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中国制造2025:汽车产业将全面升级与重塑

  当前,我国正推进以《中国制造2025》为核心的制造业转型升级计划。在近日中国汽车工业协会发布的《十三五汽车工业发展规划意见》中,明确提出积极发展智能网联汽车是中国汽车工业的发展目标之一。那么,发展智能汽车对中国汽车业乃至制造业的意义是什么?我国在发展智能汽车上有哪些需要注意的问题?本文从市场化应用、汽车产品、汽车产业三个维度探讨智能汽车产业和技术的发展趋势,着重探讨我国智能汽车的现状与趋势、发展战略、实施路径等,诠释发展智能汽车对《中国制造2025》的战略支撑作用。

  今年是我国十三五的开局之年,也是《中国制造2025》全面实施之年。《中国制造2025》是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领,将推动并指引我国由制造大国向制造强国转变。它指出,新一代信息技术与制造业的深度融合,正在引发影响深远的产业变革,形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点。汽车行业是《中国制造2025》实施的十大重点领域之一,而智能汽车是实施《中国制造2025》和两化(信息化和工业化)融合战略的重要支撑,代表着汽车产业转型升级的方向。

  一、智能汽车的概念及体系架构

  1、智能汽车的概念及分类。

  智能汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,融合现代通信与网络技术,实现车与X(人、车、路、云等)智能信息交换和共享,使车辆具备复杂环境感知、智能化决策、协同控制功能,能综合实现安全、节能、环保、舒适行驶,逐步替代人操作的新一代汽车。

  按照技术路线的不同,智能汽车可分为自主式和网联式两大类。自主式智能汽车仅依靠摄像、雷达等车载传感器感知车辆周边环境,并由车辆自身的计算设备决策、控制车辆行为;网联式智能汽车通过通信与网络技术获取周边车辆与环境信息,并由车载控制器及云端平台共同进行决策,以实现各交通要素间的信息共享与控制协同。

  2、智能汽车与智能交通系统、车联网的关系。

  智能汽车与智能交通系统、车联网之间关系紧密,具体如下图所示。

  智能汽车属于智能交通系统的重要组成部分,三者之间有交集,分别是智能网联汽车、协同式智能交通管理系统与信息服务。此外,车联网还能为驾乘人员提供丰富的车载信息服务,并服务于汽车智能制造、电商、后市场、保险等各个环节。

  唯有充分互联基础上的信息实时交互、大数据分析与高速云计算,才能保障智能汽车真正拥有充分的智能。因此,互联是智能汽车逐步发展完善的必然方向。事实上,智能汽车从自主式开始起步,目前正逐步向自主式+网联式相融合的智能网联汽车方向发展,这也是智能汽车、智能交通系统、车联网三者的交集。

  新一轮科技革命的核心就是互联网将以前所未有的广度和深度融入人类社会的方方面面,形成包括传统互联网(即人与人联网)、物联网、业联网等在内的万物互联新时代。智能网联汽车就是新一代信息技术与汽车产业深度融合的产物,它不仅将成为物联网不可或缺的组成部分,更有可能构成电脑和手机之外的全新智能网联终端,使人类出行更安全、节能、环保、智能。

  二、发展智能汽车对我国制造业升级具有战略意义

  1、智能汽车将为中国建设制造强国、实现智能制造提供强有力的战略支撑。

  在新一轮科技革命的浪潮下,全球制造业向大规模定制化生产即智能制造的方向全面升级的态势日趋明显,为此各国纷纷制定转型战略。其中,德国的工业4.0最具代表性,它以德国汽车产业为主体,其目标是构建由数据驱动的互联互动的智能制造体系。

  顺应世界潮流,《中国制造2025》明确提出信息化与工业化深度融合,以谋求在新的历史机遇期,加快发展并最终实现制造强国的战略目标。在新常态下,中国经济的可持续健康发展必须紧紧依靠实体经济,在这个意义上中国制造业的转型升级势在必行。

