中金 | 车联网:OTA驱动发展,赋能网联自动驾驶

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车联网是汽车、电子、计算机、通信等多技术领域深度融合的新型产业,自“十二五”以来蓬勃发展。我们认为,在汽车智能化的新趋势之下,车联网的首要驱动力正在由政策转变为应用侧的需求。OTA远程升级、远程控制(远程热车、远程开关车锁)等作为智能网联的代表性功能,对于通信网络提出了更高的诉求,我们认为这将推动车联网渗透率的进一步提升。展望未来,我们认为车联网是由单车智能迈入网联自动驾驶时代的重要基础设施。

摘要

我国的车联网产业发展可分为三个阶段。1)车载信息服务阶段(2012-2020),顶层政策是这一阶段产业发展的核心驱动力,联接形态以V2N为主,多种商业模式诞生、但尚处于发展初期。从应用角度看,该阶段车联网主要服务于驾乘人,表现形式包括乘用车中的信息娱乐功能和商用车中的监测定位功能。2)智能网联汽车阶段(2020-2025),智能化成为汽车产业大势所趋,单车智能相关的OTA、基础远程控制等应用场景先行,其对车联网基础设施的需求,反向成为该阶段产业发展的首要驱动力。3)智慧出行阶段(2025-),以车联网为基础,“人-车-路-云”等交通要素通过网络相联,感知侧可提供360°全方位的周边汽车信息,决策层通过云控基础平台实现智能分析和管理调度,助力实现单车智能向网联自动驾驶阶段的过渡。

OTA开启汽车不断成长的“生命通道”。OTA是一种远程无线升级技术,经移动通信的接口对软件进行远程管理,实现现有功能/性能优化、新功能推送等。自2012年特斯拉Model S进行了第一次OTA升级后,其他车企开始广泛布局。根据佐思汽研数据,2020年我国乘用车OTA装配量达到445万辆,同比增长16%,装配率提高4ppt至24%。OTA是“云管端”架构的系统方案,“管端”是其实现运作的重要环节之一,对网联化水平提出更高诉求。我们认为OTA应用先行,将倒逼车联网建设需求。

远期,车联网有望为自动驾驶服务。相比于当前单车智能的解决方案,我们认为车联网具备独特的优势:1)协同感知,获得全方位(定位、转向、速度)的周边汽车信息和非视距信息,与传感器信息融合可增强算法的鲁棒性;2)协同决策,通过云端算法的持续优化,增加车与车、车与路之间决策的系统性,融入车辆优先级管理等功能;3)协同控制,基于更高带宽、更低时延的网络对车辆驾驶行为进行干预,如远程遥控、车辆脱困等。

风险

车联网部署规模不及预期;车联网由于安全问题带来的政策风险。

正文

投资摘要:车联网驱动力从政策推动演进为应用需求

广义的车联网一般是指以车内网络、车际网络和车载移动互联网为基础,在车与车、车与路、车与人和车与云端互联网之间,按照一定的通信协议和数据交互标准进行的信息交互。在此前的《汽车电气架构新趋势,车内通信迎变革》报告中,我们具体剖析了在E/E架构集中化趋势下,车载以太网的发展机遇及产业链影响。

本篇报告我们重点聚焦车外通信。我们认为国内车联网发展主要分为三个重要阶段:车载信息服务阶段(2012-2020)、智能网联汽车阶段(2020-2025)以及智慧出行阶段(2025-)。当前我们正处于智能网联汽车的发展阶段,以OTA远程升级为代表的网联服务加速落地。作为OTA“云管端”架构中的“管端”这重要一环,我们预计车联网建设将受益于应用侧的需求倒逼,汽车互联网生态有望迎来长足发展。

图表1:车联网发展示意图

资料来源:中金公司研究部

车联网发展历经三大阶段,远期将赋能网联自动驾驶

车联网(Internet of Vehicles)指按照一定的通信协议和数据交互标准,在“人-车-路-云”之间进行信息交换的网络,是汽车、电子、信息通信、道路交通运输等行业深度融合的新型产业形态。即首先利用各种传感技术,感知车辆、道路、行人及与出行相关的状态信息,实现汽车智能网联化,再借助无线通信网络与大数据、人工智能等分析技术实现交通智能化管理。

从车联网发展趋势来看,按照时间节点,我们将车联网发展分为三个重要阶段:车载信息服务阶段(2012-2020)、智能网联汽车阶段(2020-2025)以及智慧出行阶段(2025-)车载信息服务阶段,车联网主要服务驾乘人,提供基础性车载信息类应用和涉车服务、后市场服务、车家服务等信息类服务;智能网联汽车阶段,车联网主要是服务车,主要提供安全预警应用和效率类应用等智能驾驶类服务;智能出行阶段,车联网主要提供云端调度协同管理等高阶自动驾驶、智能交通类服务,构建全新汽车互联网市场。

