2022年汽车钥匙行业专题研究

2022年汽车钥匙行业专题研究1.什么是汽车UWB数字钥匙？汽车钥匙经历了机械钥匙、遥控钥匙、PEPS（无钥匙进入/启动系统）、数字钥匙（分为NFC/BLE/UWB三种技术）四个阶段。各自对应的功能和依赖的主要技术如下：PEPS-实体智能钥匙取代机械钥匙：PEPS（PassiveEntryPassiveStart）指无钥匙进入与无钥匙启动系统，主要通过RFID技术实现，PEPS作用距离一般是1.5米（因为低频天线的侦测范围一般是0.8-1.5米）。PEPS主要实现三个功能：（1）无钥匙进入功能：需要给到车主一个智能钥匙，当车主携带智能钥匙并用手触碰车门把手上的电容传感器后，PEPS控制器会驱动门把手上的低频天线扫描智能钥匙，扫描到并且通过认证后，就可以自动开锁；（2）无钥匙锁止：车主关闭车门并触碰门把手，此时PEPS控制器驱动车内和车外门把手上的低频天线同时扫描智能钥匙，如果车内扫描到钥匙，则无法锁止，如果车内扫描不到钥匙而且车外扫描到了，则锁止。（3）无钥匙启动功能：当车主携带智能钥匙在车内，按下车内一键启动开关就可以启动车辆引擎。数字钥匙-把钥匙做到手机里变成虚拟钥匙，取代实体智能钥匙：数字钥匙有NFC钥匙、BLE钥匙、UWB钥匙三种技术路线。（1）NFC（近场通信）钥匙：NFC钥匙必须贴在车上感应器1-2厘米的距离进行刷卡才能感应到从而开锁。（2）BLE（蓝牙）钥匙：体验和PEPS差不多，和PEPS的区别主要是通过蓝牙把手机变成了汽车虚拟钥匙，替代了实体智能钥匙。（3）UWB（超宽带）钥匙：在20米范围内可以先用蓝牙扫描手机进行蓝牙连接和身份认证以及蓝牙粗略测距；在10-20米范围就可以开启UWB锚点的定位和测距功能；在3-10米的范围内设置为迎宾区，可触发车辆进行迎宾功能的车灯打开或者喇叭提示，方便车主找车；走到距车6米的距离时，车内照明自动开启；当走到1-3米的范围内可以设置为解锁区，可自动解锁车门，自动调节座椅高度，后视镜折叠自动开启；当车主进入到车内，车内UWB锚点扫描到手机UWB信号时，按下启动键可以实现车辆的启动（扫描不到则无法启动）。UWB的定位精度和安全性均高于蓝牙，定位覆盖范围大于NFC，因此是实现汽车数字钥匙最优的技术。（1）定位精度：蓝牙主要是靠识别信号的强弱来测距，所以定位的精度较低一般是1-3米，10m以外蓝牙定位就没有精度可言了，因此定位精度低是蓝牙钥匙最大的缺陷；UWB主要通过TOF来测距，因此定位精度高，可达到10-30cm，可以实现厘米级定位。（2）定位覆盖范围：NFC只能在离感应设备1-2cm处刷卡（或者刷手机）感应，作用距离十分有限；蓝牙只能在10m之内达到相对可靠的定位效果，现有蓝牙钥匙能做到10米定位范围已经非常不容易了；而UWB能很轻松做到10米以上厘米级定位功能，能够实现迎宾、照明开启等更多功能。（3）安全性：PEPS、蓝牙、NFC都面临的问题是不能防止中继攻击——但是UWB信号中加入了安全时间戳，只有与接收端的滚码相匹配后才能得到对应的时间戳，进而解锁车辆，极大地提升了UWB数字钥匙的防中继攻击能力；另外因为UWB能在30米范围内精确定位钥匙位置，系统也会判定车钥匙不在有效范围内，如此一来攻击者便无法对系统进行欺骗。由于“CCC标准制定完毕+手机UWB渗透率提升“的推动，高端车型装配UWB数字钥匙逐渐成为趋势，2022年成为UWB数字钥匙应用元年。（1）CCC标准在2021年7月正式发布：2021年7月，CCC联盟发布了汽车数字秘钥3.0版规范，明确了第三代数字钥匙是基于UWB/BLE(蓝牙)+NFC的互联方案，UWB作为数字钥匙的标准正式公布——自此开始，UWB数字钥匙开始真正得到车厂的大量关注，并主动推动技术落地。（2）手机厂商从2019年开始相继推出搭载UWB技术的机型：最先应用UWB的是2019年苹果发布的iPhone11，加装UWB主要是为了增强空间感知能力，比如在隔空投送时会识别投送设备的距离，越近越优先；2020年三星Note20系列也开始搭载UWB，主要用于“对准分享”功能；2021年小米发布IMX4时展示的“一指连”功能，主要就是靠UWB技术实现。