  新一轮科技变革背景下的汽车产业转型升级,将是汽车制造和汽车产品两个体系并行互动、同步实现智能化的过程。也就是说,汽车智造将与智能汽车互为依托、互相促进,共同支撑汽车产业迈上未来全新的智能境界。一方面,智能制造将为智能汽车的实现提供支撑;另一方面,智能汽车的使用者也将成为大规模定制化生产的需求端,他们能与企业直接对话,使C2B成为主流模式,从而推动汽车产业向智能制造转型升级。

  因此,智能汽车不仅仅是新一代汽车产品,也是个性化需求和数据的收集终端和交互平台,更是全新的智能制造体系及产业价值链的核心环节,其快速有效发展将为中国汽车产业乃至整个制造业的转型升级提供战略支撑。

  2、作为智能制造和互联网+的产物,智能汽车将引领汽车产业生态及商业模式的全面升级与重塑。

  在以往历次工业革命中,汽车产业及产品都是技术进步的重要应用载体,在智能制造时代也同样如此。未来的汽车将从配备电子的机械产品,向配备机械的电子产品转变,成为可以安全、舒适、便捷移动的智能互联终端,即实现车辆的全面智能化、网联化。同时,汽车产业庞大的用户群体、多种多样的使用环境,也将衍生出具有重要商业价值的大数据,从而影响产业链条的重组、价值实现方式的转变和商业模式的创新。

  由此,整个汽车产业将发生空前深度和广度的变化:传统的汽车设计、制造、销售、使用、售后、维护和管理模式很有可能被颠覆,新模式下将有无穷多种可能。在这一巨变过程中,智能汽车作为未来的汽车产品形态,将处于中间枢纽和核心环节的地位。

  针对汽车共享模式的探索,具有自动驾驶能力的智能汽车才有可能使全天候的汽车共享成为可能,实现汽车使用的理想主义:即无需拥有、按需使用、随用随叫、随用随还。这种轻拥有、重使用的新型汽车文化将显著提高汽车的利用率,使得兼顾百姓用车需求和节约型汽车社会成为可能。因此,智能汽车不仅是汽车产品的未来形态,更将引领汽车产业生态及商业模式的全面升级与重塑。

  3、在互联网+时代,智能汽车更能代表未来汽车产业技术的发展方向和战略制高点。

  当前业界普遍认为电动化(以节能与新能源为方向)、网联化(以互联、交互等为代表)、智能化是未来汽车技术的发展方向,新能源汽车和智能汽车将成为中国汽车产业未来发展的两大战略机遇。

  笔者认为,智能网联化更能代表未来汽车技术的发展方向和战略制高点,智能汽车可能是更大的机遇。与只涉及动力问题的新能源汽车相比,智能汽车是未来智能制造模式下的产物,代表着汽车设计开发、生产制造、销售及服务等各个环节的根本性变革和汽车产品形态的全面升级。同时,两者的有效结合也将产生相互促进的积极作用,例如在汽车智能技术及智能交通系统的支持下,新能源汽车可以更好地控制续驶里程及充电时机,为解决里程焦虑问题提供新的方案。

  此外,智能网联汽车还将为汽车产业有效解决能源和环保问题提供全新可能,在未来城市智能交通体系建设中发挥关键作用。有研究表明,车辆智能运行状态下的油耗及排放控制优化可以降低10%的油耗及排放,智能驾驶辅助技术可以减少50%~80%的道路交通安全事故,智能网联还将提升和促进新能源车辆的使用、显著提高汽车利用率等。

  三、国内外智能汽车产业和技术发展现状

  1、美国、欧洲、日本在智能汽车领域呈三足鼎立之势。

  世界汽车强国发展智能汽车,基本是从上世纪90年代初开始,以提高出行安全和行车效率为主要目的,以传感技术、信息处理、通信技术、智能控制为核心。目前车路和车车协同系统、高度自动驾驶已成为现阶段各国发展的重点,也是市场竞争制胜的热点。

