7月30日晚，在納斯達克的一片哀鴻遍野中，“理想”汽車以11.5美元公開發(fā)行。
至此，除了蔚來，美國投資者開始一睹中國汽車業(yè)的“理想”。
事實上，自特斯拉對汽車乘用體驗顛覆之后，中國新造車者們就被寄予厚望。在此前的募資中，中國造車新勢力的“理想”備受國際投資者青睞，獲得足額認購并提前結束。
消費者看到的，是越來越簡潔的中控臺;投資者看到的，是越來越高的單月產量……而在這背后，看不到的，是另一段汽車電子架構研發(fā)的向死而生。
01
不可承受之重
1994年，奧迪在日內瓦車展上正式發(fā)布首款大型豪華轎車——第一代奧迪A8。彼時，還沒有被奉為“燈廠”的奧迪，造出來的豪華轎車上安裝的車燈方方正正、進氣格柵方方正正，和一個更加方方正正的全鋁車身。
后來的八年里，奧迪一共賣出了10萬輛A8轎車，這僅僅是中國人民熟知的“方頭大奔”(奔馳S級W220)一年的銷量。
當消費者被全鋁車身、V8發(fā)動機吸引來的眼球移向中控時，他們重新想起了被桑塔納支配的恐懼。
▼ 第一代奧迪A8內飾
數據來源：太平洋汽車網，國泰君安證券研究
大面積的木紋裝飾是德國人面對豪華做出的最后妥協，奧迪的工程師試圖通過數十個拇指大的按鈕來標榜自己作為豪華車的功能豐富。
除此之外，車上有5個ECU，主要用于控制發(fā)動機。
簡單來說，ECU就是車輛專用的電子控制器。每個車載功能對應一個或多個ECU，比如加熱裝置ECU、多媒體系統ECU等等。在汽車電子化的初期，只有少量ECU被應用于汽車，這些分散的ECU構成了車輛的電子電氣架構。
▼ 大眾品牌汽車整車ECU數量超過70個
來源：Kingslayer，國泰君安證券研究
奧迪深知第一代A8 沒有真正打動對出行品質要求日益提高的富裕階層。2002年，第二代奧迪A8來了。
▼ 第二代奧迪A8內飾
來源：太平洋汽車網，國泰君安證券研究
衛(wèi)星導航、分區(qū)自動空調和一整套主動安全系統幫助A8成功躋身全球旗艦豪華車型行列，與奔馳寶馬并稱BBA，成為德系豪華乘用車代表。
但是奧迪汽車的電氣工程團隊，此刻卻是鴨子劃水。
第二代奧迪A8的娛樂系統，是后來沿用十余年的多媒體交互系統MMI：這輛旗艦轎車上的音響、影音播放、導航等一眾娛樂系統，都可以通過中控的旋鈕和手寫板進行操作。即便到現在，車企開始將越來越大的屏幕搬進車內，MMI仍然是許多車主心中最方便的娛樂交互體驗。
顯然，這不是第一代A8車上5個ECU可以實現的。隨著汽車功能的不斷創(chuàng)新和升級，ECU數量急劇增多。越來越多的電子裝置和線束給汽車裝配帶來不小困難。
事實上，此時一輛A8車內的ECU已經超過數百個。集中化電子電氣架構成為為數不多的解決方案。
DCU域控制器(Domain Control Unit)的概念應運而生。
▼DCU連接ECU將功能按照域進行劃分
來源：2018年自動駕駛實現層級深度分析報告，國泰君安證券研究
在DCU模式下，汽車功能被劃分不同領域，例如：動力總成、車輛安全、車身電子智能座艙和智能駕駛等，隨后使用更強大的處理芯片控制域內功能對應的ECU。整個架構取代了原先的分布式架構，更加集中化。
▼ 部分車企將ECU進行域的劃分
來源：Bosch，國泰君安證券研究
人們的需求遠不止如此，除了讓駕駛充滿樂趣，人們當然還希望手中的方向盤更懂自己——這也是為什么自動駕駛從上世紀九十年代就成為科幻片中的情節(jié)標配。
在現實生活中，自動駕駛技術，即車輛按人的指令自動完成駕駛任務。這項技術需要通過攝像頭、各種雷達設備、導航系統和各種傳感器聯動來感知周圍環(huán)境。在此基礎之上，為了使車輛按預定軌跡前進，還需要精準定位、車聯網通信以及傳感器的復雜運算相結合，而DCU已經不足以支持這一切。
MDC多域控制器(Multi Domain Controller)被創(chuàng)造，用于處理大量數據和進行復雜邏輯運算。MDC的邏輯是通過一塊ECU來接入不同的傳感器得到的數據，對其進行分析，最終發(fā)出控制的指令。與DCU不同的是，DCU是單一模塊的域控制器，其對接的傳感器是按照功能進行劃分的，而MDC中一塊ECU會接觸不同功能的傳感器。
▼MDC連接傳統意義下不同功能的傳感器
來源：2018年自動駕駛實現層級深度分析報告，國泰君安證券研究
