宽大于50M,直播码率大于25M,目前4G技术难以满足要求。我们认为,车联网技术的应用将有效解决高清视频数据的传输痛点,带给驾乘人员丰富的视听盛宴。基于低延时大带宽的传输特性,车联网技术还可将VR视频通话与汽车深度绑定,驾驶过程中面对面交流成为可能。

  实时监测远程调配:经过用户许可后可对整车状态进行实时监测,上报海量核心数据,必要时可进行远程控制,保障车辆安全。车辆在行驶过程中会产生大量部件级和整车级的工作数据,目前还没有较好地利用。车联网时代,各项核心数据可通过路侧单元实时传输到控制中心,搭建面向运营和安全需求的自动化数据监测平台,提前预警车辆故障信息,并有能力完成远程的控制和调配。

  国内各地先导示范区建设如火如荼,引领车联网产业快速发展。2019年至今,我国工信部先后批复支持在江苏(无锡)、天津(西青)、湖南(长沙)、重庆(两江新区)创建国家级车联网先导区。同时工信部从2015年就开始主导在全国各地建设车联网示范区,目前已在上海、广州、武汉等多地批准建设超过10个示范区。据不完全统计,我国还有超过30个城市/企业级车联网测试示范点,初步形成封闭测试场、半开放道路和开放道路组成的车联网测试验证体系。总体上先导示范区建设是以国家战略为引领,统筹规划智能网联汽车发展布局,构建开放融合的产业生态。

  天津(西青)国家级车联网先导区首次实现C-V2X开放场地互联互通规模化部署,局部典型场景有望先行落地。天津先导区的一期工程已在天津南站科技商务区的周边60余个全息感知道路完成了车联网功能改造和核心系统能力提升,加装了激光雷达、边缘计算等路侧设备实现了华为、大唐等6家企业200余套智能车路终端实现互联互通。在实际体验过程中,通过车载终端接收的路侧设备的信号,当车辆遇到红绿灯、行人穿越马路、特殊车辆经过、前方车辆刹车等近十种场景时,车载终端设备能发出语音预警并对车辆发布的避障、换道、紧急制动等提示。其车路协同应用平台还与腾讯合作,面向安全预警类、效率通行类、类等三大类场景,通过APP、微信小程序等多渠道、多维度广泛触达用户,致力于为政府提供实时高效的交通信息发布和应急事件管理、赋能企业探索新商业模式、为用户安全高效出行提供贴心服务。

  资料来源:《天津(西青)车联网先导区技术标准与实践白皮书》,中金公司研究部

  国际上主要采用DSRC和C-V2X两大V2X技术路线,美国前期主要布局DSRC技术,而我国目前主导C-V2X技术。其中DSRC为专用短程通信技术 (Dedicated Short Range Communication),而C-V2X则为基于蜂窝网络的车辆对外通信技术(Cellular-V2X)。C-V2X 技术依托于蜂窝移动网络兴起,正处于快速发展阶段,受到了中国、欧盟等国家和地区的高度重视;DSRC技术发展时间较长,已经被美国、日本等国家广泛认同,形成了完善的标准体系和产业布局。DSRC主要由路侧单元(Road Side Unit, RSU)、车载单元(On Board Unit, OBU)、控制中心组成。RSU和OBU通过形成路边网络与控制中心进行信息交换,DSRC基于射频识别进行无线传输,实现信息安全可靠的传输。

  C-V2X是我国主导基于4G/5G等蜂窝网通信技术演进形成的车联网无线通信技术,包含基于长期演进技术(Long Term Evolution, LTE)的LTE-V2X以及未来5G网络的NR-V2X系统。C-V2X借助已存在的LTE网络设施来实现V2V(车与车之间)、V2I(车与路之间)、V2P(车与人之间)、V2N(车与网络之间)的信息交互,并可平滑演进适应于更复杂的车联网场景,具有高可靠性、大带宽和低延迟等优势。

  C-V2X在技术和部署方面相比DSRC优势明显,C-V2X或更适合车联网场景。

  技术方面C-V2X的优势主要体现在:1)C-V2X可在高速行驶中保持较好的通信稳定性,因此比DSRC可提供更长的预警时间和约2倍的通信覆盖范围;2)C-V2X技术可利用现有移动网络供应商的4G基础设施来提供稳定的通信平台,数据安全性和保密性相比DSRC更强;3)C-V2X基站节点常建设于高处,故相比DSRC具有更佳的非视距感知能力;4)DSRC只支持V2V和V2I两种通信场景,C-V2X还可支持V2N和V2P。