图表2:车联网发展的三个阶段

资料来源:中国信通院,亿欧智库,中金公司研究部

车载信息服务阶段(2012-2020年):政策为主要驱动因素,车联网开始慢慢走向标配

政策高效明确行业发展方向,顶层设计体系日渐完备

以政策支持作为支撑点,车联网长期发展确定性高。我国汽车网联化顶层设计由政府自上而下推动,自“十二五”时期以来,国务院、工信部、发改委等各个部门均出台了一系列政策推动行业发展。

►     2015年7月,国务院发布《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》[1],着重提出加快车联网、智能汽车等技术的研发、应用及标准化。

►     2017年4月,工信部、发改委、科学技术部联合发布《汽车产业中长期发展规划》[2],提出推进智能网联汽车发展,要求加大智能网联汽车关键技术攻关,并要求出台测试评价体系,分阶段、有步骤地推进智能网联汽车应用示范推广。

►     2018年12月,工信部印发《车联网(智能网联汽车)产业发展行动计划》[3],明确车联网的发展目标:到2020年,车联网用户渗透率达到30%以上,新车驾驶辅助系统(L2)搭载率达到30%以上,联网车载信息服务终端的新车装配率达到60%以上。

►     2020年11月,《智能网联汽车技术路线图2.0》[4] 正式发布,进一步明确了我国车联网2025年终端新车装配率达到50%,2030年C-V2X终端新车装配基本普及的目标。

图表3:近年来国家层面车联网相关顶层设计

资料来源:国务院,国家发改委,工信部,科学技术部,国家制造强国建设战略咨询委员会,中金公司研究部

图表4:智能网联汽车技术路线图2.0

资料来源:2020世界智能网联汽车大会,中金公司研究部

频谱:我国频谱工作确立,为车联网落地提供最优保障

2016年11月,工信部批复5,905-5,925MHz共20MHz频率用于开展LTE-V2X技术验证试验。2018年11月,工信部正式印发了《车联网(智能网联汽车)直连通信使用5,905-5,925 MHz频段管理规定(暂行)》,规划了该频段用于基于LTE演进形成的V2X智能网联汽车的直连通信技术。专用频谱的发放自2016年起十分顺利,推动了V2X的发展。因此目前PC5接口将采用5.9GHz通信,Uu接口利用现有4G频率以及未来5G频率通信。

专用频率可以提高V2X系统的安全系数,因此频谱的快速确定有助于商用化的推进。另外,工信部还要求推动5G V2X相关频率需求研究。

新车可联网渐成为标配,但更多通过V2N提供车载信息娱乐功能

受到政策推动,我国新车车联网装配率稳步上升。根据佐思汽研数据显示,2020年1-10月,合资品牌车联网装配量达到49.8%,自主品牌车联网装配率达到57.7%,总体上已经接近2018年设定的目标,这表明新车车联网开始慢慢走向标配。

图表5:受到政策推动,新车车联网装配率稳步上升

资料来源:佐思汽研,中金公司研究部

在这一阶段,车辆更多是通过V2N(Vehicle to Network,车对网络)提供信息娱乐功能,即通过车辆将车主与各种服务资源整合在一起。如获得定位导航、城市拥堵、空气质量等信息,帮助出行决策;还可以获得音乐、资讯等信息,提升驾乘舒适度。远程控车也在这一阶段得到简单应用,提升综合用车体验。

另外,乘用车市场围绕V2N场景的广播、地图导航等辅助驾驶APP类商业产品正逐步成熟;众多涉车服务和后市场服务,如网约车、保险、汽车美容、二手车等由于移动互联网的迅猛发展也得以百花齐放。

涉车服务和后市场随着近年发展商业模式逐渐升级丰富。我们简单梳理如下:

►      汽车数字钥匙:初期重要的人车交互入口。汽车数字钥匙为车主提供RKE/PKE功能,车主可以通过智能手机或可穿戴设备实现车辆的解锁与落锁,并通过用户识别来实现座椅调节与音乐列表等功能设置,为车主提供个性化的车控服务。此外,汽车数字钥匙还具备驾驶权限分享、车辆轨迹记录与快递到车等功能。

►      B2B/B2C付费模式:最传统的商业模式,如TSP(Telematics Service Provider,远程信息处理服务供应商)厂商多通过厂商补贴、用户付费等方式实现收入。具体来说,供应商通过增值模块在销售时获得一次性收益,后续车主可以订阅、升级服务,为供应商提供持续性收益。一些内容和其他服务商也多作为被集成方,直接获得厂家的付费收入。

