【兴业电新 特斯拉系列科普4】Autopilot与自动驾驶的迭代

        此前的系列科普中，我们已经详细介绍了特斯拉的电池、车身以及电机等相关知识。在本文中，将为大家继续讲述特斯拉的高级驾驶辅助系统（ADAS）的相关知识。包括ADAS系统的简介、ADAS系统中核心部件的主要厂商及发展情况等。

• 1、特斯拉Autopilot系统的演变过程及实现的功能

• 2、ADAS系统是什么？

• 3、ADAS芯片主要厂商及发展。

• 4、ADAS传感器技术发展。

辅助驾驶系统的性能主要取由传感器的技术水平、芯片的计算能力、执行的精准程度等层面决定。芯片厂商目前市场上较为领先的厂商有：高通、英特尔、英伟达等；传感器作为ADAS感知层的最核心组成部分，对ADAS系统的运行起着至关重要的作用，主要生产厂商包括：博世、法雷奥、英飞凌、航天机电等。

特斯拉的高等级辅助驾驶功能是特斯拉汽车非常重要的有机组成部分，是特斯拉的核心。由于是从最底层开始正向搭建的全新电动汽车，特斯拉基本不受到传统汽车平台在设计上的干扰，同时也保证能够同辅助驾驶系统最大限度地整合到一起。

本篇我们一方面介绍特斯拉的辅助驾驶系统，一方面也希望借助特斯拉来简单梳理一下全球ADAS系统的主要供应商。

Autopilot系统是特斯拉的自动辅助驾驶系统。其设计依靠硬件装置，软件和GPS全球定位系统的协同合作，旨在使车辆能够进行短距离和长距离自动驾驶，而无需驾驶员座位上的乘客采取任何操作。 系统于2014年10月9日搭配MODEL S正式推出使用。特斯拉所有车型（MODEL 3，MODEL S，MODEL X）均配备具有全自动驾驶功能的硬件。

1.1、Autopilot组成：

Autopilot让汽车自身拥有了观察、思考以及做出相应决策的能力，可以被称为特斯拉的‘灵魂’所在。Autopilot系统由传感器、中央处理器和执行系统组成。分布在车身周围的传感器向中央处理器传递环境信息，处理器发出决策指令，由执行系统传导到电机、轮胎等执行末端进行相应操作。定位系统的有机结合更使得特斯拉具备了运输终端之间的直接运送能力，而不仅仅是辅助驾驶员进行驾驶。

Autopilot传感系统的硬件配置

特斯拉Autopilot传感器由前置雷达，8个摄像头，以及12个环绕车身的超声波传感器组成。

毫米波雷达可以用来测量距离、角度、时速、以及障碍物的形状，属于短距离到长距离的传感器，测量距离为30-250m左右。可以应用在自适应巡航、防碰撞、以及盲点检测上。摄像头可以用于完善的识别车道线，交通标示，测定车距与标定测速。超声波传感器主要用来测量距离，对2米以内的物体能够精确识别。可以应用在倒车辅助、倒车障碍物检测、一键泊车以及特斯拉的summon功能中。

图1、特斯拉传感器组成

资料来源：网络资料，兴业证券研究所

2016年10月， 传感系统 “Hardware1”更新至“Hardware2”，并于2017年2月正式发售，智能程度足以让司机完全不需要碰触汽车。相比于 “Hardware1”，新传感系统的主要升级有三：

（1）一个前置雷达加强。增强版前置雷达通过冗余波长提供周围更丰富的数据，雷达波可以穿越大雨、雾、灰尘，甚至前方车辆。

（2）将1 个摄像头增加至 8 个摄像头。覆盖 360 度可视范围，对周围环境的监控距离最远可达 250 米。

（3）车辆配备的 12 个超声波传感器完善了视觉系统，探测和传感硬、软物体的距离接近上一代系统的两倍。

处理器及决策系统的变化

特斯拉早起搭载了以色列公司Mobileye的EyeQ3  处理器，作为特斯拉的视觉芯片，支持特斯拉的辅助驾驶系统。Mobileye产品的主要特点在于，其多个应用集成于一个摄像机，在一个基于 EyeQ系列处理器的摄像机上同时运行。因此，Mobileye 在通过单一硬件平台提供多功能系统以及执行之前只能由不同传感器阵列完成的任务方面具有明显的优势。

