智能汽车将成为智能革命的风口浪尖

编者按:本文来自微信公众号“本翼资本CapitalWings”(ID:capitalwings)。

一、智能汽车是未来大势所趋

汽车的发展历经百年,解决了人类需求的衣、食、住、行中行的问题。自工业革命以来,汽车的动力形式和能源类型也变革了很多次。目前全球汽车正在完成从传统汽车到新能源智能汽车的演变过程,未来渗透率将会大幅提升,长期成长空间有望突破10万亿美元。

1.1.汽车迭代以提升效率为核心:

第一次工业革命(1769-1885年)代表汽车进入了蒸汽机车的时代。19世纪80年代煤炭伴随其核心技术蒸汽机的推广得到大规模应用,1769年,法国人N·J·居纽制造了用煤气燃烧产生蒸汽驱动的三轮机车,这类车操作极其困难。以第二次科技革命(1886-1950年)为引导,德国工程师卡尔·本茨于1886年创造了世界上公认的第一辆现代汽车。第一代汽车的发展是伴随内燃机核心技术的演变和推广,形成了以发动机、底盘、变速箱三大件为主的汽车架构,相比蒸汽机车操作更简单。内燃机与蒸汽机相比具有热利用率高、动力更大、更加节省燃料的优点。但与新能源技术相比,内燃机汽车的能量转换效率仍太低,行驶过程中产出过多废气。新能源技术推动了汽车能源类型从石油向可再生能源发电、用电及储存电能方面的技术突破与创新。随着科学技术的不断增长,以第三次科技革命(1950-2010)为引导、第四次科技革命(2010-2100)为助推,在核心驱动技术互联网、智能技术等推动下,可再生能源在发电、用电及储存电能方面形成技术的创新与突破。可再生能源具有可循环使用、清洁等特征,成为替代石油等传统资源的新型能源,这一次以可再生能源为代表的能源革命影响将远超前两次能源革命,为人类生活带来质的改变。

图1:汽车的发展历程

(资料来源:公开资料,本翼资产整理)

1.2.过往新能源汽车销量靠政策补贴推动

回顾中国新能源汽车发展十余年载,主要靠政策补贴推动,发展历史主要分为3个阶段:

(1)第一阶段:2009-2013年,行业处于萌芽期。此时以公共领域示范为主,各项政策工具逐渐丰富,技术和市场尚在培育,车型销量增速缓慢;

(2)第二阶段:成长期(2014-2018),国家重视度提升,财政补贴力度加大,鼓励私人购买,电动车销量快速增长;

(3)第三阶段:调整期(2019-2020),财政补贴大幅退坡,由政策驱动往市场驱动过渡。

图2:新能源汽车发展历程

(资料来源:公开资料,本翼资产整理)

行业政策整体向更环保的新能源汽车倾斜。(1)据国家政策规定,2020年新车平均燃料消耗量乘用车降到5.0L/100km、节能型汽车燃料消耗量降到4.5L/100km以下;2025年,新车平均燃料消耗量乘用车降到 4.0L/100km(约95g/km)。(2)自2021年1月1日至2022年12月31日,对购置的新能源汽车免征车辆购置税。(3)补贴政策延长至2022年,以R≥400km 纯电动乘用车为例,2020、2021、2022里程补贴标准别为2.25、1.8、1.26万元。

图3:平均燃料消耗量

(资料来源:《乘用车燃料消耗量限值》国家标准,本翼资产整理)

新积分标准偏向低油耗与新能源汽车。2020年6月,工信部发布《关于修改〈乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法〉的决定》,变化主要为了提高汽车能效降低油耗、促进新能源汽车的快速发展。具体政策体现在两点:1) 鼓励发展低油耗车型,回归节能减排实质;2)新能源积分标准趋严,单车积分下降,比例要求逐渐提升。