——在上述两方面因素驱动下，2022年1月上市的宝马iXM60和iXxDrive40是全球应用UWB数字钥匙的第一款车型；2022年3月交付的蔚来ET7是国内首发UWB的车型；另外特斯拉、大众、福特、奥迪、现代、长城等车厂都对UWB技术开始布局。2.需要在车端和手机端装什么东西？硬件部分：控制器+天线PEPS的BOM成本构成-车端大约150元，实体钥匙大约100元：1个PEPS控制器+4个低频天线（车内和车外分别2个）+1个智能钥匙。蓝牙钥匙BOM成本大约123元，售价大约175元：1个PEPS控制器+N个蓝牙天线。天线的数量跟对于蓝牙定位精度的要求有关系，要求蓝牙精度较高的话，需要的天线数量就越多，例如常规的1+3，主机模块+3天线的状态，就是左右门侧各有一个，后备箱有一个，基本上能涵盖车内定位的90%以上。乘用车2022年开始都在做1+N方案，现在单天线配置已经很少见了。NFC钥匙BOM成本大约137元，售价大约196元：1个PEPS控制器+2个NFC读卡器+1个NFC卡片车钥匙。其中NFC读卡器应该在车内和车外各布置一个，车外一般布置在B柱或者后视镜，用于车辆进入；车内布置在中控台，用于一键启动。NFC+BLE钥匙BOM成本大约174元，售价大约248元：1个PEPS控制器+1个NFC读卡器+N个蓝牙天线+1个NFC卡片车钥匙。由于NFC解锁可以在手机没电的情况正常运行，可以弥补蓝牙钥匙在手机没电时的特殊紧急场景下的解锁需求，所以在NFC+BLE方案中，车主日常使用的是BLE钥匙，一般NFC钥匙可作为蓝牙钥匙的备份。UWB+BLE钥匙BOM成本大约461元，售价大约659元：一套UWB汽车钥匙系统由1个PEPS控制器+N个UWB锚点构成。UWB常见的车端硬件架构有两种方案：（1）“车外4+车内1”：将4个UWB锚点布置在车外前后保险杠两侧，车内锚点布置在中控位置。（2）“车外0+车内4”：在车内B柱两侧和前后挡风玻璃处安装4个UWB锚点。UWB锚点中的UWB天线可以用陶瓷天线，也可以用PCB天线，使用陶瓷天线的效果好于PCB天线。但是UWB的测距功耗很高，无法像蓝牙一样进行无间断的广播和连接，因此UWB的测距功能建立在蓝牙连接的基础上，因此车身控制器BCM中还有一个BLE蓝牙通信模块。BLE后面将会替代RF实现远距离遥控功能；UWB将会替代LF用作近距离通信以及测距定位；NFC将会替代IMMO用于近距离（10cm）解锁和开启发动机（可无电使用）。根据世平集团的UWB芯片选型方案，UWB系统的组成和安装位置如下：（1）钥匙端：钥匙端是UWB芯片NCJ29D5+BLE芯片KW38。（2）车身端：车身端有5个由UWB芯片NCJ29D5+MCUS32K144组成的锚点，1块单独的KW38BLE和1块单独的S32K144作为BCM，车身7个部分都是使用CAN来通讯，一套UWB总共使用了6颗S32K的MCU。软件部分除了硬件，汽车数字钥匙软件包括车端软件组件、手机APP、车厂云端数字钥匙管理平台三个方面，其中车端软件组件最为核心，而定位算法和信息安全软件能力是核心中的核心。车端软件组件包括蓝牙连接、钥匙管理、定位算法、信息安全模块等。UWB为了通过增加功能应用提升性价比从而降低系统整体成本，还拓展了脚踢雷达、车内活体检测、AVP三大方面的应用。预计最开始收开发费（云平台、手机、车端开发）大概200-300万，推算之后收License维护费用大概30-50元/车（包括小功能更新、基础服务等等）。脚踢雷达和车内活体检测都是通过复用车端UWB硬件，并匹配专门的UWB雷达算法来实现，硬件成本没有增加，只需增加小额算法Licence，相当于整车厂通过一套UWB数字钥匙的研发成本，可以同时实现三个功能。