汽車業的成功,一定程度上要歸功於技術的不斷創新。近幾年來,電子系統在汽車中得到廣泛應用。這種趨勢在未來將持續增長。隨著半導體技術的發展,以及在汽車尤其新能源汽車中的深入應用,電子系統能實現的功能已經越來越複雜。現如今,一套汽車電子系統所能實現的功能已經超過了1969年環月阿波羅11號航天飛船。未來汽車的大部分功能將通過電子和電氣系統實現。
汽車電子行業是將電子信息技術應用到汽車所形成的新興行業。從廣義上講,汽車電子從基礎元器件、電子零部件、車載電子整機、機電一體化的電子控制系統(ECU)、整車分布式電子控制系統、與汽車電子有關的車外電子系統等軟硬體。從系統看包括零部件系統、車內、車際網絡。
1 汽車電子行業特點
1.1、重視安全、環保和節能
汽車電子的應用是解決安全、環保、節能的主要技術手段,例如:在節能方面,世界主要汽車生產國開始研究和應用電子模塊控制的混合動力轎車、氫燃料電池混合動力轎車及純電動轎車等。
1.2、傳感器性能不斷提高、數量不斷增加
汽車安裝傳感器有三個目的:一是安全,如防撞氣囊的安全監測;二是節能,減少對環境的汙染;三是舒適。由於汽車電子控制系統的多樣化,使其所需要的傳感器種類、數量不斷增加,並不斷研製出新型、高精度、高可靠性、低成本和智能化的傳感器。在性能上,具有較強的抵抗外部電磁幹擾的能力,保證傳感器信號的質量不受影響,在特別嚴酷的使用條件下能保持較高的精度;在結構上,具有結構緊湊、安裝方便的優點,從而免受機械特性的影響。
1.3、車用微處理器不斷升級換代
隨著汽車電子佔整車比重不斷提高,MCU(微控制單元)在汽車領域的應用將超過家電和通訊領域使用的數量,成為世界上最大的MCU應用領域。
1.4、數據總線技術應用日益普及
大量數據的快速交換、高可靠性及廉價性是對汽車電子網絡系統的要求。汽車內部網絡的構成主要依靠總線傳輸技術,其優點為:減少線束的數量和線束的容積,可提高電子系統的可靠性和可維護性;採用通用傳感器達到數據共享的目的;通過系統軟體實現系統功能的變化,以改善系統的靈活性等。
1.5、智能汽車及智能交通系統(ITS)開始應用
以衛星通信、移動通信、計算機技術為依託進行車載電子產品的開發和應用,實現計算機、通訊和消費類電子產品「3C」整合。如:車輛定位、自主導航、無線通訊、語音識別、出行信息通報、電子防撞產品、車路通訊以及多媒體車載終端等。
1.6、新技術在汽車電子產品中不斷得到應用
光纖在汽車信號傳輸中的應用、新的控制理論和方法的大量應用、藍牙技術等都是汽車電子技術的發展趨勢。
2、行業細分
從用途來看,汽車電子可以分為四大類:動力控制系統、安全控制系統、通訊娛樂系統與車身電子系統等。汽車行業隨著信息技術與消費電子等應用逐步滲透其中,傳統汽車行業或將面臨來自移動網際網路、消費電子行業等新型行業的衝擊。
2.1、動力控制系統
主要指基於汽車發動機(汽油機電控系統Motronic、柴油發動機:柴油機電控系統EDC、燃油噴射調節器子點火(汽油機)、增壓調節(渦輪增壓)等)、變速箱等動力系統的傳感器、控制系統等,通常用於進行發動機燃燒控制,汽車尾氣循環處理(如廢氣再循環EGR),自動變速箱控制(自動/手自一體)。
2.2、安全控制系統
分為主動安全系統與被動安全系統,主動安全控制系統是以提高汽車的主動安全性能為主要目標的控制系統,被動安全控制系統是使車輛在事故發生時大幅減低碰撞強度的控制系統。主動安全系統包括汽車安全駕駛輔助系統、防抱死制動系統ABS、制動輔助系統BAS、驅動防滑裝置ASR、電子制動輔助系統EBA、電子穩定程序ESP、車輛偏離警告系統、碰撞規避系統、胎壓監測系統TPMS、自動駕駛公路系統等。被動安全系統包括安全氣囊、預警式安全帶等。
2.3、通訊娛樂系統