  从发展模式看,美国、欧洲、日本智能汽车技术的发展主要由政府推动,尤其是与网联化相关的领域,政府从交通环境构建的角度,为智能汽车发展和快速应用建立了良好环境。比如美国的《ITS战略计划2015-2019》明确了从ITS战略升级为网联化和智能化的双重发展战略,在美国交通部递交国会的报告中提出到2040年,要使90%的车辆安装V2X通信系统;欧盟2014年启动Horizon 2020研究计划,全面支持新一代ITS与智能汽车发展;日本内阁府2014年牵头实施自动驾驶汽车研发国家战略创新项目,提出到2030年普及全自动驾驶汽车的目标。

  从技术演变看,随着通信技术、电子控制技术、人工智能技术的快速发展,车辆网联化、智能化从上个世纪的独立研究,逐渐走向融合型研究与应用。其中,美国在智能驾驶决策和控制技术及网联化方面处于领先地位,标准、新技术研发、关键芯片、产品开发、通信应用等基本形成了比较成熟的体系,在智能汽车产业链的上、中、下游均有成熟的供应商及产品,具有很强的国际竞争力。美国的谷歌、苹果等IT企业充分发挥自身优势,积极投身自动驾驶汽车开发,并复制在智能手机领域的成功经验,利用移动操作系统的技术优势,打造车辆网联平台,延展和形成新的移动互联生态圈。欧洲整车企业宝马、大众、沃尔沃、奔驰,零部件集成供应商博世、大陆、法雷奥、奥托立夫等在智能汽车领域均有很强的国际竞争力。日本大力推广智能安全技术,在智能安全技术的应用上较为领先。

  从产业发展水平看,目前美国、欧洲、日本在智能汽车领域已形成三足鼎立的局面。美国重点在网联化,形成了基于车-X通信的网联化汽车产业化能力;欧洲具有世界领先的汽车电子零部件供应商和整车企业,自主式自动驾驶技术相对领先;日本交通设施基础较好,自动驾驶方面技术水平在稳步推进。

  2、我国正在快速推进智能汽车发展。

  在我国,工信部、科技部、交通部、国家自然科学基金委员会以及地方政府等都以不同方式支持智能汽车的发展。从2011年开始,工信部连续多年发布物联网专项,智能网联汽车是重点支持领域之一;科技部在车路协同、车联网等方面已进行多个863计划的国家立项和政策支持,并在十三五期间设立了智能电动汽车国家重点研发计划课题;交通部要求两客一危车辆和货运车辆必须安装符合规定的车联网终端并上报数据,已形成全国联网的大型交通管理平台。而从2009年开始,国家自然科学基金委员会就定期举办智能车未来挑战赛,以推动我国无人驾驶技术进步。

  国内整车企业主要通过与高校及科研院所合作,以智能汽车技术的跟进为主,并未进行太多自主研发,其配备的先进驾驶辅助系统(ADAS)产品大多来自成熟市场。比如长安汽车和清华大学从2011年开始开展车路协同技术应用研究、一汽集团2014年基于红旗轿车推出智能驾驶技术演示样车等。

  近两年,我国互联网企业纷纷进军汽车行业,但更多涉足于智能汽车的舒适和服务领域,例如阿里与上汽合作打造面向未来的互联网汽车及其生态圈,百度推出无人驾驶技术演示样车,博泰、乐视等企业推出互联网概念汽车等。

  四、智能汽车产业和技术发展趋势

  智能汽车是汽车产品的未来形态及汽车技术发展的制高点,是一种可移动的互联智能终端,是城市智能交通系统的重要环节,是构建绿色汽车社会的核心要素,也是未来汽车产业转型升级以及产业生态与价值链条重塑的关键所在。同时,智能汽车为解决道路交通安全、燃油消耗、环境污染、道路交通拥堵这四大汽车社会难题提供了可能。

  1、从市场层面看,自主式辅助驾驶系统已得到普遍应用,高速公路自动驾驶(三级)即将量产,网联式V2X技术接近商业化应用。

  目前,智能驾驶一级技术已在主流车企得到普遍应用,并成为市场竞争的重要手段,而且ADAS一级技术逐渐从豪华车向C级车、B级车、A级车延伸。奔驰、宝马等世界一流汽车企业已实现了智能驾驶二级技术的商业化应用,如带走停功能和车道自动居中功能的集成式自适应巡航。同时,智能驾驶三级技术也越来越接近商业化应用。