目前，Mobileye使用3个摄像头可以基本实现车身360度覆盖。三个摄像头分工不同：中间的主摄像头可以实现大部分功能，检测距离可以达到150米，检测到之后跟踪距离可以达到250米。另有一枚小角度摄像头探测更远距离，一枚广角镜头探测更宽视野。

图2、Mobileye历次产品升级及与特斯拉合作的EyeQ3系列产品

资料来源：网络资料，兴业证券研究所

2016年，特斯拉停止了与Mobileye的合作，而搭载了EyeQ3系列的Model S和Model X也将难以得到Mobileye的后续技术支持，只能在目前基础上进行修补和较小幅度的升级。在Model 3上搭载的，已经是与英伟达（Nvidia）合作的全新处理器产品Drive PX2。NVIDIA的Drive PX2系统。使用Titan芯片。其软件系统是“世界上第一台专为自动驾驶打造的人工智能超级电脑”，它超强的计算能力可以满足Tesla Vision的运算需求。

NVIDIA预计它可以独自完成4级自动驾驶所需要的所有计算任务（最高的5级自动驾驶则需要2台）。该GPU部分是2颗Pascal独立显卡，搭载4GB GDDR5显存，带宽80GB/s，位宽128bit，主频1.25GHz，预计是GP106核心，平台内建8GB LPDDR4内存，功耗约在250W，水冷散热。这台车载电脑被英伟达比作小型超算，其单精度浮点运算性能是8TFLOPS，超越TITAN X，至于在衡量深度学习的“Deep Learning–Tera-Operations Per Second，DLTOPS”，则可以达到24 DL TOPS，是TITAN X的6倍。

图3、特斯拉所搭载的英伟达Drive PX2系统处理能力强大

资料来源：网络资料，兴业证券研究所

1.2、Autopilot可以实现的强大功能

Autopilot可以做到在大多数非复杂路况的情况下实现自动驾驶功能。根据特斯拉的功能与美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）和美国汽车工程师协会（SAE）发布的自动驾驶的等级划分，针对特斯拉即将推出的新服务，未来软件的更新将助力汽车硬件上全面无人驾驶的实现。

全自动辅助驾驶的功能并没有完全解锁。随着新硬件的配备，特斯拉采取迭代的方式，测试并逐渐为用户解锁功能，不断地完善软件。可以让人们逐渐适应自动驾驶方式，由辅助驾驶逐渐过渡到全自动驾驶。特斯拉软件的升级不论是Hardware 1和Hardware 2车型，都可以通过无线网络（OTA）进行升级。

结合自动驾驶与GPS全球定位系统，特斯拉已经具备了驾驶者只需要在地图上输入目的地，便会自动导航并行使到目的地的功能。除了能做到完全自动化，特斯拉还可以在所有的道路环境下驾驶。

同时，特斯拉仍然在不断升级Autopilot系统。例如，拥有智能召唤功能（Summon）的特斯拉将能够通过APP或车钥匙的召唤，在复杂的环境和停车场中穿行，灵活的避开周围物体，最终来到驾驶者的身边。在停靠车辆时，驾驶者到达目的地之后走下车辆，车辆自动寻找停车位并且精准停靠。特斯拉下一次软件更新将为驾驶员建立个人档案，记录驾驶习惯与偏好，并上传至云端。驾驶不同车辆时，车辆会自动按照用户信息进行调整，享受最舒适的驾驶状态。在下一个部分主要会介绍Autopilot系统是如何不断在提升车辆性能的同时，优化用户体验。

2.1、驾驶员档案云端同步，提升用户体验与黏性

在现有Model S和Model X上，系统已经可以自动记录驾驶人信息，并通过屏幕点击选择和遥控钥匙连接的方式来识别驾驶人身份，从而根据驾驶人数据来改变诸如座椅、侧视镜、方向盘、单位格式内转向、再生制动模式等参数，并可以设置多名驾驶人信息。