車載信息系統(運用計算機、衛星定位、通訊、控制等技術來提供安全、環保及舒適性功能和服務的汽車電子設備)、電子語音合成、利用語音的功能控制(語音識別)、音頻裝置(收音機,CD機,DVD等)、車載電視、車載計算機、車載電話、車載導航(GPS)、新的顯示技術(顯示器及投影儀)、網際網路和計算機等。
2.4、車身電子系統
轉向控制、儀表儀盤、空調控制系統、汽車防盜系統、自適應巡航系統(ACC)、加熱與空調控制、帶記憶功能的座椅位置調節、車窗與天窗控制、中央閉鎖系統、底盤控制系統、後備箱監控、停車輔助系統等。
通訊娛樂系統與車載電子系統開始步入增長期。根據德勤報告的數據顯示,預計2012-2016E通訊娛樂系統年複合增長率將達10.8%,為各細分行業中年複合增長率最快,安全控制系統年複合增長率將為10.2%,位居第二。
3、汽車電子產品結構
隨著汽車銷量加速上升,中國汽車電子行業快速增長,尤其是以車載CD、DVD、GPS等為代表的車載信息娛樂系統,更成為汽車電子市場增長的引擎。美元的快速貶值降低了中國商品出口的競爭力,中國汽車電子信息娛樂產品供應商開始由出口漸漸向內銷轉變,這造成了國內汽車電子市場競爭加劇,尤其是國際企業兼併整合加快,國內企業面臨著越來越大的壓力。
3.1、汽車信息娛樂系統
3.1.1、車載DVD
車載dvd是安裝在汽車內為車內乘坐人員提供影音娛樂的多媒體播放系統,一般除了播放dvd格式影碟外,還支持VCD/MP3/WMA/MP4/Divx/CD/CDR/CDRW/JPEG等格式的影音文件和碟片,有的還支持SD,USB,IPOD等。根據安裝在車在的位置,分為擋陽板dvd,吸頂dvd,頭枕dvd等。
近幾年,因交納不起高額專利費,出口受到影響,有一些實力不強的DVD企業乾脆關門大吉。另有部分企業停止傳統DVD出口,重點轉向價格更高、利潤空間更大的高端產品。原先100%做普通DVD出口的企業,將業務重心轉向移動DVD和刻錄DVD、車載DVD,這一現象正在很多DVD生產商中蔓延。
3.1.2、車載電腦CarPC
分兩大類,一類叫做CarPC,是車裡的固定電腦,一類叫CarBook,是車裡的便攜電腦,這兩類產品雖同為車載電腦,但因為CarPC的產品形態的局限性,所以CarPC和CarBook在功能上存在著巨大的差異性。基於一個功能強大的電腦平臺,CarPC集成了iPOD、移動DVD、PSP遊戲機、筆記本電腦等多種數碼娛樂產品的功能,令車上生活豐富精彩。
3.1.3、車載冰箱
目前全國已經有300多家專門生產車載冰箱的企業,車載冰箱企業多位於廣東和江浙一帶,特別是在廣東,車載冰箱的OEM廠商尤為眾多,還有一大批傳統家用冰箱的生產商也開始進入車載冰箱行業,例如海爾、科龍等企業。車載冰箱在歐洲等地的需求量非常大,而且,投資一條車載半導體冰箱的生產線,花費也不多。目前新潮電子生產的車載冰箱有70%—80%出口到海外市場,只有很少量的產品,在國內的汽車用品店等渠道銷售。
3.2、駕駛輔助系統
3.2.1、泊車輔助
最常用的泊車輔助系統就是倒車雷達系統(PDC系統),也有使用聲納傳感器的,它們的作用就是在倒車時,幫助司機「看見」後視鏡裡看不見的東西,或者提醒司機後面存在物體。PDC系統的工作原理就是通常是在車的後保險槓或前後保險槓設置雷達偵測器,用以偵測前後方的障礙物,幫助駕駛員「看到」前後方的障礙物,或停車時與它車的距離,此裝置除了方便停車外更可以保護車身不受刮蹭。
3.2.2、高級駕駛輔助系統(ADAS)
ADAS的設計方案並不是要控制車輛,而是向駕駛員提供車輛周圍環境及車輛運行狀況等相關信息,提醒駕駛員注意潛在危險,從而提高行車安全性。如車道偏離警告系統採用CMOS攝像頭傳感器,夜視系統採用紅外傳感器,自適應巡航控制系統(ACC)通常採用雷達技術,而停車輔助系統則採用超聲波技術。
