汽车行研之智能座舱（上）

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　　卓戴VIEWS
　　智能座舱、智能驾驶作为汽车智能时代双子星，有望伴随汽车电动化的浪潮蓬勃发展。
　　从车内看，智能座舱是座舱内饰、汽车电子产品与技术创新、升级和联动的重要发力点；同时也将与其他的智能终端设备：如智能手机、手表、家居等互通互联，将汽车从单一的驾驶、乘坐工具升级为一个以消费者为中心的＂智能移动空间＂；从车外看，智能座舱将通过车联网、无线通信、远程感应、GPS 等技术，与车外的各项基础网联设施、联网设备实现 V2X（Vehicle-to-Everything）联结，是最终实现＂万物互联＂的关键一环。
　　我们预计智能座舱硬件单车配套价值量有望达到传统座舱的3至5倍，国内智能座舱市场在 2021-2026 年间增量规模有望达千亿元。
　　撰写：董恒建
　　编辑：张展  01 智能化时代的到来
　　两大核心
　　智能座舱+智能驾驶
　　智能汽车以＂座舱＂+＂底盘＂上下两大智能化系统为核心组成。
　　智能座舱作为与驾乘人员直接接触的硬件与生态，更容易被消费者感知，且技术门槛相对较低，是各大主机厂现阶段差异化布局的重点。
　　智能座舱聚焦人机交互，核心是让车更懂人，新增搭载尺寸更大的中控屏、中控娱乐系统、液晶仪表盘、抬头显示系统（HUD）等，能够实现多模态交互、地图导航服务、丰富车机娱乐内容和生活服务信息等功能。
　　智能座舱的前期技术积累较为成熟，量产落地已经全面铺开，目前处于渗透率加速上行的成长期。
　　演进阶段
　　1）上世纪 90 年代，机械化阶段： 包括机械式仪表盘及车载收音机、对讲机等设备，密集的物理按键操作，仅提供车速、发动机转速、水温、油量等基本信息。
　　2）2000-2015 年，电子化阶段： 电子技术进入座舱，座舱内配备小尺寸中控液晶显示屏、车载导航、蓝牙、媒体播放设备等较为简易的电子设备。
　　3）2015 年起，智能化时代迎面而来： 座舱智能化的开启以大尺寸中控屏的出现为标志，消费电子技术进入汽车领域，液晶仪表、中控屏、抬头显示系统、视觉感知、语音交互等通过域控制器实现集成并装配在座舱内，能根据驾驶员、乘客的偏好、习惯和需求，提供更加舒适、智能的驾乘体验。
　　汽车座舱演变
　　电子座舱→智能座舱发展节点
　　智能座舱定义
　　智能座舱从车内看，是座舱内饰、座舱电子产品的综合创新、升级和联动。
　　同时也将与其他的智能终端设备：比如智能手机、手表等实现互联，进而与智慧家庭、智慧办公等场景无缝衔接，作为万物互联的重要一环，助力互联的全面打通，最终目标是将汽车由单一的驾驶、乘坐工具升级为一个以消费者为中心的＂智能移动空间＂。
　　该空间有望成为除住宅、办公场所之外的第三个基本生活空间，能够满足消费者社交、学习办公、订餐、路线规划、旅行决策等丰富多样的生活场景要求。
　　从车外看，智能座舱将通过车联网、无线通信、远程感应、GPS 等技术，与车外的各项基础网联设施、联网设备实现 V2X（Vehicle-to-Everything）联结。
　　感知交通信号、路况、车外娱乐生活场景信号，助力自动驾驶感知层和决策层的工作，进而推动高阶自动驾驶的实现。除此之外，为了提高座舱 AI 算力，模拟人的思考、更懂人、感知人，从而主动精确地提供服务，座舱内部的决策运算工作也将扩展至车外，在车载芯片外建立独立感知层，由云端计算中心统一提供 AI 算力。
　　车内车外的智能升级
　　发展阶段
　　智能座舱将经历四大发展阶段，逐步走向＂第三生活空间＂的最终形态。智能座舱向第三生活空间的进化不是颠覆式跨越的，而是基于电子电气基础架构、AI 技术的进步、各项软硬件的研发和量产逐步行进的。
　　具体可划分为四大阶段：
　　1）阶段 1，电子座舱： 这一阶段，智能座舱进展主要在基础技术层面，通过将汽车 EE 架构域内整合、系统分层，决定汽车新的软硬件定义方法。
　　2）阶段 2，智能助理： 提升车辆内部感知能力，驾驶监控系统（DMS）、抬头显示系统（HUD）等开始渗透。
　　3）阶段 3，人机共驾（当前重点）： 车内感知和车外感知相结合，车辆支持自主或半自主决策，主动感知需求，向人提供服务。
　　4）阶段 4，第三生活空间： 车辆使用场景生活化、丰富化（出行规划、主动订餐、智能内容推送、影音娱乐、自动停车+充电+找车，自动付费），在车上体验线上线下无缝联动的空间体验。