图4、特斯拉车辆控制参数众多，可以个性化定制

资料来源：网络资料，兴业证券研究所

特斯拉此次提到的云端驾驶员档案属于其未来加强版自动驾驶系统的一部分，旨在为驾驶员随时随地提供舒适便捷的驾驶体验。建立基于云端服务器的驾驶员个人档案，可以确保驾驶人在不同的特斯拉车辆驾驶时均可通过云端同步下载个人驱动程序配置文件来实现上述设备和参数的调整，提高了用户体验。

云端档案技术将会明显提高特斯拉用户的黏性。拥有云端档案的驾驶员在未来的购车选择上将会更倾向于特斯拉而非其他车辆，因为特斯拉已经通过长期驾驶搜集了个人许多驾驶习惯和数据，驾驶时间越长，特斯拉的驾驶员档案就更加全面，就会给驾驶员带来更加习惯的驾驶体验。相同情况下，特斯拉驾驶员必然更加倾向于再次选择购买特斯拉。

该技术也会强化特斯拉大数据搜集能力，帮助改善现有功能。现在尚不清楚特斯拉云端搜集的驾驶员信息是否会用于大数据来改善车辆设计与体验。特斯拉目前已经在通过搜集车辆驾驶过程种产生的驾驶数据来优化软件参数设置，未来如果加上驾驶员个性化的档案信息，将会更有利于大数据算法的整合升级，为提高车辆性能与体验提供更多依据。

2.2、身份识别助力自动驾驶，共享汽车迎来新的机遇

驾驶员云端档案是驾驶员识别技术的重要组成部分。根据此前特斯拉透露的信息，驾驶员识别技术还包括手机解锁和车内监控等功能。Model 3已实现手机无线解锁起动的方式，车辆钥匙将不复存在，同时还配备有一张信用卡大小的钥匙卡作为备用手段，并可供代客泊车使用。与此同时，车内也会配备面向驾驶员的摄像机，以便在Level 3自动驾驶实现时监控驾驶员的参与度。此时车辆仅会在特殊情况才会将车辆交给驾驶员驾驶，自动驾驶将成为常态。此外，车内监控系统还可以监控车厢内的情况，提高车辆安全性，并判断车内载客量，可由驾驶员上传至云端实现共享乘车，搭载乘客的目的。

图5、特斯拉Model 3车内配置了一枚车内监控摄像头

资料来源：网络资料，兴业证券研究所

驾驶员识别技术加成的自动驾驶功能在实现车辆共享和车辆租赁方面有着十分重要的作用。在传统的车辆租赁和共享市场中，车辆与驾驶员的匹配往往不够吻合，驾驶员的驾驶体验不够舒适；调整座位、侧视镜，连接蓝牙等复杂的操作让时间较短的分时租赁很难推行。与现有共享单车市场对比，我们发现即便共享单车使用过程中不太需要对单车做复杂调整，但身材较高或较矮的用户骑行仍有不适，需要对座椅高度进行调整。汽车驾驶舒适性问题可能更大，也成为制约分时租赁和共享汽车的一种因素。

配备了驾驶员云端档案后，用户在使用不同车辆时可以立即同步个人信息，快速调整至最舒适最习惯的状态，将极大地方便汽车共享市场的建立。搭配自动驾驶技术后汽车所有权也将不再重要，共享才真正成为可能。

特斯拉对未来自动驾驶的展望除了车辆自动行驶之外，更多的是在使用的个性化体验之上。比如，当驾驶员走向车门时，车辆会自动识别身份，自动调整车辆各种设置，甚至包括车内温度、湿度等；在检测到下雨后，则会自动关闭天窗，营造出一种方便、省心、无需人为干预的使用体验。新一代的自动驾驶系统和网络系统将在2018年提供更多信息。

2.3、软件更新与云端同步，特斯拉堪比苹果iPhone

现在的特斯拉汽车，拥有世界上顶尖水平的硬件，软件上实现了Level 2级别的自动驾驶并能够自动云端更新，软硬件结合的方式与iPhone的产品模式十分相似。双方都未依靠任何其他类似企业，完全走自主研发路线，实现自我飞跃。

iPhone之所以获得成功，除顶尖的硬件水平外，更重要的是十分简洁易用的iOS操作系统，该系统将繁杂的软件操作方式简化为简单的APP应用，并通过众多传感器实现适应用户使用习惯的调整，系统更新频繁，功能愈加强大。

