Przybywa elektroniki w autach

Jeśli chodzi o pierwszy przypadek, to sztandarowym przykładem jest wpływ, jaki kryzysy paliwowe, do których parokrotnie dochodziło w latach 70 i 80, miały na postęp w dziedzinie elektronicznych systemów wtryskowych EFI (Electronic Fuel Injection). Rosnące ceny ropy naftowej i braki tego surowca, które były wywołane aktualną sytuacją międzynarodową w tamtym czasie, sprawiały bowiem, że zaczęto szukać sposobów ograniczenia zużycia paliwa.

Elektroniczne systemy wtryskowe dozują tylko tyle paliwa, ile potrzeba w danych warunkach jazdy. W celu określenia jego wymaganej ilości sterownik silnika ECU (Engine Control Unit) analizuje wyniki pomiarów różnych wielkości, m.in. prędkości obrotowej silnika, jego temperatury oraz wskazania sondy lambda. W rezultacie EFI pozwalają zarządzać poborem paliwa racjonalniej. Równocześnie wytwarzana jest mniejsza ilość spalin, a wraz z nimi do atmosfery trafia mniej szkodliwych związków chemicznych.

Rys. 1. Udział kosztów elektroniki w cenie aut

Systemy bezpieczeństwa

Z czasem sukcesywnie zaostrzano również przepisy dotyczące bezpieczeństwa. Dzięki temu auta zaczęto standardowo wyposażać w wiele systemów zapobiegających wypadkom. Przykładami są: ABS (Anti-Lock Braking System), ACC (Adaptive Cruise Control), systemy typu line assist, AFL (Adaptive Forward Lighting), ASR (Acceleration Slip Regulation), BAS (Brake Assist System), BLIS (Blind Spot Information System), ESP (Electronic Stability Program) oraz TPMS (Tire Pressure Monitoring System) i TSR (Traffic Sign Recognition).

Pierwszy z wymienionych zapobiega blokowaniu kół podczas hamowania. ACC to tempomat z automatyczną regulacją prędkości w zależności od sytuacji na drodze, który utrzymuje bezpieczną odległość od poprzedzających samochodów. Zadaniem systemów typu line assist jest ostrzeganie przed przekroczeniem wybranego pasa ruchu, na przykład w przypadku, gdy kierowca zaśnie lub zasłabnie. AFL to system adaptacyjnego doświetlania zakrętów, natomiast ASR to system kontroli trakcji, który nie dopuszcza do nadmiernego poślizgu kół w czasie przyspieszania. BAS to system wspomagający podczas nagłego hamowania, zaś BLIS informuje o obecności innych pojazdów w martwym polu. System ESP stabilizuje tor jazdy samochodu podczas skręcania, TMPS monitoruje ciśnienie w oponach, a TSR rozpoznaje znaki drogowe i informuje o nich kierowcę.

Wymienione systemy i inne, które zbiorczo określa się jako ADAS (Advanced Driver Assistance Systems), znacząco poprawiają bezpieczeństwo na drogach. Szacuje się, że dzięki nim corocznie nie dochodzi do ogromnej liczby wypadków, a gdyby były powszechniejsze, można by ich uniknąć jeszcze więcej.

Na przykład według amerykańskiej organizacji Insurance Institute for Highway Safety, gdyby w 2015 roku każdy samochód w Stanach Zjednoczonych był wyposażony w system monitorowania martwego pola, wydarzyłoby się o około 50 tys. wypadków mniej, dzięki czemu liczba rannych w incydentach na drogach byłaby mniejsza aż o około 16 tys. Gdyby natomiast wszystkie samochody poruszające się w 2015 po USA miały zainstalowany system ostrzegający o zjechaniu z pasa ruchu, można by zapobiec prawie 85 tys. wypadków, zmniejszając liczbę poszkodowanych o ponad 55 tys.

Przyszłość systemów ADAS

W najbliższej dekadzie można się spodziewać dalszego rozwoju systemów ADAS. Będzie on napędzany zarówno przez wymogi prawne, jak i rosnące zainteresowanie użytkowników. Na przykład w Unii Europejskiej i Stanach Zjednoczonych w 2020 roku auta będą obowiązkowo wyposażane w autonomiczny system hamowania awaryjnego AEB (Autonomous Emergency Braking) oraz system ostrzegania przed kolizją FCA (Forward Collision Alert).