►      数据变现:车联网带来车载和道路数据的丰富,为数据变现打开了新的方向。以UBI数据服务为例,通过采集用户的行车驾驶数据,可以实现更精准的保险定价,从而帮助保险公司精准衡量风险,也帮助行车规范度高的用户买到更合适的保险。随着数据的积累,二手车交易、汽车贷款等角度也可成为数据变现的潜在模式。

►      广告引流:车联网设备能够占据用户的一定使用时长,从而得到一定的流量。针对这些流量可以采用展示广告的方式进行变现。此外,也可将流量导向和车主相关的服务项目,如汽车美容等。

图表6:4G时代V2N的价值传递链

资料来源:中国信通院,中金公司研究部

图表7:车联网数据变现路径

资料来源:四维图新公告,中金公司研究部

智能网联阶段(2020-2025年):需求逐渐代替政策成为主导因素

智能网联是车联网与智能汽车的有机联合,是指汽车基于车载传感器、控制器、执行器等装置,并融合现代通信与网络技术,实现安全、舒适、节能、高效行驶。与前一阶段车联网主要服务于驾驶者与乘客不同,智能网联汽车的最终目标是为了实现高效率的无人自动驾驶,通过车机自身的强大运算能力和智能操作系统,达到智能出行的目的。

在此阶段中,需求取代政策,成为车联网渗透率提升与高质量发展的主要动力。我们认为随着智能网联的发展,车联网的应用场景正在由前一阶段的信息娱乐领域向单车智能相关的应用拓展。远程升级(OTA)、远程控制(远程热车、远程开关车锁)作为智能网联的代表性功能,其对于移动通信网络的要求更高,我们认为这将推动车联网渗透率的进一步提升。而用户需求也成为了该阶段车联网进步的第一驱动力。

消费者对驾驶体验的诉求,推动OTA、远程控制等功能发展

汽车电子类功能的需求维度不断拓展,消费者的关注重心逐渐由安全为主转变为兼顾安全与效率。我们认为,在单车智能时代,用户更注重用车的感受,希望在保证行车安全的同时,获得更好的驾驶体验。我们认为,在此需求的推动下,远程升级(OTA)、远程控制等增进效率的车载功能有望获得长足发展。根据IHS Markit数据显示,超过70%的消费者愿意为汽车的智能网联服务付费,其中语音识别、手机遥控、车载智能导航、联网停车等提升用车效率的服务广受欢迎。

图表8:消费者对汽车电子的需求维度不断拓展

资料来源:IHS Markit,中金公司研究部

图表9:智能网联服务的倾向与购买意愿(2019年)

资料来源:IHS Markit,中金公司研究部

特斯拉引领智能汽车新方向,整车OTA成为未来趋势

2018年6月,在美国《消费者报告》对Model 3的测试中,其从60英里/小时到0的刹车成绩是46米。随后,Model 3通过OTA改善了刹车距离——在《消费者报告》第二次测试中,Model 3从60英里小时到0的刹车距离缩短了6米左右。特斯拉Model 3利用OTA不断升级汽车软硬件功能,同时不断提升智能驾驶性能和体验,功能的不断迭代让车主感觉汽车常用常新,一定程度上提高了用户粘性。受此影响,各大整车厂商开始纷纷布局OTA技术。

OTA是一种基于汽车网联的远程升级功能。大多数整车厂以采用第三方OTA方案为主,而非自己开发OTA平台。目前,大多数国际整车厂商都在运用OTA技术,但是采用的程度和应用的阶段各有不同。在汽车OTA应用早期,一些整车厂选择内部自行开发OTA平台,但结果往往是解决方案不够成熟。根据高工智能汽车研究院数据显示,目前国内大多数自主品牌及合资品牌仍以采用第三方OTA方案为主,尚未具备足够的能力或相应的组织结构来开发、交付及扩展OTA软件平台。

目前,特斯拉使用的是Red Bend(哈曼子公司)提供的OTA平台进行车端和云端的通讯;艾拉比为15家主机厂的25个主流机型(包括上汽通用、江淮汽车长城汽车比亚迪等)提供OTA升级和相关数据服务。我们认为,大部分整车厂采用OTA供应商合作的模式、而非自己开发OTA平台,主要是因为OTA当前试错成本较高,传统车厂相关技术和经验较为匮乏,缺乏大规模可靠性的验证及测试方法。因此现阶段大部分车企更倾向于使用第三方OTA供应商,从而加速实现整车OTA的最终目标。