（1）CPD车内儿童存在检测：欧洲新车评估计划（E-NCAP）决定从2023年开始将车内儿童存在检测（CPD,ChildPresenceDetection）纳入测评汽车的评分系统；中国新车评价规程（C-NCAP）正在研究在2025版规程中加入CPD测试项目，为安装该装置的车辆提供加分项。业内一般都是用60GHz毫米波雷达来做，还有一些方案是用摄像头来做，上述方案的缺陷在于成本较高，以及用摄像头来做的话有隐私保护问题。UWB在50-60年代在军用用作探地雷达，UWB雷达多普勒效应可以探测到人体呼吸非常小的动作，因此可以用于活体检测。NXP联合国内方案商做出了CPD系统，车厂反馈不错。（2）替代脚踢雷达：在汽车脚踢尾厢门的脚踢雷达应用中，传统的方案是超声波和电容感应，但现有脚踢雷达现在体验不好，主要问题在于覆盖范围和灵敏度，UWB是全向天线灵敏度很高，并且可以在30m范围内能够做到厘米级精度，体验比传统方案好很多。（3）AVP：车位级导航是UWB明确应用方向，车和充电桩之间相互配合，无感支付都是利用UWB的能力。在AVP场景中，从停车场的A点到B点，包括进停车场以及出停车场的时候，往往会因为卫星信号被遮挡而无法准确定位。在这个时候，如果在停车场内安装一些UWB定位基站，通过复用车端的锚点，也可以解算出车辆的相对位置，实现对激光雷达等车端传感器的补盲。但是基于UWB的AVP需要对停车场进行场端改造，加装UWB场端基站以及供电设备等，一个大几百个车位的商场停车场场端改造费用加上第一年运维费大概20万左右。根据中电昆辰计算，假设新车AVP订阅覆盖率是5%，次年覆盖率是50%，根据ROI测算结果，覆盖大型城市70%商超地图的投入两年内就可以收回投资。中电昆辰与合作的OEM、自动驾驶企业经过深入的探讨，场端网络由中电昆辰进行安装覆盖并实施后期运营。目前上汽乘用车、上汽大通、上汽通用、上汽通用五菱、比亚迪、北汽、德赛西威、百度、中兴、华为、纵目、驭势等企业相继与中电昆辰建立了合作关系，并且也得到了上汽两款AVP车型的定点，其他整车厂的AVP定点工作也正在开展中。用UWB技术路径实现3个功能（数字钥匙+脚踢雷达+CPD），目前整体车端软硬件BOM成本现在大概100美金，2025年可以降低到70美金。3．汽车钥匙行业渗透率和成长性如何？2021年数字钥匙前装渗透率达到14%，2022前三季度前装渗透率已经突破20%。根据我们对汽车之家配置表数据的统计，PEPS在新车中的装配率在2019年已经达到84%，从2020年开始，汽车数字钥匙将对PEPS系统逐步替代，根据佐思汽研数据，2020年汽车数字钥匙渗透率约3.4%。根据高工智能汽车数据，2021年中国市场（不含进出口）乘用车前装标配数字钥匙上险量为285.19万辆，同比增长191.58%；2021年数字钥匙前装搭载率达到13.98%；2022年1-8月前装渗透率达到20.91%；预计在2024年有望达到50%。NFC+BLE性价比更高，我们预计其渗透率将从4%（2021年）上升至40%（2025年），将成为2025年最主流的汽车数字钥匙方案，预计渗透率将达到40%。由于NFC+BLE数字钥匙方案目前一套单价仅需要248元，不仅比PEPS价格低（主要是省去了实体智能钥匙的成本，NFC+BLE钥匙只需要通过手机虚拟钥匙即可，另外附带一张NFC卡作为备份），而且还比单BLE方案和单NFC方案价格仅增加了73元和52元，性价比更高，还可以应对手机没电等紧急情况。因此我们认为NFC+BLE二合一方案将成为2025年主流的数字钥匙方案。UWB+BLE目前价格大约659元，目前主要制约在于价格偏贵+手机UWB搭载率不足，但是其安全性、定位精度、作用范围均明显好于NFC和BLE，我们认为2022-2025年UWB将率先在25万价位以上车型中逐渐标配，预计2025年渗透率将达到20%。截止到2022H1全球智能手机UWB的渗透率约16%，仅苹果（全系标配）、三星（Note20系列）、小米（MIX4）搭载UWB技术，相较之下蓝牙渗透率已经达到100%，NFC已经达到50%；UWB+BLE价格偏贵主要是因为除了在PEPS控制器上搭载UWB芯片，还需要在车上4-5个锚点上各搭载一个UWB芯片以及外挂MCU，由于目前手机UWB的搭载率偏低仅16%，所以往往额外配置一个UWB实体钥匙，在钥匙端也需要一个UWB芯片。