　　就当前阶段——人机共驾来看，有如下特征：
　　1）＂一芯多屏＂： 芯片算力提升，中控屏的尺寸、数量增加，多屏之间由一个域控制器控制，能够无缝流转；
　　2）多模交互： 多模态交互（声音、手势）和生物识别（瞳孔、表情、指纹等）；
　　3）万物互联： 5G+T-Box 车联网建设，座舱实现 C-V2X 的移动互联；
　　4）软件定义汽车： 智能网联，空中下载软件更新（OTA），车主能持续为已购车辆添加或启动新功能。
　　02 行业驱动力分析
　　四因素共振
　　供给侧驱动叠加消费升级拉动：
　　回顾燃油车行业历史驱动力，20 世纪 50 年代以前，汽车行业多由供给侧的技术革新驱动，比如福特装配流水线的诞生、发动机技术的更新换代等；20世纪 70 年代后，技术逐渐成熟，燃油车行业主流车型偏好多由消费需求驱动，如石油危机下消费者的节油偏好、泡沫经济下的安全偏好等。
　　智能座舱作为汽车行业的全新赛道，可以参考燃油车行业驱动路径，在当前阶段侧重供给端驱动，如政策指引、技术革新引领、多方资本投入等：
　　但不容忽视的是，2010 年至今，我国正经历着改革开发以来的第三次消费升级，汽车产业作为消费结构升级转型驱动的最重要赛道之一，也将享受消费者日益增长的需求拉动。
　　汽车行业历史驱动力
　　政策层面
　　近年来国家出台多项政策、文件支持智能网联（5G）基建及智能网联汽车发展。
　　智能座舱作为智能汽车关键、先行领域，是政策红利的直接受益赛道，尤其是一些聚焦行车安全的座舱部件比如驾驶监测系统（DMS）等受明确的法规推动。
　　技术层面
　　（1）座舱域计算平台集中化，座舱各部件的软件、硬件能够分别开发。
　　各个硬件的控制计算统一集中在同一颗 SoC芯片上，不同的操作系统也可以在虚拟机的承托下运行在同一个硬件计算芯片上。
　　过去单个部件的软硬件嵌套开发演化为平台化的分别开发，计算硬件与软硬件不再绑定，开发过程变得更加灵活。
　　具体看：
　　1）软件实现标准化和平台化，通过标准接口在不同的硬件上实现复用；
　　2）硬件采用可插拔式模组，满足升级需求；
　　3）数据由域控制器进行集中交互和决策处理；
　　4）不同操作系统在虚拟机承托下在同一计算单元上运行。
　　汽车EE架构变革
　　（2）芯片算力提高，异构设计兼顾高性能、高安全性要求
　　传统的车载芯片 MCU 算力不足、无法兼容两个难题：
　　1）座舱功能复杂，传统芯片的数据承载能力、数据处理速度、图像渲染能力难以满足需求；
　　2）不同座舱部件对应不同的操作系统（如 QNX、Linux、Android 等），传统芯片无法兼容不同的传感器和操作系统。
　　SoC 芯片的车规级运用解决了这两个问题。SoC 全称是 System on a Chip，即系统级芯片。一颗芯片上除了 CPU 之外，还集成了 GPU、RAM、ADC/DAC、Modem、高速 DSP 等。
　　算力方面，SoC 芯片的 CPU 算力从数 KDMIPS提升到百余 KDMIPS；集成 GPU，极大提高了处理视频、图片等非结构化数据的能力，满足高端智能座舱系统对车载娱乐的需求；集成 NPU，大幅提高 AI 运算的效率，能满足智能座舱的智能化交互体验要求。
　　兼容性方面
　　SoC 芯片多采用异构内核，具备＂普适性＂，能适配不同的操作系统，如 QNX、Linux、Android 等；也有部分公司，如华为，开发多内核设计的 SoC 芯片（自研微内核+部分 Linux 宏内核+LiteOS 内核），针对性适配自家的鸿蒙系统，能更好地发挥鸿蒙系统优越的 AIoT 终端连接能力。
　　软件架构向 SOA 升级，更好的满足维护和迭代需求
　　SOA 架构（Service-Oriented Architecture）即＂面向服务＂的软件架构，是一种软件架构的设计技术，在 IT 领域已有数十年的应用经验。
　　在汽车端的应用，是＂软件定义汽车＂的技术基础，也是众多车企打造智能座舱软件平台的方向。
　　＂面向服务＂的概念可以从 IT 行业的 SOA 应用中理解：手机 APP 的复杂业务代码实际运行在远程机房的＂服务器＂上，运行在这些＂服务器＂上的软件统称为＂后台服务＂，而运行在个人手机上的 APP 则是＂前台界面＂。相应的，座舱域控制器、ADAS 控制器等其中的软件可视作手机端的 APP，在 SOA 架构下，这些软件代码也会在统一的后台＂服务器＂上运算。