  部署方面C-V2X更受国内政策和通信企业青睐:1)由于完善的移动生态系统和5G技术的成熟,C-V2X整体演进路线相比DSRC更加清晰;2)蜂窝网络运营商可通过结合车载远程来积极推广C-V2X服务,快速实现C-V2X的商业化,从而可基于网络规模效应实现控制成本和提高效益;3)C-V2X相比DSRC需求的频谱更少。

  5G技术打破LTE自身局限性,NR-V2X进一步赋能车联网。基于5G的NR-V2X将能提供可扩展的连接以支持各种工作场景的极端需求变化。针对车联网场景,5G V2X技术将具备以下特点:

  5G将成为实现车辆环境感知、协同通信、远程控制的关键技术。NR-V2X将从频谱管理机制、Uu和PC5接口选择等方面进一步优化满足车联网场景的严格要求。

  国家“交通强国”战略主导C-V2X,车联网顶层设计自上而下持续发力。相比海外对车联网方向的犹豫,我国各工信部、发改委等多个国家部委近几年陆续出台了一系列车联网相关政策。车联网作为国家“交通强国”的主要抓手,是实现智能交通和智慧出行的重要途径。以政策为导向,C-V2X产业如借东风,产业化进程不断加快。

  海外各国同样重视以政策引导车联网产业发展,但支持力度明显不足。各国针对V2X技术路径还有争议,目前欧、美、日等海外国家普遍在技术路线选择上摇摆不定,美国、日本采取技术中立态度,而欧盟则选择混合通信方式。但汽车智能网联化的总体纲领是各国共识,车联网产业发展是大势所趋。

  车联网产业架构基本成型,多方支持实现技术与应用的快速升级。车联网产业链主要由通信芯片、通信模组、终端设备、整车厂、智慧公路、测试验证以及运营服务七大模块组成。目前产业链各模块已形成完整闭环,在标准组织、科研院所等相关机构的支撑下,我们认为车联网产业将以网联汽车为核心,聚焦于城市道路进行网络部署和技术优化,最终实现安全、高效的车路协同系统。

  国内车联网市场总规模有望在2025年超两千亿元。我们将车联网产业划分为车端和路端,分别测算其市场空间。车端市场主要考虑车载设备和内容服务两方面,我们预计2025年V2X车端市场规模将超千亿元,后期将快速增长,有望2030年规模超3500亿元。而路端市场主要包括城市内交叉路口和路侧基础设施建设,经测算其在2025年市场规模约为819亿元,在2030年将超1000亿元。

  设备和服务联合驱动V2X车端市场快速增长,车端产业生态布局已渐趋成熟。我们将车联网车端市场分为车载设备和内容服务两方面进行测算。其中车载设备分为前装集成V2X芯片的4G车载远程信息处理器T-BOX(Telematics BOX)/5G C-V2X终端以及后装的车载自动诊断系统OBD(On-Board Diagnostics)/定位跟踪器等。而内容服务则包括智能驾驶类、信息娱乐类、车路协同类、蜂窝网络四类。

  4G T-BOX装配量持续走高,5G C-V2X车载终端崭露头角。4G T-BOX集成GPS、外部通信接口、电子处理单元、微控制器、移动通信单元和存储器等功能模块,用于与车内CAN总线、车外路端设备及网络实现信息交互。根据高工智能汽车研究院监测数据显示,2020年国内新车前装搭载4G T-BOX上险量为831.81万台,同比2019年增长37.26%。而5G C-V2X车载终端是4G T-BOX的升级款,进一步集成多模差分高精度定位、惯导系统及C-V2X芯片模组,可在无定位信号等特殊场景依然保障V2X通信稳定性。根据《智能网联汽车技术路线X设备包括OBD、定位跟踪器及流媒体后视镜等,旨在为未前装车联网设备的存量汽车提供车联网服务。

  V2X车端服务种类多样,打造安全智能的第三生活空间。其中智能驾驶类服务包括安全类和效率类应用,主要提升车辆交通智能化;信息娱乐服务则由涉车服务、后市场服务和车家服务组成,为用户提供更佳的驾乘娱乐体验;车路协同服务则主要面向自动驾驶场景,提供限定场景的调度管理和车路协同的智能网联应用;蜂窝网络类服务则是基础支撑,提供流量保障各项联网功能正常运转。