3.2.3、車載導航儀
受國際金融危機以及整車市場表現低迷的影響,2008年導航產品增速明顯放緩。據iSuppli提供的數據,導航產品2008年銷售額同比增長約25%,而2007年相對於2006年的增幅為43%。具體來說,PND(可攜式導航儀)增長約30%,車載前裝導航增長約16%,車載後裝導航增長約26%。
3.3、汽車安全電子系統
3.3.1行車記錄儀
行車記錄儀俗稱汽車的「黑匣子」,藉由發動引擎隨即可以錄像錄影的功能,透過高清鏡頭攝影,將車輛行駛途中的影像及聲音完全紀錄。當交通意外事故發生時,記錄儀所記錄的監控視頻,就能還原事故的真實過程。從09年左右引入國內市場至今,對交通部門、保險公司在判斷事故責任方的時候,起到一個很好的證據作用,保障駕駛人自我權利。
如今,行車記錄儀行業紅海化現象嚴重,市場也已趨於飽和,不少商家已經在積極尋找應對方案,希望能將行業推向良性化發展。
3.3.2、電子狗
電子狗又稱駕駛安全預警儀,是一種車載裝置,由硬體系統和軟體系統所組成,包括雷達、GPS定位、中央處理器和智能測速預警系統。主要是利用GPS衛星定位及雷達信號檢索,提前提醒車主電子眼或測速雷達等測速設備的存在,防止因為超速等違規而被罰款和扣分。它分為普通電子狗、智能電子狗、雲電子狗等。目前,雲電子狗是相關企業的發展方向。
3.3.3 汽車照明系統
汽車照明系統是汽車安全行駛的必備系統之一。它主要包括「外部照明燈具、內部照明燈具、外部信號燈具、內部信號燈具等。
近年來,市場上出現了新型HID燈以及LED燈。自從奧迪家族第一款加裝LED前燈的車型R8曝光以來,發展到普遍使用的白熾燈。國際上高檔轎車生產商如奔馳、寶馬、豐田、福特等紛紛推出配有五彩繽紛的LED燈具的新款式轎車以吸引顧客,尤其是日本汽車對LED應用已相當廣泛。被稱為一生不需要更換燈泡的汽車燈,國際上汽車電子化中最耀眼的產品之一。
4、汽車電子市場主要發展趨勢及市場分布
汽車電子產業的發展與汽車工業的發展密切相關,目前美國、歐洲、日本是汽車電子技術領先者,掌握著行業核心技術與市場發展優勢。全球汽車電子產品主要市場集中於北美、歐洲、日本等地區隨著,汽車製造產業向新興國家和地區的轉移,中國、印度、南美等發展中國家和地區的汽車電子新興市場正快速發展。
國際主要汽車電子廠商
4.1 美國
發展歷程: 美國汽車電子行業約有100年歷史的成熟市場,隨著美國汽車產業一起發展,處於全球領先地位
運營模式: 供應鏈體系較為穩固,通過控制產業鏈配套關係控制核心市場,限制其它企業參與市場競爭
德爾福(DELPHI)
德爾福在汽車電子、汽車零部件和系統集成技術方面處於世界領先地位,2009年《財富》全球500強排名,德爾福位於第160位,2014年全球銷售額高達203億美元
客戶群:
通用、大眾、奇瑞、福特、豐田、東風日產、東風標緻和華晨等
上海德科電子儀表有限公司(合資)
德爾福德科電子(蘇州)有限公司(獨資)
德爾福派克電氣系統有限公司(合資)
上海德爾福汽車空調系統有限公司(合資)
上海德爾福汽車門系統有限公司(合資)
德爾福電子(蘇州)有限公司(獨資)
國內主要產品:
車身、安全電子系統、隔熱、傳感器、動力系統、娛樂系統、混合能源系統、燃料電池
4.2 德國
運營模式:整車公司與汽車零部件廠保持相互自由的企業關係,汽車零部件採購不受汽車公司制約。整車企業設計圖紙向零部件企業招標;同時,零部件企業也可自主開發新產品供整車企業選擇,在競爭中推動汽車行業的發展。
羅伯特.博世汽車電子
汽車零部件是博世最大的業務部門,包括:內燃機燃油噴射系統、動力控制外圍設備、主動與被動汽車安全系統、駕駛輔助及其他引導功能、車內信息與通信系統等。