　　资本层面
　　多方资本入局智能座舱，激发生态活力
　　汽车实现万物互联需要在生态方面与其他 IOT 设备打通，产业链从封闭到开放，迎接多方生态入局。
　　汽车行业的竞争更多将变成开放性平台之间的竞争、生态系统之争。生态合作伙伴越多，产品就会更具竞争力。
　　目前封闭的汽车座舱产业正在逐渐开放化，迎接更多非汽车背景、拥有自身生态优势的企业入局，比如科技公司、互联网公司、消费电子公司、智慧家居公司等，补足内容生态、车机技术、万物互联等方面的短板。
　　2001-2021H1中国智能座舱各领域投资金额占比
　　自动驾驶实现的不确定性较高、商业化进程较慢。
　　智能座舱与汽车底盘控制目前关联度较低，不会直接影响行车安全 ，牵涉到的外部安全、监管压力带来的不确定性较小，相对更容易落地，故而主机厂及生态伙伴将更多资金、精力倾斜至智能座舱领域，直接促进了智能座舱的落地。
　　座舱成果易被感知，助力车企产品差异化实现。 作为汽车与车主的高频触点，座舱空间一定程度上直接决定了未来的＂第三空间＂带给消费者的体验。
　　市场层面
　　消费者配置意愿不断提升
　　据 IHS markit 调研数据，61.3%的用户认为座舱智能化配置极大提升购车兴趣，17.4%的消费者认为智能座舱是买车必购配置；并且，消费者对座舱内产品的智能化水平的关注程度已经超过座舱座椅舒适度、空间宽敞度、设计美观度、零部件质量等因素，尤其年龄位于 25－35 岁的年轻消费者。
　　用户对座舱智能化配置需求意向
　　2021年消费者对座舱性能关注度
　　当中控屏等进入汽车座舱后，消费者在智能手机上的用户体验和使用偏好也将延伸至车内，消费者期待汽车变成一个数字伴侣，车载系统能足够流畅、屏幕能足够高清、无线联动能够顺畅。
　　软件订阅类消费习惯培育初见成效，消费者付费意愿提升。
　　智能手机端的付费类 APP、音乐视频网站的订阅类产品提高了消费者对软件升级和订阅付费行为的认可度，消费者的软件消费习惯被培育起来，并将同样体现在对智能座舱 OTA 服务付费的意愿中。  03 产业链技术趋势
　　域控制器
　　整车 EE 架构变革从传统分布式（ECU）走向域集中式（DCU），再发展至中央计算式。
　　1）分布式阶段： ECU，即基本电子控制单元，也叫车载电脑，是域控制器的前身。
　　在分布式技术阶段，ECU 和座舱部件单一对应，如中控、HUD 等分别由单独 ECU 独立控制，单车 ECU 数量庞杂，一般达 50-100 个，部分豪华车 ECU 数量超过 100 个。众多的 ECU 数量使得单车成本提升、主机厂管理难度加大，且 ECU 修改权限往往在一级供应商手中；对车内电子电器架构优化改良势在必行。
　　2）域集中方案： 目前国内乃至全球，已处于分布式方案向着域集中式方案转化的趋势中，域集中式正当主流，形成单域的软硬解耦，多屏间的高效互动。在域集中的方案下，整车上百个 ECU 理论上有望被＂浓缩＂到 5个 DCU（域控制器），由域控制器集中控制对应域内的多个部件；实际应用中，DCU 与 ECU同时存在，智能座舱域、智能驾驶域这两个域一般由 DCU 域控制器来控制，其他部件目前以 ECU 控制为主，合计看来，我们预计全车一般含 ECU、DCU 控制器大幅缩减至 20-30个以内。
　　功能域：
　　目前较普遍的是将整车功能划分为：1）动力总成、2）底盘控制、3）车身控制、4）智能座舱域、5）智能驾驶域五个主要的域，另外的车内通讯、车内外通讯、OTA 引擎等功能可以由独立的控制器完成，也可合并到这 5 大类域控制器中。
　　区域域：
　　使用区域架构域控制的代表车企为特斯拉，从 Model 3 起，特斯拉就不再使用功能域的电子架构，而是三大位置域：分别是中央计算域，左车身控制域和右车身控制域，其中中央计算域负责信息娱乐系统、驾驶辅助系统和车内通信连接。左车身控制域负责车身便利性系统，包括转向，助力，以及制动等，右车身控制域负责底盘安全系统、动力系统、热管理等。
　　3）中央集中式方案： 中央集中式方案与域集中方案最大的区别在于：车载中央计算机统一控制全车所有 ＂域＂，包括智能域、车身域、底盘/动力域、安全域等，届时软件独立于底层硬件定义汽车将实现。目前，个别厂商已着手布局中央计算平台，先推动车内部分域之间的融合，逐渐向中央集中式方案演进，如德赛西威、中科创达、博世、电装等。