图表10:部分汽车OTA供应商对比

资料来源:盖世汽车研究院,汽车之心,中金公司研究部

云端算力推动单车智能升级,OTA助力实现闭环。单车智能主要包括传感、决策、执行三大环节。当前,单车智能在传感融合、突发事件响应、目标预测与驾驶意图“博弈”等方面仍存在算法的局限性。同时,随着智能驾驶向高级别演进,所需的传感器数量增多,对算力的要求也愈发苛刻。面对瓶颈,类似于特斯拉Dojo的云端AI训练芯片的重要性将有所提升。展望未来,我们认为伴随着智能化、网联化的发展,越来越多的车辆驾驶数据在云端积淀,云端将拥有大量数据供AI模型进行高效的深度学习,从而实现算法的不断优化。模型训练完成后,通过OTA手段可将更新后的性能推送至车载端,形成汽车驾驶智能算法优化的闭环,长期来看,我们认为有望实现智能驾驶性能和体验的提升。

智能驾驶算法的迭代过程对数据传输通道提出更高要求。车联网在OTA升级流程中,主要扮演数据传输的角色,为车端与云端之间的数据信息交互提供支持。我们预计,随着车载传感器部数量和数据采集性能的提升,单车上传的数据量将会增多,对通信网络的带宽提出挑战。

单车智能相关效率类应用推广,成为车联网发展的主要驱动力

远程控制汽车基础类应用功能逐步落地,未来应用场景扩展打开全新空间。受限于网联化程度,目前远程控制汽车的实现功能主要集中在基础类应用方面,如远程解落锁与空调控制等一些对即时性要求较低的功能。我们预计,随着远程控制汽车的功能与应用类场景不断拓展,未来所催生出的新应用(如远程控制车辆行驶)对数据传输即时性要求将逐步提升。车联网将在低时延性方面顺势发展,以满足远程控制汽车需求。

远程智能控制和远程升级等应用不断普及,带动智能网联汽车需求,为车联网渗透率提升注入新动能。根据IDC数据,2020年全球智能网联汽车出货量约4440万辆,IDC预计到2024年全球智能网联汽车出货量将达到7620万辆,四年CAGR约为14.5%。同时根据IHS Markit数据显示,到2025年,全球智能网联汽车渗透率将达到59.4%,我国智能网联汽车渗透率将达到75.9%。

图表11:智能网联汽车出货量稳步上升

资料来源:IDC,中金公司研究部;注:预测时点为2020年

图表12:我国智能网联汽车渗透率将达到75.9%

资料来源:IHS Markit,中金公司研究部

智慧出行阶段(2025年-):网联自动驾驶阶段,“车-路-云”协同,智慧出行阶段渐行渐近

汽车联入网络,统一进行管理、监测、调度

网联自动驾驶是在现有单车智能的基础上,通过车联网的手段,将“人-车-路-云”等交通要素通过网络相联,并通过智能分析、控制的路径,最终实现更智能的交通。

►      协同感知:在环境感知环节进行协同,支持车辆获得比单车智能感知更多的信息,例如非视距感知或解决容易受恶劣环境影响等问题。

►      协同决策:在计算决策环节进行协同,增加车与车、车与路之间的系统性决策,例如解决车辆优先级管理、交通路口优化控制等情况。

►      协同控制:在控制执行环节进行协同,对车辆驾驶行为进行干预,例如远程遥控、车辆脱困等。

图表13:“车-路-云”协同

资料来源:百度Apollo官网,华为官网,中金公司研究部

图表14:网联智能驾驶协同感知、协同决策、协同控制的典型应用场景

资料来源:中国信通院,中金公司研究部

云控基础平台是实现网联协同感知、网联协同决策与控制的关键基础技术,是车联网的核心环节。云控基础平台由中心云、区域云与边缘云三级云组成形成逻辑协同、物理分散的云计算中心,为智能汽车及其用户、服务机构等提供车辆和环境的动态基础数据,具有高性能信息共享、高实时性云计算、大数据分析、信息安全等性能。在应用层面,云控基础平台能够降低交通事故伤亡几率,减少交通拥堵时间,提升交通效率,有效提升智能网联汽车的安全性与行驶能效。我们认为,车联网云控基础平台未来有望解决网联汽车存在的信息孤岛问题,通过定义可靠的交互规则,实现数据的互联互通。

随着车联网商用运营推进落地,我们预计云控基础平台建设主体逐渐完善,或将形成车企平台、政府平台和第三方运营平台“三位一体”的格局,对接入系统平台的车辆运行信息进行汇总监测、管理调度,进而真正实现车路协同。

图表15:云控基础平台总体框架图

资料来源:国汽智联,亿欧智库,中金公司研究部

图表16:车联网云控基础平台结构

资料来源:亿欧智库,中金公司研究部

网联自动驾驶已陆续在国内外开展应用示范验证和部署

目前,网联自动驾驶的相关应用场景也已经陆续在国内外开展应用示范验证和部署。港口、矿山、物流园区等封闭场景成为各地率先部署商用车L4自动驾驶的示范区。

►     2019年11月,由上汽集团上港集团中国移动合作打造的上海洋山港智能重卡示范运营项目,在洋山港物流园、东海大桥、洋山一期码头内,实现集装箱智能转运,是国际上首次实现5G+自动驾驶重卡商业化落地。5G远程遥控驾驶与单车智能的结合,可以解决自动驾驶算法出现故障等原因导致的人工接管的情况。