特斯拉带给汽车行业的一个重大变革，就是通过OTA的方式推送软件更新，给已购买汽车的客户新的体验。2015年特斯拉就通过一个夜间软件更新向车主推送崭新的Autopilot自动驾驶辅助功能；前不久特斯拉推出了最新版Autopilot 2.0的系统升级软件“2017.32”，给车辆添加了自动远光灯功能。不用多花钱就能享受功能的增值，这是特斯拉的重要竞争优势。

对于iPhone而言，借助iCloud的强大云端同步功能，用户将iPhone拍摄的照片、通讯录、通话记录、短信，甚至微信等应用软件的使用数据上传至云端，当需要更换手机时，用户必定会优先考虑iPhone手机，否则原先到iCloud的相关信息将很难转移到其他系统中。

特斯拉也通过此次驾驶员云端档案的建立，将消费者使用习惯备份到云端，使车辆因人而不同，带来的用户粘性的提升也许不如手机那么强大，但也会大大提高用户再次购买的可能，提升特斯拉远期销量。

先进驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistant System），简称ADAS，是利用安装于车上的各式各样的传感器，在第一时间收集车内外的环境数据，进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理，从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险，以引起注意和提高安全性的主动安全技术。ADAS采用的传感器主要有摄像头、雷达、激光和超声波等，可以探测光、热、压力或其他用于检测汽车状态的变量，通常位于车辆的前后保险杠、侧视镜、驾驶杆内部或者挡风玻璃上。早期的ADAS技术主要以被动式报警为主，当车辆检测到潜在危险时，会发出警报提醒驾车者注意异常的车辆或道路情况。

图8、ADAS系统图

资料来源：互联网，兴业证券研究所

目前，汽车对ADAS（高级辅助驾驶系统）的使用已经相对成熟，利用各种安装在车上的传感器，在第一时间收集车内外的环境数据，进行静、动态的辨识、侦测与追踪等技术上的处理，从而能够让驾驶者在最短的时间里意识到可能发生的危险。通常包括车道偏离报警系统LDWS、防碰撞系统、自适应灯光控制、电子警察系统ISA、自适应巡航ACC、交通标示识别、盲点探测、驾驶员疲劳探测、下坡控制系统等等。

新能源汽车由于新车型多，且车型中，重新设计的比例较高，同时也更加注重智能驾驶的应用，因此随着新能源汽车的更大范围普及，ADAS的渗透率也将快速提升。

从当前趋势来看，汽车电子有从分散式向集中式过渡的趋势非常明显，在ADAS上的体现更加突出。这一趋势包括减少ECU、降低功耗以及提高内存效率等，使得汽车半导体厂商在产业中扮演了更加重要的角色。

对于后装车市场来讲，集成化、功能简单而带来的高兼容性，将使得低等级的ADAS更快、更大范围地普及（以Mobileye为代表）；而多传感器融合将更多体现在预装车市场中，以使得智能将是的等级进一步提升。从软件层面来看（谷歌），实现这样的提升相对容易，但前提是实现芯片的突破（高通、英特尔、英伟达）。

（1）英特尔与Mobileye：经过验证的巨头

英特尔在ADAS处理器领域的布局已经相当完善，这与其对Mobileye等的一系列收购是分不开的。利用Mobileye的ADAS视觉处理及Altera的FPGA处理，结合英特尔自身的处理器，可以形成自动驾驶整个硬件超级中央控制的解决方案。

而由于Mobileye的EyeQ系列已经被诸多汽车品牌实际采用，目前已经采集了足够多的数据样本，这些厂家包括奥迪、宝马、标志、沃尔沃、雪铁龙、雷诺、福特、通用、日产、本田、日产等。最新的EyeQ4已经可以达到每秒2.5万亿次的性能，运行功率低至3W。

图9、Mobileye   EyeQ4使用了多MIPS处理器

资料来源：电子创新，兴业证券研究所

Mobileye也在积极推进国内市场，对于前装市场，Mobileye将提供EYEQ芯片及软件通过TIer1供应商给OEM厂商。上汽、一汽、东南汽车已经跟Mobileye有具体的合作项目并有部分量产车型已经发布。