  前后装终端共同组成V2X车端设备市场,技术政策共振助力前装市场持续发展。

  首先针对前装设备市场,根据中国汽车工业协会发布,2021年汽车销量预计达2700万辆,2025年汽车销量有望达3000万辆。而高工智能汽车研究院监测数据显示,2020年国内新车前装搭载4G T-BOX上险量为831.81万台,其渗透率约为33%,由于技术成熟和政策利好,我们预计4G T-BOX渗透率会在2021-2022年逐步提升。但同时《C-V2X 产业化路径及时间表研究》指出,2025年前装C-V2X车载终端将实现50%的渗透率,2030年基本普及。4G T-BOX和C-V2X车载终端存在竞争关系,所以我们预计4G T-BOX渗透率会在2023年之后呈下降趋势,而C-V2X车载终端渗透率则稳步提升。两种前装设备的平均单价将由于规模效应皆会持续走低。由此我们测算出V2X车端前装市场规模在2025年预计超200亿元。

  而对于后装市场,据国家统计局数据显示,截止2020年底汽车存量达27339万辆,考虑到每年新车销量数据和报废车辆数据,我们预计汽车存量将逐年提升,2025年或将超3.3亿辆。后装设备的渗透率目前相对较低,但随着国家相关政策收紧,我们预计后装设备渗透率在2021-2025年稳步上升。考虑前装V2X设备将形成规模,我们估计后装V2X设备渗透率在2025-2030年将会降低。后装车联网设备平均单价目前为300-400元,逐年将小幅下调。基于以上测算,我们预计V2X后装车端设备市场规模将在2024年达到峰值约171亿元。

  注:车端市场总规模 = 车端设备市场规模 + 车端服务市场规模 = 新车销量 * (前装4G T-BOX设备渗透率 * 前装4G T-BOX设备平均单价 + 前装5G C-V2X车载终端设备渗透率 * 前装5G C-V2X车载终端设备平均单价) + 汽车存量 * 后装设备渗透率 * 后装设备平均单价) + 汽车存量 * 内容服务渗透率 * 内容服务平均单价

  资料来源:《C-V2X 产业化路径及时间表研究》,国家统计局,中金公司研究部

  车端服务市场规模测算主要考虑内容服务带给主机厂或供应商的持续性收入。目前车端内容服务还主要集中于蜂窝网络/信息娱乐类应用,更多智能驾驶类/车路协同类服务预计将随着路端基础建设完备和V2X技术的成熟逐步开放,形成个性化订阅式服务。假设2021年内容服务年平均单价为720元,渗透率为8%,而平均单价和渗透率将逐年上升,我们预计2030年将达到3000亿量级的车端服务市场。

  路端城市内单交叉路口改造成本约73.6万元,高速公路前期投入约34.4万元/公里。为满足车联网需求,城市内单交叉路口需改造配置激光雷达、高清摄像头、毫米波雷达、摄像头控制单元、图像处理单元、路侧单元、边缘计算服务器、交通信号机及其他配套设配,根据具体测算,可预估2021至2023年单交叉路口改造成本约为73.6万元。高速公路同样需要以上设备,但具体布置有所差异,我们预测2021至2023年单公里改造费用为34.4万元。

  资料来源:联想等《5G+MEC+V2X车联网解决方案白皮书(2021)》,万得资讯,公司官网,中金公司研究部

  图表:2021-2023年路端单交叉路口和每公里高速公路V2X改造成本测算

  资料来源:联想等《5G+MEC+V2X车联网解决方案白皮书(2021)》,公司官网,中金公司研究部

  路端交叉路口和高速公路车联网市场空间2025年或将分别超560亿元和250亿元。

  根据国家统计局数据,2019年城市实有道路长度为45.9万公里,预测假设平均每1.5公里有1个交叉路口,故可预估城市内交叉路口的数量。分别预计V2X交叉路口改造渗透率在2025/2030年可达30%/50%,而单路口改造成本由于规模效应将逐步下调,将由73.6万元下降至48.6/30.0万元,因此我们认为可预估国内城市路端交叉路口V2X市场规模在2025/2030年分别约为563.76 /680.00亿元。

  国家统计局数据显示,2020年高速公路总里程为16.10万公里,假设2021-2025年保持2015-2020年高速总里程的复合增长率5.45%,可推算出2025年高速公路总里程为22.13万公里。高速公路V2X改造难度相比交叉路口较小,故预计渗透率在2025/2030年可达48%/70%。而改造成本将随渗透率提高而持续下调,预计2025/2030年每公里高速公路改造成本为24.00/17.00万元,由此我们综合计算后得出高速公路场景下V2X市场规模或将在2025年超250亿元。

  注:路端市场规模 = 城市交叉路口数量 * V2X改造渗透率 * 单个交叉路口改造成本 + 国内高速公路总里程 * V2X改造渗透率 * 每公里高速公路改造成本