Ponadto coraz większa liczba producentów aut zaczyna postrzegać systemy ADAS jako ważny, a wkrótce być może nawet główny wyróżnik ich oferty na tle konkurencji, który ma duży wpływ na przychody. Zwraca się też uwagę na fakt, że rozwiązania stosowane w systemach ADAS stanowią podwaliny technologii samochodów autonomicznych, które obecnie są ważnym obiektem badań, zarówno producentów aut, jak i firm, które dopiero niedawno weszły na rynek motoryzacyjny, jak na przykład Google.

Zachęca to producentów elektroniki, również tych, którzy wcześniej nie działali na rynku motoryzacyjnym, do uzupełniania asortymentu o rozwiązania dla systemów ADAS albo rozpoczęcia prac nad takimi. Dzięki temu mają nadzieję, że gdy auta autonomiczne się upowszechnią, będą już mieli ugruntowaną pozycję jako dostawcy ich komponentów.

Rynek ADAS w liczbach

Chociaż systemy ADAS mają ogromny potencjał, aby w przyszłości zmienić rynek motoryzacyjny, wartość ich rynku wynosiła w 2015 tylko, według różnych źródeł, od 5 do około 8 mld dolarów, co jest średnim wynikiem w porównaniu z innymi. Na przykład wartość rynku systemów audio i telematyki szacowano wówczas na około 30 mld dolarów, a klimatyzacji samochodowej na około 60 mld dolarów Częściowo wynika to stąd, że systemy ADAS wciąż są rozwijane i te najbardziej użyteczne nie są powszechnie dostępne albo są w nie wyposażane przede wszystkim drogie auta. Najważniejszym powodem wciąż pozostaje jednak brak świadomości użytkowników.

Jak wynika z badania przeprowadzonego w 2016 r. przez firmę McKinsey na grupie prawie 5 tys. właścicieli aut z kilku krajów, wielu z nich nie znało systemów ADAS, a spośród tych, którzy o nich słyszeli i tak niewielu kupiło auto z takim wyposażeniem. Na przykład na 100 nowych właścicieli samochodów w Niemczech o ADAS słyszało 77, zaś na zakup samochodu, w którym takie systemy były zainstalowane, zdecydowało się 10 osób. Pocieszające jest jednak to, że badanie to wykazało, że większość tych, którzy kupili takie auta, deklaruje, że w przyszłości chętnie ponownie zakupi samochód wyposażony w systemy wspomagania kierowcy. Na przykład w Niemczech na wspomnianych 10 osób taką gotowość wyraziło aż 8. Również w innych krajach procent osób, które to zapowiedziało, był wysoki i mieścił się między 87 a 89% (Stany Zjednoczone). Oznacza to, że kierowcy łatwo przekonują się do systemów ADAS, jeżeli tylko zaczną z nich korzystać.

Rys. 2. Rynek systemów ADAS	Rys. 3. Wartość elektroniki w samochodach z silnikiem spalinowym, napędem hybrydowym i elektrycznym

Prognozy są pozytywne

Dlatego przewiduje się, że rynek systemów wspomagania kierowcy będzie rósł w równym tempie, z pewnością co najmniej o ponad 10% co roku, aż do 2020. Prognozy niektórych firm badawczych są bardziej optymistyczne niż innych. Na przykład analitycy Strategy Analytics przewidują wzrost o 16% co roku, z 8,4 mld dolarów w 2015 roku do 17,6 mld w 2020, natomiast według TechNavio wartość rynku ADAS zwiększy się z 8,7 mld dolarów w 2015 roku do 30 mld w 2020, średnio co roku o 29%. Ta rozbieżność wynika stąd, że TechNavio do systemów wspomagania kierowcy zalicza także adaptacyjne oświetlenie przednie i wyświetlacze head-up, w których informacje są prezentowane na szybie, bez zasłaniania widoku. Bez względu na to, które prognozy się spełnią, pewne jest, że pod względem tempa wzrostu ten segment rynku motoryzacyjnego będzie się wyróżniał.

Warto dodać, że ponieważ przewidywana szybkość wzrostu cen samochodów ma się utrzymywać na poziomie około 1% rocznie, producenci elektroniki będą pod dużą presją ze strony producentów samochodów jak i kupujących, żeby nie podnosić cen systemów ADAS, nawet kiedy będą już one standardowym elementem wyposażenia samochodów. W efekcie prognozuje się, że wartość rynku systemów wspomagania kierowcy będzie rosła i tak wolniej niż ich sprzedaż jednostkowa.