对于后装市场，例如长途客运和危险化学品运输、旅游客运这三种车辆是Mobileye的目标。而且像大巴和危险化学品运输，已经被高度管控，并且有相关的政策、法规，去推动ADAS的应用。Mobileye在中国市场也将快速推进。

（2）高通

高通在收购NXP后，通过将自己的移动处理器芯片改为车规级，以切入ADAS市场。目前，高通已经推出了收个基于骁龙820A平台并运用深度学习的最新ADAS产品原型，该产品可以实现对诸多物体的识别和分类，包括车、人、非机动车等，但是目前尚未商业化应用。借助NXP及其旗下的飞思卡尔，高通将完成在ADAS芯片领域的全面布局。

图10、高通将凭借NXP完成对ADAS芯片领域的全面布局

资料来源：NXP，兴业证券研究所

基于NXP已经发布了Bluebox平台，高通将自身的芯片优势叠加之后，将可以为OEM厂商提供设计、制造、销售Level 4级无人驾驶汽车的解决方案计算平台。

（3）英伟达

英伟达在ADAS领域的主要优势在于，其GPU拥有极强的并行计算能力，适合进行深度学习。与Mobileye只专注于视觉处理不同，英伟达的方案重点在于融合各类传感器，这可能是特斯拉放弃Mobileye而转向英伟达的一个重要原因。

基于英伟达GPU，集成在ADAS系统后，能够同时处理12个200万像素摄像头以每秒60帧的速度拍摄图像，并通过环境视觉计算技术和强大的深层神经网络，主动识别道路上的各种车辆，甚至其是否正在开门。

（4）德州仪器（Texas Instrument）

德州仪器（TI）拥有两个ADAS产品系列，分别是Jacinto和TDA。

Jacinto系列主要基于TI此前放弃的移动处理器平台OMAP，以车载信息娱乐系统为主，最新的Jacinto6种，TI将车载信息娱乐与ADAS功能相结合，其SoC处理器功能非常强大，集成娱乐影音与车载摄像头辅助驾驶，可利用汽车内部和外部的摄像头来呈现如物体和行人检测、增强的现实导航和驾驶员身份识别等多种功能。

而另一个系列TDA系列侧重于ADAS功能，其最新的TDA3x系列可支持车道保持、自适应巡航、交通标志识别、行人与物体检测、前方防碰撞预警和倒车防碰撞预警等多种ADAS算法，对于诸多传感器的集成至关重要。

图11、德州仪器TDA3xA系列可全面支持ADAS算法   

资料来源：NXP，兴业证券研究所

传感器作为ADAS感知层的最核心组成部分，对ADAS系统的运行起着至关重要的作用。传感器需要在不同的距离、不同的角度、不同的天气状况下来完成探测，这需要不同技术的融合，包括超声波技术、雷达技术、摄像头技术、红外线技术、激光扫描技术，以及这些技术的算法融合。

传感器作为ADAS感知层的最核心组成部分，对ADAS系统的运行起着至关重要的作用。传感器需要在不同的距离、不同的角度、不同的天气状况下来完成探测，这需要不同技术的融合，包括超声波技术、雷达技术、摄像头技术、红外线技术、激光扫描技术，以及这些技术的算法融合。

（1）博世     

博世是全球做大的传感器生产商，主要ADAS硬件产品包括77GHz毫米波雷达、高清摄像头等。2016年汽车与智能交通技术板块贡献最大营收，达439亿欧元，占总营收60%，同比增5.5%。其中ADAS销售额达10亿欧元，订单量达35亿欧元。亚太地区成为博世主要市场，2016年销售额达208亿欧元，增长8.3%，占比达30%。

相较于摄像头和激光雷达，毫米波雷达无需可见光或红外光波，可实现全天候工作，在自适应巡航ACC、前向碰撞预警FCW等多个ADAS系统中有广泛应用。按波长划分，主流的毫米波雷达可分为24GHz和77GHz两种型号，其中77GHz毫米波雷达体积更小，探测性能更优，但同时技术难度更大，成本更高。目前，博世、大陆集团、电装、采埃孚等国际汽车零配件巨头垄断77GHz毫米波雷达市场。