1.3.智能汽车是未来大势所趋

堵车、交通事故频发、多样化出行方式选择是当前影响消费者用车困扰及使用习惯的三大挑战。智能汽车相比燃油车具有更加环保、更有效率、更加安全等特征。(1)燃油车在高车速、刹车、重新加速的情况下都会释放更多的排放物,是造成环境污染的核心因素之一。智能汽车最佳的实现路径是电气化,包含了纯电或燃料电池,而电动汽车虽然不是真正意义上的0排放,但实际排放量仍将大大降低,有效的减少了对环境的污染。(2)自动驾驶汽车能够感知周围汽车并与它们进行通信,随意停车、任意变道等行为会成为过去,这使得交通秩序变得更加良好,低车速下的小型刮蹭、碰撞事故也将被避免,相应的车速会变得比现在更快,人们的出行效率会更高。(3)自动驾驶使出行更加安全。据统计,90%的道路交通事故是人为犯错引起的,其中走神、疲劳、酒驾、超速占据了相当大的比重,全世界每年有130万人因车祸丧生,仅中国就有6万人以上,自动驾驶汽车将能消除一切人为犯错因素所导致的事故,会使事故的发生率大大降低。

从消费者层面来看,随着Z世代消费主力的到来,智能汽车的接受程度将会越来越高。Z世代指受到互联网、即时通讯、短讯、MP3、智能手机和平板电脑等科技产物影响很大的一代人。未来随着智能汽车的普及,Z世代将成为消费主力军。据IBM调研显示,75%的Z世代受访者表示最常用的设备是智能手机。智能汽车作为继手机之后的下一个移动终端,本身所具备的智能座舱、车载娱乐等功能将受到Z-世代消费者的欢迎。当前汽车消费者中的90后用户已成为了当下车市的主力消费群体,据腾讯发布的《90后购车偏好调查》报告显示,智能化程度已经成为了购买与否的关键指标,有61%的90后认为高科技是购车的必要考虑因素。

图4:Z世代使用设备比例

(资料来源:IBM商业价值研究院,本翼资产整理)

伴随着智能汽车技术达到集中爆发期,智能汽车将成为下一个产业革命的风口。在第四次工业革命推动下,产生了大数据、人工智能、物联网及新型能源模式。这些重大技术发展给汽车行业带来了一系列的变革。汽车的功能定位将从单一的移动出行工具向融合娱乐、办公、生活等多类属性于一身的移动智能空间转变。底层支撑从传统汽车的以硬件为核心的转变为以ICT基础设施架构为主的智能移动终端。技术架构的变革对芯片的计算、通信能力以及软件的代码量和复杂程度提出了较高的要求,未来智能汽车将会向更高程度的电动化、网络化、共享化、智能化方向发展。这些改变能够有效改善居民的出行效率,改变居民的生活方式。未来5-10年,随着新能源汽车、物联网、AI、5G等新兴技术在汽车行业进入集中爆发期,智能汽车将成为下一个产业革命的风口。

未来汽车形态更加多样化。各主机厂在展会发布会上对未来汽车形态有很多畅想,例如2018年日内瓦车展,奥迪与空客联合推出飞行汽车概念;丰田展示E-palette多功能汽车,可变办公室,甚至酒店。全自动驾驶下的多功能汽车、创新型的出行解决方案、飞行汽车、变形汽车,汽车形态在未来有很多种可能发生的变化。

图5:飞行汽车概念图

(资料来源:新浪汽车,本翼资产整理)

二、推动智能汽车产业发展的关键因素

2.1.战略规划不断跟进

新能源汽车销量规划占比不断提升。工信部于2019年底发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》征求意见稿,关注新能源汽车市场的开发,发展规划期至2035年。从2021年起,空气污染较严重的地区将实行政府车队、公交车和出租车全面电动化。新规划将新能源汽车2025年销量占比目标上调至25%。2030年中国新能源汽车新车销量占比预测提升至40%。2035年将实现以纯电动汽车为主导、燃料电池车商业化的发展蓝图。2035年中国纯电动汽车的新车销量占比预测将上升至60%。

图6:新能源汽车销量占比预测

(资料来源:《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,本翼资产整理)

智能汽车战略规划出台。2020年2月,政府出台了《智能汽车创新发展战略》:(1)要求2025年实现有条件自动驾驶的智能汽车达到规模化生产、实现高度自动驾驶的智能汽车在特定环境下市场化应用;(2)车用无线通信网络(LTE-V2X等)需要实现区域覆盖,新一代车用无线通信网络(5G-V2X)在部分城市、高速公路逐步开展应用;(3)高精度时空基准服务网络实现全覆盖。展望 2035 到 2050 年,中国智能汽车体系将全面建成。产业方面,政策规划要求增强智能汽车产业核心竞争力,推进车载高精度传感器(雷达)、车规级芯片、智能操作系统、车载智能终端(车机)、车辆电子控制(控制、执行);构建先进完备的智能汽车基础设施体系,包括车用无线通讯网(5G)、高精度车用时空基准(北斗)、地图和云控平台;此外,充电桩布局加深。数据显示,截至11月18日,智慧车联网平台已接入充电桩超过103万个。