根据乘联会数据，2021年全年价位25万以上车型销量占所有狭义乘用车比重为14.3%。我们认为2022-2025年UWB将率先在25万价位以上车型中逐渐标配，并往20-25万价位高配车型中去渗透一部分，预计2025年渗透率将达到20%。根据以上分析，我们估计得到2022-2025年汽车钥匙整体市场规模约50-60亿，虽然总体市场规模变化不大，但是其中数字钥匙市场规模将从11亿（2022年）提升至49亿（2025年）。4．上游和中游产业链机会4.1上游的BLE/NFC/UWB芯片上游主要关注车规级BLE芯片、NFC芯片、UWB芯片机会，上述三种车规级芯片在2025年全球市场规模约7亿美元，对应天线市场规模约1亿美元。车规级BLE芯片以NXPKW38为例单片价格大概3.5美金；车规级NFC芯片以NXPNCF3320为例单片价格大概7美金；车规级UWB芯片以NXPNCJ29D5为例大约4美金；车规级MCU以NXPS32K144为例单片价格大概3美金。BLE芯片-2025年全球车规BLE芯片市场规模约1.54亿美元，建议关注泰凌微（A22438.SH），假设占据全球20%份额，对应2025年汽车收入2.2亿元RMB：拟IPO公司泰凌微在全球BLE芯片领域排名第三，仅次于Nordic和Dialog两家国外大厂，2020年泰凌微全球市场份额约12%。假设2025年全球乘用车销量约8000万辆，单车BLE芯片需要1片约3.5美金，渗透率按55%计算，对应市场规模约1.54亿美元。2021年泰凌微总收入为6.5亿元，若能在全球车规BLE芯片市场获得20%份额，对应在2025年汽车BLE芯片2.2亿元收入。UWB芯片市场预计2025年将达到20亿美金规模，其中手机、汽车、IOT分别占50%、15%、35%市场规模，分别对应10亿、3亿、7亿美金。假设2025年全球手机出货量14亿部，每片UWB芯片大约4美金，手机搭载UWB的渗透率为18%，对应10亿美金市场规模；假设2025年全球汽车销量8000万辆，每辆车6片*4美金共计24美金ASP，汽车UWB+BLE汽车钥匙渗透率16%，对应3亿美金市场规模。全球只有三家公司拥有UWB单芯片技术，苹果、NXP、QORVO——其中在汽车领域上游UWB芯片呈现NXP一家独大竞争格局；手机领域第三方供应商以NXP和QORVO两家供应商为主，苹果自研。苹果的UWB芯片只用于自研产品不对外销售（iPhone手机上搭载的U1芯片即为苹果自研的UWB芯片）、NXP的UWB芯片偏向汽车领域（三星手机采用的是NXP的UWB芯片），QORVO的芯片目前以工业领域应用居多（2020年2月通过收购全球最大UWB芯片公司Decawave具备该业务）。UWB的协议有两个版本：802.15.4A和802.15.4Z，分别简称4A协议和4Z协议，4Z一般用于手机和汽车，4A一般用于工业领域——其中4Z协议由NXP主导编写，NXP在推动UWB在手机和汽车上的应用也是最积极的，因为NXP经过十多年在NFC上的投入，让NXP几乎垄断了整个NFC芯片市场，由于UWB具备加密和身份认证、定位精度高的特性，是极有可能取代NFC的新技术，因此NXP在手机和汽车领域也在不遗余力推广UWB技术，甚至UWB已经上升为NXP的六大战略方向之一。4.2中游的硬件与软件中游环节分为硬件和软件两个市场去看——在软件方案商份额方面：银基、Pektron、捷德排名2021年中国汽车数字钥匙软件市场份额前三位，合计占据42.89%（数据来源：高工智能汽车）。其中前装搭载银基数字钥匙方案的新车交付量为62.7万辆，2022年1-8月市场份额占比为21.99%，排名第一；捷德是总部位于德国的公司，业务覆盖钞票生产和处理、网络安全、身份识别系统、行业数字化及智能车联解决方案。在硬件Tier1份额方面：大陆集团、KO