國內主要產品:
剎車片、制動液;濾清器;預熱塞、油嘴、共軌系統噴油器、柱塞、出油閥;大燈、燈泡;電瓶、發電機、起動機、傳動帶;能源系統;喇叭;火花塞;氧傳感器、燃油泵、ECU、點火線圈、空氣流量計;雨刮片;汽車診斷系統
4.3 日本
發展歷程
日本汽車電子發展比中國早近50年,起步階段與中國相似,從核心部件依賴進口、技術水平落後,到逐步趕超發達國家。
運營模式
採取多層次轉包生產體制,汽車企業形成穩定的供應體系和協作網,充分發揮資金和技術優速,構成雙向壟斷模式。
4.4 中國
目前中國汽車電子市場又出現兩個新亮點:新能源汽車電池監控管理系統、服務於汽車下鄉戰略的汽車低成本影音娛樂系統。隨著整車的科技含量逐漸提升,單車所裝備的電子產品不斷增多,汽車電子在汽車成本中所佔比重也有了較大提升,市場空間隨之廣闊。
再次,技術進步為中國汽車電子行業的快速發展打下了堅實的基礎。隨著中國電子信息產業的繁榮,已經發展起來的半導體、軟體、計算機等產業造就了一大批工程師和技術開發人員,為汽車電子行業的發展提供了有利的技術支持。經過近年來「863計劃」電動汽車重大專項的實施和汽車電控系統科研攻關開發活動熱潮的興起,一批整車廠商和科研院所擁有了汽車電子設備和電子控制單元的自主研發能力。此外,通過技術引進和技術合作等方式,中國民族電子產業對國際先進技術和解決方案進行引進消化和再次創新,加之上遊供應商如半導體供應商的積極推動,中國汽車電子行業的技術水平得到了迅速提升。
眾多國際領先的汽車電子廠商紛紛布局中國。如博世(Bosch)、德國大陸(ContinentalAG)、德爾福(Delphi)等國際巨頭已經中國擁有數量眾多的生產基地,而且也在不斷根據市場需求擴大生產規模和增加產品種類。同時民族汽車電子企業依靠成本優勢和靈活的市場策略快速成長起來,在信息娛樂系統、音響系統等產品方面取得長足發展,並配合民族汽車廠商,開發車身電子,動力總成等高附加值產品。國內外汽車電子廠商的迅速發展共同促進了中國汽車電子行業的繁榮。
深圳航盛(註:數據來自網際網路)
航盛電子成立於1993年,註冊資本2.1億元,是國內汽車電子龍頭企業。航盛集團包括深圳航盛和上海分公司、天津分公司、吉林分公司、長春分公司等二級企業10餘家
客戶群:
大眾、日產、三菱、福特、標緻雪鐵龍、菲亞特等
國內主要產品:
車載娛樂系統、車身控制集成系統、新能源汽車電子控制系統、車載安全系列(倒車監視系統、汽車記錄儀、GPS)等
5、龍頭企業加速汽車電子半導體產業布局
汽車電子半導體設計方面,大唐公司與恩智浦公司合資成立大唐恩智浦公司,其產品包括車燈調節器晶片、門驅動晶片和新能源汽車電池管理晶片。其中門驅動晶片是中國汽車電子前裝市場的第一顆國產晶片,也是中國首個符合AEC-Q100行業標準的產品。地圖服務商四維圖新以6億美元收購IC設計企業聯發科旗下的傑發科技公司,主攻車載、車控類汽車電子晶片解決方案。
CMOS圖像傳感器方面,2016年初,國內資本以19億美元收購美國OmniVision公司,使其成為北京豪威科技公司的子公司。2016年7月,北京君正集成電路公司宣布擬以120億元人民幣收購豪威科技公司、6.2億美元收購思比科公司,深度布局CMOS市場。收購完成後,北京君正公司將成為全球第三大CMOS圖像傳感器企業。
新能源汽車IGBT方面,比亞迪是全球新能源汽車的領軍企業,2015年銷售超過6萬輛。公司已布局IGBT全產業鏈,包括晶片設計、晶圓製造、測試、封裝、新能源汽車應用等。旗下比亞迪微電子公司與上海先進半導體製造公司正合作開發IGBT產品。