目前市場中大部分車企都已普遍使用MDC。2018年第四代奧迪A8成為第一款配置L3自動駕駛系統的汽車。它可以在堵車場景下(車速60km/h以下)自行控制車輛轉向、加速和制動。L3自動駕駛指的是脫離手腳控制下的安全行駛，駕駛員只需在系統無法控制的情況下接管。它是當下車企研發(fā)所能達到的最高級別的自動駕駛。
02
從分散，向集成
麥肯錫在2018年發(fā)布的報告中，將汽車電子電氣架構分為5個階段。其中大部分汽車制造商處于由DCU 為主的第三代架構向MDC為主的第四代架構。
▼ 目前大部分廠商處于麥肯錫E/E架構中
第三代到第四代過渡的階段
數據來源：麥肯錫《汽車軟件與電子2030》，國泰君安證券研究
變革的前三個階段分別對應ECU、DCU、MDC主導的三個階段。目前大部分車企處于第三代E/E分布式體系并向第四代集中化體系邁步。
盡管通過奧迪A8的迭代我們可以看到車企未來的發(fā)展方向和他們?yōu)橹冻龅呐Γ欢咛厮估呀浳挥贓/E架構變革的第四代，并向第五代：大型智能終端不斷探索。
▼Model 3實現向多域控制器階段的轉變
數據來源：特斯拉中文網(冷酷的冬瓜)，國泰君安證券研究
早在2014年，特斯拉就為所有出廠的Model S和后續(xù)車輛配置Autopilot自動駕駛功能(L2.5自動駕駛)。Model S和后續(xù)車型的推出給予了人們對未來智能化汽車的自由暢想。
沒有了傳統的儀表盤，沒有了繁雜的按鍵，取而代之的是一塊17英寸的豪華大屏幕，比常見的單人枕頭還要長。只需要輕輕點擊即可查看駕駛信息和使用各種功能。美國《消費者報告》稱“駕駛這款汽車像使用iPad一樣方便。”
這也為車內的電氣架構提出了新的考驗：從Model S的明顯域劃分概念，到Model 3真正實現多域控制，特斯拉電子電氣架構實現了前所未有的高集成度。除此之外，Model 3還采取了諸多創(chuàng)新技術：
Model 3四大控制器：AICM(輔助駕駛及娛樂控制模塊)、BCM RH(右車身控制器)、BCM LH(左車身控制器)以及BCM FH(前車身控制器)控制著整輛車幾乎所有功能。
左、右、前車身控制器在印刷電路板上的元件鋪貼密度非常高，一塊印刷電路板上設計了多顆控制器;而在功能上除了核心控制器之外的的子控制器功能更加標準化，實現了軟硬件分離，特斯拉自研的控制器比例超過50%;在形狀上Model 3車身控制器的形狀并不是傳統的規(guī)則方形，而是根據控制器所需的高度和面積來決定形狀。
▼Model 3車身控制器的形狀不規(guī)則
數據來源：特斯拉中文網(汽車小將)，國泰君安證券研究
去保險絲化和去繼電器化
除了電池內部控制器外，已經將繼電器和可熔斷保險全部換成了車身控制內集成的電子保險絲盒。采用電子保險絲盒可以更加可靠地控制每個控制器的供電，并對ECU的用電情況進行檢測，在必要時對特定ECU進行供電或斷電處理。
使用X86架構和自造Linux操作系統
輔助駕駛及娛樂控制模塊(AICM)搭載了Intel公司的Atom A3950處理器，集成了NXP公司的QorIQ芯片，在性能上有著非常大的優(yōu)勢。
Atom A3950使用的X86架構可以更好的處理復雜、龐大的指令。它的軟件配套、開發(fā)工具的配套及兼容等工作已十分成熟。
QorIQ芯片負責車內子系統的通信互聯和配置管理，實現邊緣設備與云之間無縫且安全的數據流動。
Atom A3950平臺上運行的是特斯拉自己打造的車載Linux系統，使用的軟件80%以上為特斯拉自己開發(fā)，保障了特斯拉在軟件上絕對控制地位。
車載線束總長度降至1.5千米
一輛汽車的內部線束總長度可以超過數千米。線束長度其實是衡量這輛車電子化水平的指標。車輛電子化程度越高，一般意味著車內有更多的電子元件和更多的線束，相應整車重量也會增加。
特斯拉成功的做到了在有限的車內空間和車載重量范圍內，使用更少的線束完成盡可能多的元件連接。Model 3的車載線束總長度與先前車型相比，從3千米降至1.5千米，極大減輕了整車重量。
傳統車企一開始對特斯拉的嘲笑、不屑和觀望，到頭來都變成了在Model 3面前的手忙腳亂。
乘用車行業(yè)面對的是消費者對于駕乘體驗、操控樂趣、道路安全全方位的無限需求，惟有加快研發(fā)速度，搶占高進入壁壘的市場份額并以此獲得先發(fā)優(yōu)勢，才能保持現有的競爭格局。
03
決戰(zhàn)云端