Auta elektryczne odegrają ważną rolę

Poza dotychczas wymienionymi tendencjami, rynek elektroniki samochodowej kształtować będą również dwa inne trendy - upowszechnianie się samochodów elektrycznych i łączności w autach. Jeśli chodzi o te pierwsze, to jeszcze w 2016 r. stanowiły one zaledwie 1% wszystkich nowo zakupionych aut. W ciągu najbliższej dekady ich sprzedaż prawdopodobnie jednak bardzo wzrośnie, o ile oczywiście uda się pokonać ograniczenia - chodzi głównie o poprawę parametrów użytkowych, tzn. skrócenie czasu ładowania baterii i wydłużenie dystansu, który można nimi przejechać pomiędzy kolejnymi doładowaniami i wysoką cenę baterii, a dokładnie duży stosunek ceny do ich pojemności - które obecnie wielu zniechęcają do ich zakupu.

Jeśli tak się stanie, już w 2020 r. auta z napędem elektrycznym mogą stanowić od 5% do nawet 10% wszystkich nowo kupionych samochodów. W 2030 przedział ten może wynosić od 35% do aż 50%. Zakres jest szeroki, ponieważ obecnie trudno jest przewidzieć wpływ innych czynników. Poza postępem technicznym tempo rozwoju rynku aut elektrycznych zależy bowiem również od regulacji prawnych oraz cen i sytuacji na rynkach energii elektrycznej i paliw.

Generalnie jednak w dłuższej perspektywie czasu większy popyt na auta elektryczne z pewnością przyczyni się do wzrostów na rynku elektroniki samochodowej. Uzasadnieniem tego jest fakt, że typowe auto hybrydowe zbudowane jest z układów półprzewodnikowych o wartości około 900 dolarów, pojazd elektryczny - ponad 1000 dolarów, natomiast średnia wartość elementów półprzewodnikowych w samochodzie z silnikiem spalinowym to zaledwie około 330 dolarów.

Łączność jest must have

Jeżeli chodzi o możliwość łączności ze światem zewnętrznym z pokładu samochodu, to ma ona za zadanie zarówno poprawiać bezpieczeństwo na drogach, jak i zapewnić kierującym dostęp do usług różnego typu, o charakterze informacyjnym, rozrywkowym albo użytkowym. Przykładem ostatnich jest możliwość zdalnego sterowania systemami automatyki domowej. Jest ona dostępna w autach m.in. marek BMW i Volkswagen.

Korzystając ze specjalnej aplikacji, można na przykład włączyć ogrzewanie, będąc w drodze do domu. Aplikacja może też automatycznie je wyłączyć i włączyć system alarmowy po wyjeździe samochodu z garażu. Przykładem rozwiązania nakierowanego na poprawę bezpieczeństwa jest eCall, czyli system szybkiego automatycznego powiadamiania służb ratunkowych o wypadkach. Przewiduje się, że wraz z rozwojem sieci komórkowych 5G koło 2020 r. rozwiną się też nowe zastosowania dla łączności pomiędzy samochodami oraz między nimi a elementami infrastruktury drogowej.

Badania rynku pokazują, że funkcjonalność w zakresie komunikacji ma dla użytkowników aut bardzo duże znaczenie przy podejmowaniu decyzji o zakupie samochodu, które może jeszcze w przyszłości wzrosnąć. W 2016 r. firma McKinsey przeprowadziła na ten temat ankietę wśród 3 tys. kierowców pochodzących z różnych krajów. Jak się okazało, aż 41% respondentów przyznało, że byłoby skłonnych do zakupu samochodu innej marki niż posiadany, o ile dzięki temu zyskaliby nowe możliwości w zakresie łączności.

Funkcjonalność ta okazała się ważna szczególnie dla Chińczyków - aż 62% kierowców z Chin zdecydowałoby się na taki krok. Dla porównania w Stanach Zjednoczonych przyznało się do tego 37% ankietowanych. Najbardziej racjonalnie do tematu podeszli Niemcy - w pogoni za nowinkami technicznymi w tej dziedzinie na zmianę marki skusiłoby się tylko 25% kierowców. W miarę jak komunikacja w samochodach będzie zyskiwała na znaczeniu, nie ma wątpliwości, że ten segment rynku będzie rósł. Szacuje się, że jego wartość w 2020 r. może się nawet podwoić, z 30 mld dolarów w 2017 roku do 60 mld.