►     博世、梅赛德斯奔驰、诺基亚等合作伙伴,在德国乌尔姆市示范基于智慧基础设施和边缘计算的不停车汇入。项目建设方在道路灯杆上安装摄像头、激光雷达、路侧通信设备和MEC边缘计算服务器,拓展车辆感知范围,解决车辆自身感知设备的视觉识别盲区,如被卡车遮挡的行人、从盲区驶来的车辆、从后方靠近并变道的自行车。系统能将路端传感器采集到的图像数据,与车辆传感器采集到的数据相结合,在边缘算力支持下,与高精度地图结合,可生成包含当前路况全部信息的车辆周围环境模型,并通过网联技术传输给车辆。项目实施后,自动驾驶车辆可以精确地发现主干道上的车流间隙,无需刹停即可无缝汇入主干道车流。

OTA开启汽车不断成长的“生命通道”

OTA概览:从消费电子到车载终端,智能化浪潮下大势所趋

OTA(Over the Air,云端升级)是一种远程无线升级技术,经移动通信的接口对软件进行远程管理,实现现有功能/性能优化、新功能推送等。OTA技术最早应用于PC,而后在移动手机上普及,终结了手机软件升级需要连接电脑的时代。随着汽车新四化的推进和互联网大数据的快速发展,OTA技术逐渐渗透到汽车行业,成为汽车高度智能化的重要趋势,开启了汽车不断成长的“生命通道”。

没有OTA技术之前,汽车软件刷写主要依靠诊断仪,车主把车辆开到可以刷写的服务站,技术人员把诊断仪插到汽车的OBD接口上,执行诊断仪上的软件程序,对汽车上相应的软件进行刷写。OTA实现了汽车软件的远程刷写,本质上可以让车辆的软件升级不受空间、时间、人工的限制。

图表17:汽车OTA的常规流程示意图

资料来源:艾拉比官网,中金公司研究部

汽车OTA升级一般从ECU的软件新版本产生开始,到车端升级结果反馈回云端结束。升级过程涉及云端(由OEM来掌控)和车端(由用户来掌控),双方的交界点就在于升级任务的发布,用户开始接受到升级通知。

OTA的发展历程和现状:具备FOTA能力的车型被加速推出

发展历程:从针对IVI系统的SOTA拓展为支持整车系统升级的FOTA

按照升级内容,OTA可以分为SOTA(Software OTA,软件云端升级)和FOTA(Firmware OTA,固件云端升级)。

►      SOTA指车机内置软件的升级,可类比为手机里APP的更新。典型的SOTA包括车载导航、娱乐应用、人机交互界面等车机功能升级。

►      FOTA指固件更新,属于整车OTA,可类比为手机里操作系统的更新。可实现底盘悬挂、辅助驾驶、车身控制、信息娱乐等整车系统级别的全面升级。

相比较而言,SOTA是离用户更近的应用程序升级,FOTA是完整的系统性更新。FOTA比SOTA难度更高,能够深层次改变汽车控制系统、管理系统及性能表现。

图表18:手机OTA与汽车OTA界面

资料来源:苹果官网,蔚来官网,理想官网,中金公司研究部

早期的汽车OTA局限于车机系统和简单的部件控制。在此之后,特斯拉的Model S于2012年进行了第一次FOTA升级,直接将软件增补程序传送至有关的ECU,以实现安全、可靠的功能升级。回顾汽车OTA的发展历史大致可将其分为以下两个阶段:

►      针对车载信息娱乐系统的SOTA阶段(2000年左右-2012年)

2000年左右,一些日本车企如本田等开始对T-Box进行 OTA 升级。T-Box内置SIM卡,可以为车主提供一些网络服务,如道路救援、车厂客服、110 紧急通话、远程车况查询等。此后,一些车企针对IVI(In-Vehicle Infotainment,车载信息娱乐系统)进行 OTA,如导航地图、音乐等。此时OTA的升级范围仍局限于车载信息娱乐系统和简单的部件控制。

►      支持整车OTA的FOTA阶段(2012年-至今)

2012年,特斯拉的Model S进行了第一次FOTA升级,并在此后以每一个月到三个月不等的节奏保持更新,走上了从仪表优化、增加电池容量,到提高百公里加速和增加ADAS功能的自我进化之路。特斯拉之后,其他车企开始广泛布局FOTA。