預計2020-2030年軟件與電子電氣架構市場規(guī)模復合增速為7%，動力系統2020-2030年市場規(guī)模復合增速為15%。
▼ 汽車軟件與E/E架構市場
數據來源：麥肯錫《汽車軟件與電子2030》，國泰君安證券研究
E/E架構變革的進程與車載以太網的發(fā)展息息相關。以太網為汽車信號傳輸的高速率和高帶寬提供保障。
以太網聽上去與互聯網相似，但它其實是一種計算機局域網技術，通常設備間以線纜相連接構成封閉的內部網絡。而互聯網則是計算機網絡的總稱，是一個世界范圍的廣域網。
以太網為交換機式(Switched Network)通信方式，網絡中存在終端節(jié)點和交換機節(jié)點，所有終端節(jié)點都需要經過交換機節(jié)點的轉發(fā)才能進行通訊。終端節(jié)點有且只有一個以太網端口，而一個交換機節(jié)點有多個以太網端口。以太網能夠提供更高的帶寬和交換網絡，具有非常強大的通信能力。以太網以一對一或一對多兩種方式進行通信，一對一的方式中發(fā)送節(jié)點的報文中涵蓋自己和一個接收節(jié)點的地址;一對多的方式中發(fā)送節(jié)點的報文中涵蓋自己和多個接收節(jié)點的地址。二者都不影響其他節(jié)點的通信。
▼ 以太網以交換機式通信方式進行信息收發(fā)
數據來源：車載網絡雜談，國泰君安證券研究
可以預見的是，隨著更復雜的車載功能上線，一方面，對以太網端口數量的需求會越來越大;另一方面，為了實現車內體驗VR，看電影等對設備要求更高的視聽娛樂活動，對大帶寬的需求也會十分迫切。
▼ 隨著車載功能的增加以太網端口數量也在快速增長
數據來源：微信公眾號 筋斗云與自動駕駛，國泰君安證券研究
軟件開發(fā)與熱更新是E/E架構變革的另一個重要因素。
面向服務的軟件架構SOA(Service Oriented Architecture)將成為未來汽車領域“軟件定義汽車”的技術基礎。軟件定義汽車代表了軟件帶動汽車技術革新和促進汽車產品差異化的趨勢，是汽車智能化與信息化的基礎。
SOA架構下，應用程序的組件和功能沒有被強制綁定，應用程序的不同組件和功能于結構的聯系并不緊密。好處在于應用程序服務的內部結構和實現逐漸改變時，軟件架構不會受到過大的影響。
▼SOA一定程度上實現
軟件和硬件的分離
數據來源：聯合電子，國泰君安證券研究
熱更新技術保證軟件開發(fā)后的即時更新與應用。熱更新，即車輛軟件系統的即時更新。廠商遠程對車輛進行軟件的升級和更新，如同手機升級系統一樣方便快捷。
04
E/E變革背后的組件市場機會
在一輛2019年出廠的傳統燃油車上，汽車電子產品的成本約為3145美元。到了2025年，這一數字預計將上升至7030美元。汽車電子器件占全部物料零件成本比例也將從16%提升至35%。
增加的部分中，925美元屬于自動駕駛，主要器件為傳感器;725美元屬于數字化，主要器件為汽車電子架構;另外的2235美元屬于電氣化，主要器件為電驅、車載充電器、轉換器和動力系統逆變器。
▼ 汽車電子器件BOM成本占比
由16%提升至35%
數據來源：羅蘭貝格，國泰君安證券研究
5G商用腳步漸近，整車制造企業(yè)、互聯網巨頭、電信硬件制造商、傳統汽車零部件制造商正在使出渾身解數，意圖憑借自主研發(fā)芯片和系統打造應用生態(tài)。
電子電氣架構的變革將同步影響組件市場。DCU、ECU、傳感器及其他電子器件市場將進一步發(fā)展為更加成熟和獨立的市場。
汽車軟件和E/E架構組件市場正處于快速擴張階段。2020年，軟件與E/E架構組件市場規(guī)模達2380億美元，其中ECU/DCU市場規(guī)模達920億美元，占比接近40%。
▼軟件與電子電氣架構
市場規(guī)模呈上升趨勢
數據來源：麥肯錫《汽車軟件與電子2030》，國泰君安證券研究
05
結 語
我們在《關于中國乘用車行業(yè)下一個十年的四個關鍵判斷》中，將“中國新能源車企將從先發(fā)優(yōu)勢進化為技術優(yōu)勢”作為一個關鍵判斷。
擁有成熟的產業(yè)鏈、良好互聯網使用習慣的消費者、具備創(chuàng)新意識的整車廠……當汽車從交通工具變身智能終端，在不愿錯過下一個特斯拉的投資者眼中，中國車企顯然是下一個完美的候選。
未來十年，中國車企和背后的龐大產業(yè)鏈能否共鳴出新的驚喜，值得市場期待。