图7:智能汽车战略规划

(资料来源:《智能汽车创新发展战略》,本翼资产整理)

2.2.端管云一体化引爆智能汽车的成长空间

智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,具备复杂环境感知、智能化决策、自动化控制功能,并融合现代通信与网络技术,使车辆与外部节点间实现信息共享与控制协同,实现“零伤亡、零拥堵”,达到安全、高效、节能行驶的下一代汽车。整体架构仍沿袭最早的“端-管-云”体系,端:从最初的车机扩展到了智能驾驶、智能座舱、智能电动三大终端;管:智能网联;云:智能车云。智能汽车的智能化水平最终取决于端、管、云一体化的智能水平。

图8:智能汽车“端-管-云”架构

(资料来源:公开资料,本翼资产整理)

【端】

与传统汽车相比较,新能源汽车有三大核心增量部件,分别是:“电池”总成;“电机”总成;高压“电控”总成。现阶段电机主要有直流、交流感应、永磁同步和开关磁阻四种,目前,永磁同步由于其较优的性能,是主流的电机类型。新能源汽车电控系统是控制汽车驱动电机的装置。新能源汽车的电气系统发生了巨大变化,从传统汽车低功率低压的辅助电气装置转变为新能源汽车的节能环保、高效低噪的电气传动电气装置,已成为传统汽车发动机与变速箱的替代,并直接决定了纯电动汽车爬坡、加速与最高速度等主要性能指标。

图9:新能源汽车“三电系统”

(资料来源:搜狐新闻,本翼资产整理)

目前制约智能汽车发展的因素之一是整车成本太高,未来电动车降本主要依赖于电池成本下降。当前,电机、电控技术已基本成熟。未来应当以突破电池技术为先,并在此基础上提升消费者用户体验。据汽车之家统计数据显示,纯电动汽车的三大件电池、电机和电控占整车成本约50%。随着电机电控技术的成熟,成本占比已下降到7%,未来下降空间有限。而电池成本占比达到40%,且目前主流的锂离子动力电池的动力性、耐久性和安全性还有提升空间,未来电动车降本主要依赖于电池成本下降。高能量密度电池能够有效的降低电池成本,在高能量密度电池的技术研发上,高容量三元材料和人造石墨是主流正负极材料,未来高镍材料将是主流方向。随着高镍电池占比提升,单位GWh电池所需电池组材料成本均有所下降,尤其对成本占比较高的硫酸钴依赖程度会降低。材料价格回落和高镍占比提升将推动电池成本下降。据主流车厂的研发进程显示,预计到2025年左右,动力电池平均价格将下破100美元/kWh,纯电动汽车的总拥有成本与传统燃油车基本持平;2025年之后,产业界将围绕动力电池成本继续下探至60美元/kWh展开新一轮的技术对决,动力电池行业在此时会有大洗牌。

图10:新能源汽车成本构成

(资料来源:汽车之家,本翼资产整理)

图11:电池组电池价格

(资料来源:公开资料,本翼资产整理)

固态电池能够有效提高动力电池的使用寿命,产业化时间大约在5-10年之后。低温下,锂离子动力电池的放电容量和功率大幅度降低,内阻急剧增加,使得电动汽车出现续驶里程缩短,动力不足和充电困难等问题。固态电解质比有机电解液具有更宽的电化学窗口,有利于进一步拓宽电池的电压范围,并且因为不存在浓差极化而可以工作在大电流条件,从而提升电池能量密度。此外,固态电解质还具有不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题、无需隔膜隔开正负极、阻止锂枝晶的生长,从根本上避免了电池的短路现象,能够应付更多的负极材料。固态电池是目前车用动力电池取得能量密度突破的重要方向。固态电池产业化的实现从根本上还是取决于材料工艺层面的突破,目前有关固态电池的专利远超其他类型电池的综合。据业界预测,高能量密度固态电池的应用将耗时5-10年的时间,真正大面积量产预计会在2025年之后。固态电池大规模产业化提升电池寿命,加速新能源汽车渗透率提升。