图表19:汽车OTA的发展历程

资料来源:汽车之心,车云网,中金公司研究部

发展现状:具备FOTA能力的车型加速推出,特斯拉成为行业标杆

►      SOTA装配量和搭载率迅速提升,实现FOTA的车型正在被加速推出

从技术角度考虑,FOTA的实现难度较高,需要汽车E/E架构的彻底变革,以及车载以太网、网络安全、强大算力与大容量储存等新技术支持。此外,FOTA所带来的汽车安全性问题也需要被审慎地对待。因此,大部分传统厂商对整车FOTA持谨慎态度,转而以车载系统SOTA作为其OTA服务的切入点。

以SOTA服务为锚,OTA装配量和装配率在迅速提升。据佐思汽研数据,2020年中国乘用车OTA装配量为444.9万辆,同比增长15.9%,同时装配率提高4.00ppt至23.7%;截至2021年6月,共有31个汽车品牌提供过OTA服务。FOTA方面,目前能够实现整车OTA的车型正在被加速推出。根据高工汽车研究院数据,截至2020年9月,我国新车(自主及合资品牌)FOTA搭载率为11.71%,首次突破10%。

图表20:OTA装配率和搭载率迅速提升

资料来源:佐思汽研,中金公司研究部

图表21:具备整车OTA能力的车型加速推出

资料来源:佐思汽研,各公司官网,中金公司研究部

►     特斯拉整车OTA标杆,传统车厂正在加速布局整车OTA

特斯拉整车OTA标杆,新势力后来居上。特斯拉是第一家做到整车OTA的车企,其在设计之初便采用集中式的电子电气架构。自2012年首次推送OTA后,特斯拉在2012-2019年中已经历37次更新,涉及五大功能域。与特斯拉相似,蔚来的 FOTA 也建立在对电子电气架构和 ECU 的研发基础上。在 2018 款的ES8上,蔚来配备了其正向自主研发的智能电动架构。自2018年10月至2021年6月,蔚来共进行了超过 35次重大版本迭代,累计为车辆新增超90项功能,优化功能超过220项。特斯拉和蔚来可以通过OTA对汽车五大功能域进行有效的功能新增和功能优化,OTA能力在车厂中处于靠前位置。

OTA并非造车新势力专属,传统车厂正在加速布局整车OTA。2016年11月,丰田宣布将采用以无线通信方式更新 ECU 的 OTA 软件服务,第一时间修正车辆控制单元存在的漏洞,同时还将通过 OTA 服务提供新功能[5];2017年5月,福特宣布将采用OTA技术进行软件升级,为搭载Sync 3的2016款车辆新增Android Auto及Apple CarPlay系统[6]。

传统车厂中,通用汽车的OTA开发及应用能力处于领先地位。通用汽车以全新一代电子架构为基础,成功使燃油车型也具备整车OTA升级功能,可以通过后期OTA对发动机与变速箱的控制模块、车载通信系统、娱乐系统、驾驶操控及车身控制的ECU进行调校或升级。

2020年,别克推出最新互联eConnect3.0系统,可支持9大模块OTA升级,如OnStar模块、车机娱乐系统、智能驾驶控制模块、车身控制模块和iBooster制动助力器等。在2020年款凯迪拉克CT5中,使用了通用最新一代电子架构,可以通过OTA对车载娱乐系统、智能互联系统等软件模块、传动系统、底盘系统、电气化控制系统在内的固件电子模块等整车共计超过30个控制模块进行升级。

图表22:主要车厂在OTA能力上的比较

资料来源:佐思汽研,蔚来官网,小鹏官网,理想官网,中金公司研究部

缩短新车型迭代周期,长期有望开启产业链新生态

OTA发展新模式:预埋硬件

OTA升级的本质,是基于数据闭环,通过搜集用户行车数据及相应的反馈信息,进行问题修复、功能优化与功能开发。OTA升级离不开汽车E/E架构变化带来的软硬件解耦。进一步看,若要实现相应的升级过程,汽车硬件方面需要具备可以升级的潜能,这就需要在前期汽车设计方面,预留一定的硬件性能冗余,以在未来保证更好的可迭代性。硬件预埋主要涉及到汽车总线架构、感知能力、运算能力、控制能力等,如自动驾驶功能的升级,就需要预埋足够数量的摄像头、传感器和雷达来支持完成。自2016年底,特斯拉便在所有出厂车辆上都预埋了AutoPilot硬件,用户可以通过软件付费来解锁相应自动驾驶功能。

造车新势力对预埋硬件的接受程度更高。特斯拉、新势力等车企是预埋硬件积极的实践者与先行者。蔚来在2021年初发布的ET7车型上,同时装配了毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达以及车路协同感知控件,以备在未来完成更高等级自动驾驶的软件升级。小鹏也在即将于2021年四季度交付的P5车型中,搭载了13个高清摄像头、5个毫米波雷达、12个超声波雷达、2个车规级激光雷达共32个传感器,且使用了英伟达Xavier超级计算平台,以保证算力方面的冗余储备。