代工製造方面,中芯國際通過收購義大利LFoundry公司,獲得具有汽車電子半導體產品經驗的8英寸生產線。華虹宏力公司深耕FS-IGBT工藝產品,與多家合作單位推出了600V、1200V、1700V等IGBT器件工藝。
全球汽車電子半導體產業呈現三大特徵
第一,市場佔比穩定,行業集中度提高。
根據Gartner公司的數據,1998年,汽車市場佔全球半導體市場的7%,直至2016年,市場份額僅緩慢增長至9.5%,表明汽車電子半導體市場長期處於穩定發展階段。2016年,全球汽車電子半導體市場規模達到317億美元。
近兩年來,汽車電子半導體行業併購案例頻發。2015年~2016年,全球汽車電子半導體行業共發生10起併購,總金額超過800億美元。2015年末,荷蘭恩智浦公司完成對美國飛思卡爾公司的收購,成為全球第一大汽車電子半導體企業。2016年10月,美國高通公司宣布收購尚處於消化整合階段的NXP公司,進軍汽車電子半導體市場。併購完成後,高通將成為僅次於英特爾和三星的全球第三大半導體公司。2015年汽車電子半導體排名前五的企業銷售額合計超過130億美元,市場份額超過40%。
第二,汽車電子產業特點突出,產業鏈形成強綁定關係。
汽車電子產業鏈具有以下特點:
一是單個汽車廠商對晶片的需求量偏低。單個汽車廠商對單個晶片廠商的需求量遠低於智慧型手機等產品動輒上億顆的市場需求。加之汽車晶片有定製化需求,因此長久以來半導體企業很少與汽車廠商產生直接業務聯繫,大多通過零部件供應商完成產品供應。
二是對產品可靠性和壽命要求極高。汽車的使用環境更接近於工業機械產品,所以汽車電子半導體通常工作在極端溫度、高溼的惡劣環境中,加之汽車對安全事故的零容忍要求,對半導體產品的抗幹擾能力、可靠性和穩定性要求極高。不同於智慧型手機1年左右的升級換代周期,汽車產品更新換代頻率非常低,整車服役壽命接近20年,對半導體企業長周期供貨能力提出了高要求。
三是產品認證周期長、標準嚴格。汽車電子協會(AEC)的AEC-Q100標準和國際標準組織(ISO)的ISO-26262標準對汽車電子的安全性和可靠性有極高要求,半導體廠商獲得相應的認證方能進入汽車產業鏈。
以上特點使得半導體企業、零部件供應商、整車廠商已形成強綁定的供應鏈關係,對新進企業構成堅實的行業壁壘。
第三,汽車價值鏈重構,新進從業者不斷湧現。
網際網路企業探索進入汽車行業。近幾年來,網際網路企業在無人駕駛汽車領域非常活躍,谷歌、百度、優步、阿里巴巴等網際網路企業均宣布了無人車的研發計劃,谷歌和百度等企業已實現了上路實測。谷歌公司在2005年開始無人車研發和測試工作。截至2016年10月,谷歌無人車已行駛超過322萬千米。
消費電子半導體企業進軍汽車電子。汽車電子半導體市場的穩定增長和可觀前景,以及智慧型手機和PC市場增速下滑,使得消費電子半導體企業迫切希望進入汽車電子領域來鞏固其市場地位。高通公司已從汽車製造商獲得大量無線數據機訂單,其支持自動駕駛功能的驍龍車載處理器將於2017年搭載在奧迪公司新車中。2016年,高通收購恩智浦後將成為全球最大汽車電子半導體企業。英特爾於2011年組建車載創新和產品開發中心,提供完整平臺化解決方案,2016年宣布與捷豹公司合作開發車載智能互聯繫統。聯發科於2016年宣布進入車用晶片市場,計劃於2017年第一季度發布首批車用晶片解決方案。英偉達已完全撤出手機市場,憑藉在GPU圖像處理方面的技術積累,專攻ADAS算法晶片,2016年發布了與沃爾沃公司合作的Drive PX2自動駕駛平臺。
6、汽車電子製造質量控制體系
對汽車工業來說,有各種不同的現行質量體系標準要求汽車和卡車行業的各家供應商符合不同客戶的標準,諸如:
QS9000(克來斯勒、福特、通用和某些其他公司所用的)
VDA6.1(大眾和其他德國公司所用的)
EAQF(雷諾和其他法國公司所用的)