智能驾驶产业链由传感、决策及执行三个层面组成,当前很多技术还处于攻关期。智能网联汽车的传感系统包括雷达、摄像头、V2X等;决策系统分为决策和控制两个单元;执行系统包括了电子稳定系统、电动助力转向和自动变速器等。中国在传感层面的毫米波雷达、高端前置摄像头等零件与国外差距较大,技术仍需时间突破,目前主要依靠国外厂商进口。主动控制类功能需要具备控制车辆的油门、制动、转向系统的能力,对应的执行结构必须从传统的执行结构转变成线控系统,具体分别是线控油门、线控制动、线控转向。目前线控油门已在乘用车上基本普及,国内外厂商正在线控制动和线控转向方面加速布局。

图12:智能汽车产业链

(资料来源:《ICV技术的发展现状及趋势》,本翼资产整理)

汽车电子是安装在汽车上所有电子设备和电子元器件的总称,由半导体器件组成,用于感知、计算、执行汽车的各个状态和功能。智能网联时代单车汽车电子成本占比持续提升。据中国电子信息产业发展研究院数据显示,从单车汽车电子价值量来看,乘用车汽车电子成本在2025年将达到60%。

图13:汽车电子占比

(资料来源:《2030 中国汽车电子产业发展前景分析》 ,本翼资产整理)

【管】

车联网是实现智能网联的重要途径。车联网是以车内网、车载自组网和车载移动互联网为基础,依据特定的通信协议和数据传输标准,通过车与一切事物(V2X,包括其他车、路、行人、及云端平台等)之间的互联互通,从而实现交通管理的智能化和车辆的智能化,并能为驾驶者提供动态信息服务的网络。

图14:车联网使用场景

(资料来源:5G白皮书 ,本翼资产整理)

中国将C-V2X技术视为车联网的主要技术手段,离完全成熟尚待时日。V2X技术分为DSRC与C-V2X两种技术。DSRC技术有完善的产业布局,受到美国、日本国家的广泛认同;C-V2X处于快速发展阶段,受中国、欧盟等国家的高度重视。DSRC技术经过近20年的研发已经较为成熟, 凭借其低延迟和高安全性的特点使得V2V系统的部署成为可能,然而其通信范围受限、基础设施依赖性强、缺乏技术演进路线等问题促使业界将目光投向了蜂窝技术的应用。而C-V2X技术目前尚处于起步阶段,初始标准刚刚完成,还不能满足严格的车辆通信安全要求,仅适用于非安全相关的应用。

图15:车联网技术对比

(资料来源:《车联网的发展现状、瓶颈及应对策略》,本翼资产整理)

未来5G技术将充分考虑车辆应用需求,有潜力提供高吞吐量、宽带载波支撑、超低延迟和高可靠性的通信服务,从而真正满足智能网联汽车的核心诉求,有助于攻克车联网技术。5G能够协助解决车辆感知、协同驾驶、远程控制等问题,将是实现完全自动驾驶的关键通信技术。具体技术可以实现:1.超高速无线数据传输;2.更好的网络覆盖均匀性;3.使用多跳模式以拓宽覆盖范围,直接实现 D2D 通信;4.具有高可靠性,可以通过增信删余码对正常的流量进行时分复用;5.毫秒级的端对端延迟;6.提供多条连接链路,满足容错性和移动性要求;7.实现穿透式增强现实。5G技术目前虽然已经进入导入阶段,但是距离车联网应用还需要2-5年时间。

图16:技术成熟曲线图

(资料来源:Gartner,本翼资产整理)

【云】

云计算技术为车辆信息流提供了灵活多变的计算资源,为高级自动驾驶做铺垫,目前正处测试阶段。通信与平台技术的应用,极大提高了车辆对于交通与环境的感知范围,也为基于云控平台的汽车节能技术的研发提供了支撑条件。基于云控平台的汽车节能驾驶框架,车辆通过车与云平台的通信将其位置信息及运动信息发送至云端,云端控制器结合道路信息(如坡道、曲率等)以及交通信息(如交通流、交通信号灯等)对车辆速度和挡位等进行优化,以提高车辆燃油经济性并提高交通效率。在云端控制器中,以车辆行驶路段的油耗为优化目标,在车辆动力学约束、交通流速约束和交通信号约束下,对车辆档位和速度轨迹进行优化,云端计算机再去做加工学习,决策规划的水平不断提高。