  在网联式V2X技术方面,美国在密歇根州安娜堡市开展了智能网联汽车的大规模示范测试,这直接推动了美国政府宣布将强制安装车-车通信系统以提高行驶安全的决定,也确定了美国在车联网技术发展与标准制定领域的世界领导地位。在欧洲,通过德国、荷兰、奥地利的C-ITS走廊项目,在连接三国的高速公路上建立了智能汽车示范走廊,探索和搭建区域合作的ITS与智能汽车发展模式;此外,法国SCOOP项目计划在2016年装备3000辆车,改造2000公里道路,形成国家层面的智能汽车示范运营。需要特别指出的是,美国、欧洲、日本等汽车发达国家和地区在智能网联汽车的重要时间节点日趋一致,已开始通过各类组织形成联盟关系,试图构建统一的行业标准,这表明网联式V2X技术越来越接近商业化应用。

  2、从产品层面看,随着自主式和网联式辅助驾驶技术的产品化应用,汽车本身的结构将产生巨大变化。

  首先是汽车本身的电子电器架构(E-E架构)将发生根本性变化。与传统汽车相比,未来的智能网联汽车将是由环境感知层、中央决策层、执行层组成的端-管-云架构,通信(4G/5G、专用短程通信技术DSRC)、综合信息服务平台将成为该架构的重要组成部分。这就使得汽车本身的电子电器架构将发生根本性变化,智能汽车将成为一种可移动的互联智能终端。其中,环境感知层不仅包括车载高性能传感器,还包括功能强大的通讯控制器,通过DSRC、蜂窝通信、GNSS进行V2X通信和精确定位;中央决策系统将具备接收各类车载传感器、V2X通信装置的信息并处理、对相应的人机交互终端或执行机构发出控制指令的功能;在执行器方面,转向EPS、制动和电子稳定系统ESP将具备越来越多的冗余设计,未来将向线控方向发展,以确保即便产生故障,也能保持基本功能。

  其次,未来智能汽车的信息安全将成为重要考量。智能汽车作为一种可移动的互联智能终端,在给人类带来方便的同时,也面临着信息通信和数据安全方面的严峻挑战。未来的智能汽车将具备功能强大的通讯控制器网关、多源信息融合处理中央网关等,以及V2X通信PKI证书体系等,以确保信息通信和数据安全,防止黑客攻击。

  第三,未来智能汽车的验证体系将面临严峻挑战。传统汽车的验证体系将难以适应未来智能汽车的要求,其验证强度、复杂度将急剧增加。日本的研究表明,未来智能汽车的验证成本可能会以106到107的数量级增加。以中国为例,一方面,中国道路环境复杂度高,全天候、全路况、对人的感知等均对智能汽车的验证提出了更高要求。以AEB(自动紧急制动)测试为例,18万公里的测试里程需综合考虑不同天气、道路、路况、目标、地域,并形成1000种以上场景组合,同时还需与传统测试项目相叠加。另一方面,V2X还没有统一的标准规范,其通信要求高可靠、低延时、抗干扰,还要考虑各种复杂道路场景的组合,需进行大规模示范运行测试。

  3、从产业层面看,随着新一代信息通信技术和互联网技术与汽车产业的深度融合,未来汽车产业形态和商业模式将发生巨大变化。

  首先,随着汽车与信息通信、互联网、电子等产业的深度融合,汽车产业的边界扩展巨大,产业链不断延伸。从上游的元器件、芯片、传感器、车载操作系统等,到中游的通信设备、交通基础设施、智能车载设备等,再到下游的通信服务、平台运营、内容提供等,智能汽车的产业链不断延伸,麦肯锡预估其在2025年的潜在经济影响将高达2000亿~1.9万亿美元。

  其次,智能汽车产品与智能制造并行互动、互相促进,将推动未来汽车产业形态和商业模式发生巨大变化。运用车联网技术及大数据分析,可以不断优化产品全生命周期的设计标准规范,形成消费者需求驱动的研发模式,促进大规模定制化生产;利用车联网技术与大数据分析,建立汽车供应链协同商务平台,缩短从订单到交付的周期,提高智能制造效率,降低运营成本;推动汽车电子供应链的平台化和网络化,实现汽车电子固件和软件的远程管理、更新和适配;通过发展面向行业的大数据信息服务和应用开发,在汽车维修及保养、汽车保险、二手车交易、汽车共享等方面不断创新商业模式。