AVSQ(義大利公司所用的)
這就意味著一個公司對不同客戶要符合不同的標準。還有公司常常被要求認證通過不同的汽車質量體系標準--最常見的有QS9000和VDA6.1。
未來協調汽車工業不同質量管理體系規範的要求,國際標準化組織(ISO)和國際汽車工作組(IATF)已聯合組織起來編制了一份技術規範ISO/TS16949。這份文件已經在1999年4月15日正式頒發了。它是以1994版ISO9001為基礎的一份ISO現行汽車質量體系標準。該文件是作為ISO的技術規範(ISO/TS)出版的。
由於這份規範並沒有和現行在改版的ISO9001標準相協調,所以決定要對ISO/TS16949進行修改,以便和2000版的ISO9001相一致。
ISO/TS 16949:2002是美國AIAG、德國VDA-QMC、法國CCFA/FIEV、義大利ANFIA、英國SMMT、日本JAMA、ISO/TC176的聯合編制。
「ISO/TS16949是由國際汽車特別工作組(IATF)、ISO/TS 176,質量管理和質量保證,及其分委員會的代表一起起草的一種ISO技術規範。應用ISO9001:2000時的具體要求已融入了ISO/TS 16949.
此規範與ISO 9001:2000的結構相同,增加的附加要求源於以下文件:
-QS-9000質量體系要求,第三版
-VDA6,第一部分,質量體系審核
-AVSQ』94應用指南
-供應商質量表現評估(EAQF 94)
6.1 用途
規定了汽車行業質量管理體系的要求
對可能有顧客規定要求的應用進行了認可
旨在避免重複認證審核
為質量管理提供了一個汽車行業共同的方法
6.2 審核範圍
本技術規範與ISO9001:2000相結合,規定了汽車相關產品的設計、開發、生產、安裝與服務的質量體系要求。
本技術規範適用於組織的顧客要求的生產件或服務件的製造現場。
本技術規範也可應用於整個汽車供應鏈。
註:「外部場所」例如設計中心,公司總部和配送中心等應作為支持性現場被審核,其不能按本技術規範單獨被認證。
6.3 、質量管理體系的五大工具
APQP產品質量先期策劃和控制計劃:通俗的講就是對產品設計和開發進行控制。
FMEA:潛在失效模式及後果分析(Potential Failure Mode and Effect Analysis)是一門事前預防的定性分析技術,自設計階段開始,就通過分析,預測設計過程中潛在的失效,研究失效的原因及其後果,並採取必要的預防措施,以避免或減少這些潛在的失效,從而提高產品、過程的可靠性。它是從可靠性的角度對所做的設計、過程進行分析評價。AIAG(美國汽車工業行動集團)的《潛在失效模式及後果分析》手冊主要從設計FEMA(DFEMA)和過程FEMA(PFEMA)兩個方面講述FEMA。
PPAP生產件批准程序:(Production Part Approval Process),生產件批准程序PPAP是樣件試驗完成通過之後,正式批量投產供貨之前的一個環節。其目的是驗證由正式生產狀態下的設備、工裝、過程所製造出的產品能否符合顧客所需的技術標準、供貨能力並具有持續滿足這些要求的潛在能力。PPAP對外證實能力,對內尋求持續改進的機會。
SPC統計過程控制:是一種藉助數理統計方法的過程控制工具。它對生產過程進行分析評價,根據反饋信息及時發現系統性因素出現的徵兆,並採取措施消除其影響,使過程維持在僅受隨機性因素影響的受控狀態,以達到控制質量的目的。
MSA測量系統分析:「用數據說話」是質量管理最重要的原則之一。MSA是對測量系統進行有效監管的重要手段。應用MSA技術,通過研究測量系統產生的變差,計算這些變差對測量結果影響的程度,進而得出測量系統是否有能力滿足測量要求的結論。