预埋硬件对车企前瞻规划能力提出考验。从技术角度来看,预埋硬件需要车企根据技术发展趋势,对未来计划推出的新车型或改款,进行产品技术规划和生命周期管理,以在未来能满足OTA迭代升级的硬件需求。从市场角度看,预埋硬件依赖于用户对相应增值服务和品牌的认可度,车企需要通过市场调研来明确目标消费群体对相应增值服务的支付意愿,以在后期提高预埋硬件部分的使用价值。我们认为,车企应结合产品技术规划与未来软件升级收益,合理预埋硬件。

对OEM整车厂商:降本增效,拓宽盈利模式

►      快速修复系统缺陷,实现降本增效:在一般情况下,传统汽车厂商发现产品出现系统方面的缺陷后,会进行统一召回,过程十分繁琐复杂。而OTA技术可以远程为用户修复软件故障,大幅度缩短中间步骤的时间,使软件快速到达用户,减少汽车制造厂商的召回成本和用户的时间成本等。

►      OTA为汽车软件收费模式提供可能,车企盈利模式发生变化。在OTA的支持下,软件收费正在成为汽车厂商的盈利增长点,“硬件预埋+软件付费解锁”成为趋势。用户多样化的软件需求,促使汽车厂商提供多样化的OTA商品,主要包括自动驾驶软件包、个性化订阅服务和汽车硬件功能升级三大类产品,用户可在汽车软件商店中进行选购。2020年德勤调查显示,中国消费者中有90%以上的人群愿意为车联网OTA相关技术付费,其中25%〜30%的群体的支付意愿超过5000元。

►      缩短新车的上市周期,缓解车企整车的研发压力。对于一些研发周期较长的功能来说,可能会存在还没研发成功便已经过时的问题,而OTA升级可以帮助整车在不影响上市的情况下,延迟1-2年的研发时间。

对用户:汽车常用常新,提升了用户体验和用户粘性

►      汽车常用常新,提升用户体验。车企通过OTA升级的方式,不断升级改善车辆的底盘、动力、刹车、续航、人机交互系统甚至智能驾驶辅助系统。汽车不再是一成不变的大宗消费品,功能将不断迭代。通过AI技术的赋能,给予车主个性化的智能驾驶体验,让其感觉汽车常用常新,有效提升用户满意度。

►      软硬分离,实现标准化与个性化的融合,提升用户粘性:OTA的出现使得汽车产品在设计上可以更多地借鉴互联网思维。在硬件标准统一的前提下,通过软件来进行个性化。如此一来,既可以保证硬件的标准化,进行大规模生产,降低整车的硬件成本和装配难度,又可以在硬件上通过软件实现不同的功能满足用户的个性化需求,提升用户粘性。

催化新生态:第三方OTA供应商入局

►      第三方OTA解决方案供应商入局,为车企提供OTA技术支持。目前,OTA功能开发主要有整车厂深度参与和第三方服务厂商供应两种模式。由于OTA更新涉及到完整的汽车系统耦合变化,需要深厚的技术积累和开发运维经验,而传统车企在技术储备和运营测试经验上有所欠缺,需要第三方解决方案供应商在OTA整体设计方案、模块化功能、后期运营维护方面提供相应的技术支持。当前主流的第三方OTA供应商包括博世、博泰、斑马网络、艾拉比、哈曼、科络达等。

图表23:OTA给汽车行业带来的改变

资料来源:艾拉比官网,中金公司研究部

聚焦当下:OTA等应用需求已成为车联网首要驱动力

如前文所述,车联网当前正处于智能网联的发展阶段,由智能化引导的需求因素正在替代政策因素,成为车联网发展的第一驱动力。具体来说,相比于车载信息服务阶段,我们看到以下需求是当前的车载网联水平(普及率、效率、基础设施等)仍不能完全满足的:1)OTA远程升级;2)远程控制。

OTA普及需要大带宽、高容量、广覆盖的通信网络

汽车OTA是一个云管端的系统方案。云端主要负责数据处理与训练,以及软件新版本的研发、升级策略的制定、升级任务的发布等升级管理工作。管端主要负责通过WiFi、蜂窝网络等方式建立云端与车端的连接,使得软件包和车辆刷写策略下发到车辆终端执行,从而实现汽车软件升级。车端主要负责收集行车、环境、路况等数据,以及软件包下载与刷写、差分还原、安全及完整性校验等单车软件升级工作。