  五、我国发展智能汽车优势和劣势并存

  1、核心技术与世界先进水平差距较大。

  在发展智能汽车上,我国有两大劣势。一是传统汽车产业与国际先进水平有较大差距。必须明确指出的是,智能汽车依然是汽车产品,造好传统汽车是造好智能汽车的前提和基础,正如造好电池、电机不等于就能造好电动汽车一样,拥有一些智能互联技术或平台也不等于就能造好智能网联汽车。目前,我国制造业大体上处于工业2.0到3.0之间的水准,不能直接支撑向4.0的跃升。我国还没有世界级的汽车品牌和整车企业,质量控制能力和基础研发能力不足;本土供应商实力大多有限,产业链条上存在关键缺失;与汽车产业紧密相关的基础工业水平存在严重不足。

  二是我国智能汽车领域的基础技术还十分薄弱,核心技术落后于世界先进水平。从智能汽车产业链的基础技术看,在芯片、摄像和雷达等传感器、车载系统、自主式ADAS等方面,核心技术与产品主要被国外企业掌握,我国仅在信息通信领域拥有较强实力。而且目前信息通信、互联网行业与汽车行业的交流合作尚停留在信息服务和后市场等领域,未能深入到汽车智能化控制的层次。

  从车联网V2X技术方面看,美国、欧洲、日本等汽车发达国家和地区形成了以802.11p为主的接入技术,在通信频谱方面有分配和预留,基本完成了V2X通信及控制的大规模道路测试评价,已接近商业化应用。与之相比,我国的LTE-V才刚刚起步,对通信频谱和通信安全尚未考虑,V2X示范运行区刚刚开始建设,差距较大。如果说在新能源技术方面中国的起步基本与国际同步,那么在智能网联技术方面,我国与国际先进水平相比仍相对落后。若不能在产业新格局形成阶段介入其中,不仅不能缩短差距,更有进一步落后的风险。

  2、在市场和产业基础上具独特优势。

  在看到差距的同时,也要认识到我国在智能汽车发展上面临前所未有的历史机遇,主要拥有三方面突出优势。

  一是我国拥有全球最大的汽车市场,应发挥重要的引领作用。中国汽车市场目前已达年产销2450万辆的规模,而且未来仍有不小的发展空间。庞大的汽车市场、不断升级的法规标准、差异化明显的消费群体,这些都将促使国际车企加大在中国的本土化研发,并将为中国市场打造的产品推向全球。在这种趋势下,中国可充分利用市场的引领作用,制定具有中国特色的智能汽车标准体系,从而赢得未来较量的宝贵话语权。

  二是我国工业体系完备,自主品牌乘用车逐步夯实了汽车产业的发展基础。中国既是全球第一制造大国,也是具有齐全门类的现代工业体系国家。经过二十余年的发展,自主品牌车企在产品品质和竞争力上有了很大提升,在研发方面也基本完成由逆向模仿为主向正向设计为主的转变,这为后续发展智能汽车奠定了坚实的基础。

  三是中国拥有较为强大的信息产业,具备大力发展智能汽车的关联产业基础。全球知名的互联网公司主要分布在美国和中国,这一优势连德国、日本也不具备。中国网民数量众多,语言文化自成一极,不仅为自身开展互联网+提供了有利的基础条件,也加大了外国企业在中国竞争的屏障效果。同时中国在通信等行业拥有一批具有世界影响力的企业,如华为、大唐等,掌握了国际先进技术及标准的话语权。此外,我国独立于GPS之外的北斗卫星定位系统,也在国家战略层面上确保智能网联汽车不会受制于人。

  六、对我国发展智能汽车的建议

  发展智能汽车是一项涉及面广泛、极其复杂的系统工程,绝非依靠某一家汽车企业或互联网企业就能简单实现,它需要国家、行业、企业乃至社会各方合理分工、有效互动、通力协作。