图17:云计算架构图

(资料来源:《ICV技术的发展现状及趋势》,本翼资产整理)

三、智能汽车行业空间是智能手机的十倍

3.1.智能汽车是继智能手机的下一个移动终端

智能网联汽车将成为继手机之后的一个超级智能终端。对比通信行业的发展历程,以内燃机为代表的传统汽车代表了“大哥大”时代,以电力新能源汽车为代表的新能源汽车代表了“功能机”时代,而以人工智能为代表的智能汽车代表了“智能机”时代。伴随着每一次手机的更新迭代,移动手机渗透率从2001年的6.7%增长到2019年底的114.4%。

图18:移动电话普及率

(资料来源:Wind,本翼资产整理)

3.2.现阶段智能汽车呈快速增长态势

我国新能源汽车处于初期阶段,智能网联汽车投放力度加大。截止2019年底,全国新能源汽车保有量达381万辆,占汽车总量的1.46%,渗透率为0.27%。其中,纯电动汽车保有量310万辆,占新能源汽车总量的81.19%。新能源汽车增量连续两年超过100万辆,呈快速增长趋势。此外,智能网联汽车投放力度加大,L2自动驾驶技术已经得到大规模的普及。据中国汽车工业信息网统计,截至2019年12月中旬,已有64款L2级别自动驾驶产品投放市场,其中,2019年投放车型占比达到78%,同比增长74%。

图19:新能源汽车保有量及增速

(资料来源:Wind,本翼资产整理)

图20:新能源汽车渗透率整理

(资料来源:Wind,本翼资产整理)

3.3.未来智能汽车行业规模超10万亿美元

随着各项技术的成熟,新能源及智能网联汽车渗透率将快速爆发。据Statista数据显示,智能手机的迭代周期大约是2-3年,中国汽车的更换周期大约为6-8年。综上所述,新能源电池成本和技术的突破点大约在2025年左右,届时新能源电车成本会与燃油车持平,整车价格下降,续航也会有明显的提升。2025年将会是新能源汽车的拐点,2019年新能源汽车的渗透率为0.27%,汽车的迭代周期为7年,中国新能源汽车预计会在2023-2025年期间完成1%的渗透率,年复增长率预计在24.2%-38.5%之间,预计销量为372-583万辆,行业规模达到1488-2332亿美元(单车价值4万美元)。伴随着AI、云计算等智能汽车技术在未来5-10年逐渐成熟,届时新能源汽车都将被智能化,渗透率加速上升,预计在2035-2041年之间完成10%的渗透率,年复增长率预计在15.5%-21.2%之间,对应销量为1821-2153万辆,行业规模达到6920-8181亿美元(单车价值3.8万美元)。之后便会进入智能汽车产业链快速增长阶段,预计会在2041-2049年之间渗透率突破40%,年复增长率预计在18.9%-26.0%之间,对应销量为1.8-1.9亿辆,行业规模达到6.3-6.7万亿美元(单车价值3.5万美元)。长期来看,对标发达国家渗透率情况,中国智能汽车渗透率有望达到60%-80%,行业规模有望突破10万亿美元。

图21:中国新能源汽车预计销量和保有量

(资料来源:本翼资产预计)

世界新能源汽车2020年渗透率预计为0.13%,预计会在2028-2030年期间完成1%的渗透率,年复增长率预计在22.8%-29.3%之间,预计销量为1995-2788万辆,行业规模达到7980-11152亿美元(单车价值4万美元)。预计在2040-2046年之间完成10%的渗透率,年复增长率预计在15.5%-21.5%之间,对应销量为1.04-2.16亿辆,行业规模达到4.0-8.2万亿美元(单车价值3.8万美元)。之后便会进入爆发期阶段,预计会在2046-2054年之间渗透率突破40%,年复增长率预计在18.9%-26.0%之间,对应销量为8.8-14.8亿辆,行业规模达到30.8-51.8万亿美元(单车价值3.5万美元)。

图22:世界新能源汽车预计销量和保有量

(资料来源:本翼资产预计)

图23:自动驾驶规划图

(资料来源:益普索咨询,本翼资产整理)

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