图表24:整车OTA的基本架构示意图

资料来源:NXP官网,华为官网,中金公司研究部

►      云端:云端的核心功能是通过收集车端的驾驶数据,利用AI深度学习,对智能驾驶算法进行训练、迭代,并将迭代后的智能驾驶软件制作成OTA升级包推送到车端,最终实现智能驾驶软件性能的提升。设计架构方面,云端能够支持多种协议升级接入,支持多车型的软件升级。

►      管端:管端主要负责连接云端和车端,确保全新的、待更新的固件安全地传输到车辆的T-Box(Telematics Box,远程信息处理器)。

►      车端:车端通过搭载的通信终端和各功能ECU最终实现OTA升级。T-Box负责运行OTA升级管理程序和升级代理程序,并将收集的行车、环境与路况等数据上传到云端供处理与训练。其中,OTA升级管理程序是负责连接车辆与OTA云平台的管理程序,它实现了端云的安全通信,包括协议通信链接管理,升级指令接收和升级状态发送,升级包下载、升级包解密、差分包重构等功能。升级代理程序是为了兼容不同的车内通信网络和通信协议,以及不同OEM间各品牌车型的接口差异,进行封装适配。升级代理程序提供了统一接口,由OTA供应商负责完成接口和业务逻辑的适配。

其中“管端”是OTA实现运作的重要环节之一,对网联化水平提出更高诉求。智能网联汽车在行驶过程中,每天都可产生约10TB的行驶数据,在经过用户的许可后,相应数据经由T-Box控件,打包后通过移动网络上传到云端。随后,OTA厂商以行车数据为训练源数据,迭代训练智能驾驶算法、进一步开发OTA升级包。再最终通过高带宽与高覆盖率的网络连接,将OTA升级包及时投送到用户的车辆系统内,供用户在任何地点都能快速升级,实现驾驶性能升级的闭环。

我们认为,OTA是车联网覆盖率提高后的产物,是在未来实现智能驾驶的关键因素,同时有效地促进了车联网生态的形成,代表着汽车行业的发展方向。OTA的实现离不开强大通信技术的支持,大带宽、高容量、广覆盖的车联网络是支持当前汽车OTA普及的关键。

远程控制汽车对移动网络覆盖的可及性与低时延性提出挑战

远程控制汽车,一般指通过手机等移动设备终端对车辆进行远程操作。目前,市场上主流的远程基础功能控制包括:车门解落锁、发动机启动、座椅加热、开关空调等。车辆远程控制利用移动设备终端与云平台的连接,在移动终端设备-云端-Tbox-控制器之间形成一个控制循环,控制循环中涉及控制模式判断与控制条件判断等过程,最终在应用层面实现移动设备终端对汽车的远程操作。

在整个控制循环中,车联网起到数据信息传输中介的作用。在当前阶段,量产的远程控制功能一般较为基础,对网络时延性的要求不高,而主要要求高覆盖率,以避免车辆无法联网的情况。我们认为,未来随着远程控制汽车功能不断丰富,更多类似于遥控停车、远程驾驶等要求低时延的应用将会诞生,届时将对车联网将产生新的需求,以满足数据信息交互的即时性。

图表25:矿卡远程控制示意图

资料来源:伯镭科技,中金公司研究部

在矿山等商用场景,远程控制汽车驾驶正逐步落地。相对固定的车辆行驶线路,以及相对闭塞的环境,使得矿山开采中的矿卡运输环节,成为远程控制驾驶的合适落地场景。政策方面,国家不断推进矿山智能化进程,同时,出于工人老龄化与工作安全性等原因,远程控制矿卡逐渐成熟,目前已开始规模化落地。

远程控制矿卡行驶需要低时延的移动网络支持。在远程控制矿卡的完成环节中,矿卡司机坐在矿区调度中心的模拟座舱里,通过面前的三块显示屏与模拟驾驶器件,实现对矿卡的远程操控。矿卡的传感器数据需要被及时地反馈到模拟座舱内,以便矿卡司机对其进行驾驶相关操作,同时,矿卡司机给出的驾驶指令也需要被及时地反馈到车端,以供矿卡执行驾驶指令,双向数据传输过程都需要低时延的网络作为保障。

车联网产业链投资机会

车联网产业链

网联汽车产业链分制造和运营两个阶段,制造阶段自上游至下游包括通信芯片、通信模组、通信终端、整车制造、测试验证几个环节;而运营阶段主要面向汽车后市场。

图表26: 网联汽车的产业链

资料来源:中国信通院,中金公司研究部


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文章来源

本文摘自:2021年9月11日已经发布的《车联网:OTA驱动发展,赋能网联自动驾驶》

陈  昊 SAC 执业证书编号:S0080520120009 SFC CE Ref:BQS925

李诗雯 SAC 执业证书编号:S0080521070008 SFC CE Ref:BRG963

彭  虎 SAC 执业证书编号:S0080521020001SFC CE Ref:BRE806

本文选自《中金点睛》

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