  1、做好顶层设计和路线图,分步推进实施。

  首先,要充分认识并肯定发展智能汽车的重要战略意义,站在国家高度做好顶层设计,明确2025年前各阶段的市场应用和社会效益目标,坚定不移地分步实施,引领中国汽车产业乃至整个制造业的转型升级。再则,要明确需要政府牵头解决的重大问题并切实付诸行动,包括统一的标准和法规体系建设、智能汽车产业链上重点企业的培育、相关产业与技术领域的协同引导,以及站在未来社会发展规划的角度统一设计智能交通体系与智能汽车等。如今,政府主管部门越来越重视和关心智能汽车的发展,已开始组织研究制定智能汽车国家层面的顶层设计与路线图。

  2、实施智能汽车国家产业战略创新项目,攻克共性关键技术,建立完善的智能汽车产业链,打造中国标准智能汽车体系。

  我国在智能网联汽车关键技术领域与国外仍有较大差距,自主品牌整车及零部件企业面临国外巨头在产品规模化、体系化等方面的强大压力,生存现状堪忧。但智能网联汽车涉及的国家信息安全、中国复杂道路交通环境及中国驾驶人员行为特性等特殊要求,为中国企业在该领域的发展提供了重要机遇。

  笔者建议参考发达国家经验,由国务院、工信部等中央部门牵头,实施智能汽车国家产业战略创新项目。依托我国汽车产业的市场规模优势和智能汽车关联产业的优势,把车载环境感知系统、自主车联网通信系统、全国互联互通的基础数据交互平台、车载智能终端与操作系统作为智能汽车中国标准的重要支点,大力推进智能汽车中国标准体系建设,逐步掌握标准话语权和制高点。为此,需成立由工信部、交通部、公安部等多个政府部门及国内主要汽车企业和专家参与的推进委员会,明确我国智能汽车各阶段的发展目标,制定自动驾驶的技术体系与产业发展路线,编制各阶段重点任务与实施单位。从国家层面协调汽车、电子、通信、互联网等产业发展以及各部委管理职能,并在自主整车企业与零部件供应商之间建立战略联盟等有效协作机制,共同应对国外企业的竞争压力,打造完善的智能汽车端-管-云产业链。

  具体地看,一是要支持车载环境感知系统研发与产业化应用,加强基于国产车载雷达和高清摄像头等多种手段的车辆环境感知技术的研发,建立开放的传感器信息交互系统,推进共享技术的发展,推广基于北斗的高精度定位系统应用。二是开展自主车联网通信系统研发与应用示范,加快基于LTE的车联网通信系统发展,支持LTE-V等车联网专用通信系统产业化,打造完善的车联网产业链。三是建设智能汽车基础数据交互平台,实现大数据共享,提供动态导航、紧急救援、驾驶安全辅助等基础级服务,并实现对我国智能汽车数据的有效管理,确保信息安全;建立智能汽车数据平台分级体系,包括基础数据平台、公共服务平台、应用开发平台等,以提高服务水平与行业监管效率。四是发展智能车载终端与车载操作系统,开展关键技术的研发。

  3、推进智能汽车示范区建设与应用示范。

  参考国际先进经验,在我国有条件的地区建设智能汽车示范区,推动智能化、网联化相关技术成熟与产业发展,带动我国智能汽车产业与地方经济发展。在示范区内开展先进驾驶辅助系统(ADAS)、车联网系统、自动驾驶系统的示范运行,提升公众对于新技术的认知水平。同时,验证智能汽车新技术与新标准的成熟度,为我国政府决策提供重要依据。目前工信部已启动智能制造试点示范项目,这将对我国智能网联汽车产业和技术发展起重要推动作用。

  随着《中国制造2025》和互联网+战略的颁布实施,作为两化融合和汽车产业转型升级的重要方向,智能汽车产业和技术的发展将为中国建设制造强国、实现智能制造提供强有力的战略支撑。

  (作者孔凡忠系长安汽车工程研究总院副院长,李克强系清华大学汽车工程系主任、智能网联汽车产业技术战略创新联盟专家委员会主任)

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