博世于2017年推出全新ADAS多摄像头系统，包含四个近距离摄像头，分别位于车四周，广角均达190°，配套ECU保证了360°全方位视野，同时具有强大计算能力，可提供车辆虚拟模型的动态3D视图。该多摄像头系统将安装在欧洲高端汽车制造商新量产的车型上。

（2）法雷奥

法雷奥是全球汽车零部件供应商龙头，客户覆盖全球主流车厂，是自动泊车的领军者。早在2007年，法雷奥半自动泊车辅助技术Park4U就被应用在大众途安中，搭载10-12个泊车雷达，结合电动助力转向，可实现侧方位和垂直方位两个方向的自动泊车。目前法雷奥还推出了基于Park4U的全自动泊车辅助系统Park4U Remote，车主可以在车外通过智能手机APP实现完全的自动泊车。

法雷奥于今年CES展上推出eCruise4U混合动力自动驾驶汽车，融合了公司最新的ADAS软、硬件技术，是第一款实现纯电动模式下低速自动驾驶的汽车。软件方面，eCruise4U基于全新算法打造新一代ADAS系统和ECU；硬件方面，eCruise4U搭载六个法雷奥激光雷达、雷达和摄像头，大大增加了探测距离，覆盖范围为10厘米到200米。

图14、法雷奥推出混动版自动驾驶汽车eCruise4U

资料来源：网络资料，兴业证券研究所

（3）英飞凌

英飞凌是全球领先的汽车电子、功率半导体以及智能卡芯片供应商，汽车电子市场份额全球第二。在ADAS方面，英飞凌的毫米波雷达、激光雷达技术都居世界前列，同时由于芯片技术非常强大，不论是雷达还是摄像头，英飞凌都能够提供整体解决方案。

传感器方面，英飞凌不仅具有顶尖技术的雷达和摄像头，还推出了3D飞行时间（TOF）传感器，目前已经搭载在华硕 Zenfone AR上，该手机是目前全球最轻薄的搭载3D  ToF 摄像头的智能手机。该传感器在ADAS领域的应用有望助力实现汽车自动驾驶技术的突破，可以准确、迅速地捕捉驾驶员的动作，判断驾驶员的状态，实现辅助驾驶系统的快速反应。

芯片方面，英飞凌的 Aurix微控制器(MCU)包含三颗独立的32位TriCore CPU，可实现单一MCU平台控制动力、车身与ADAS系统。

英飞凌有信心能协助汽车制造商达到零缺陷(zero defect)的目标。英飞凌提供一系列的Aurix微控制器(MCU)，包含三颗独立的32位TriCore CPU，符合ASIL-D安全标准。透过Aurix平台，汽车开发商就能利用单一MCU平台控制动力传动、车身、安全与先进驾驶辅助系统(ADAS)等应用。

（4）航天机电

航天机电共有三大产业板块新能源光伏、高端汽配、和新材料，其中高端汽配产业主要为整车厂商生产配套空调系统、EPS、传感器、电器控制器等产品。

2016年，公司实现营业收入54.48亿元，较2015年增长34.87%，其中汽车零配件营业收入达18.27亿元，同比增长667.55%，成为继光伏之后公司主要营收贡献板块，预计未来将成为公司新的盈利增长点。汽车零配件板块实现营收大幅增长的主要原因是上海德尔福并表。公司通过收购上海德尔福50%的股权，为发展汽配板块打下良好基础，产业结构得到优化。

图17、高端汽配板块助推营收实现大幅增长

资料来源：公司年报，兴业证券研究所

        特斯拉已经实现了较高等级的辅助驾驶功能，这得益于其搭载的英伟达Drive PX2处理器的强大功能，也与其已经积累的巨大自动驾驶数据量有密切关系。特斯拉将借助强大的处理运算技术，以及感知层面传感器技术的进一步提升，不断完善Autopilot系统。Autopilot的每一次升级，都会带给车主全新的驾驶体验。

        下一篇，我们将介绍特斯拉的温度控制系统，感谢各位投资人对兴业电新系列科普的持续关注。