Rys. 4. Rynek oświetlenia samochodowego	Rys. 5. Rynek czujników lidarowych

Oświetlenie

Ważnym segmentem jest też rynek oświetlenia samochodowego. Według Yole Développement jego wartość zwiększy się w latach 2016-2022 o prawie 40%, z 25,7 mld dolarów w 2016 roku do 35,9 mld na koniec tego okresu, czyli średnio co roku o prawie 6%.

Przyczyni się do tego przede wszystkim rosnące zapotrzebowanie na lampy ledowe, które do tej pory były instalowane głównie w samochodach najwyższej klasy, natomiast obecnie zaczynają się upowszechniać i w tańszych autach średniej i niższej klasy dzięki temu, że ich ceny spadają. Ma na to wpływ standaryzacja komponentów i optymalizacja projektów modułów, z których budowane są reflektory.

Popularyzacja oświetlenia ledowego pozwala też na rozwinięcie nowych funkcjonalności w dziedzinie oświetlenia samochodowego. Przykładem jest oświetlenie zewnętrzne, zwłaszcza lampy przednie, w przypadku których od wielu lat trwają prace nad rozwojem oświetlenia adaptacyjnego. Są to lampy, które emitują wiązkę światła o parametrach (długości, kształcie) automatycznie dostosowujących się do warunków jazdy, czyli zmieniających się w zależności od aktualnej prędkości pojazdu, ruchu na drodze oraz pojazdów nadjeżdżających z naprzeciwka, pieszych, zwierząt czy pogody.

Realizacja takiej funkcjonalności stała się możliwa dzięki wyposażeniu samochodów w kamery montowane na przedzie pojazdu, które monitorują ruch na drodze oraz jego otoczenie. Drugim niezbędnym elementem takiego systemu są ledowe reflektory matrycowe.

Reflektory tego typu działają na przykład w ten sposób, że po wykryciu przez kamerę samochodów nadjeżdżających z naprzeciwka lub jadących przed danym autem, automatycznie ich odpowiednie moduły diodowe są wyłączane. Dzięki temu unika się oślepienia ich światłami innych kierowców. Ponadto inne możliwości zastosowania oświetlenia adaptacyjnego to: rozjaśnianie świateł w razie wykrycia znaków drogowych, oświetlanie pieszych światłem punktowym lub dopasowanie wiązki do warunków pogodowych i rodzaju nawierzchni.

Czujniki w ADAS - perspektywy

Na koniec odnosimy się jeszcze raz do systemów wspomagania kierowcy, aby na ich przykładzie szerzej przedstawić sytuację na rynku jednego z ich głównych komponentów, obok procesorów i oprogramowania, a mianowicie czujników. Warto zwrócić na nie uwagę, ponieważ według firmy IHS sensory montowane w autach będą źródłem znaczących dochodów producentów elektroniki. Według prognoz w 2020 roku wartość ich rynku wyniesie blisko 3,6 mld dolarów Dla porównania na przykład w przypadku diod LED będzie to ponad 2 mld dolarów, tranzystorów mocy i tyrystorów - prawie 2 mld, pamięci DRAM - 1,4 mld, NAND - 1 mld, analogowych układów ASIC - 1,6 mld dolarów Wartość rynku czujników będzie także zbliżona do wartości rynku mikroprocesorów (3,7 mld) i równa nieco mniej niż połowie wartości rynku mikrokontrolerów (7,7 mld).

W systemach ADAS zastosowanie znajdują głównie trzy typy czujników. Najtańszy jest zestaw: czujnik optyczny i kamera. Cechuje go wszechstronność, dzięki której można zrealizować wiele funkcji wspomagania kierowcy. Z drugiej strony na poprawność jego działania mają negatywny wpływ warunki zewnętrzne, na przykład pogodowe. Ponadto systemy ADAS wykorzystujące sensory optyczne i kamery wymagają zaimplementowania złożonych algorytmów w celu rozpoznawania obiektów takich jak przechodnie czy inne pojazdy.

Przegląd sensorów

Do drugiej kategorii czujników zaliczane są czujniki laserowe (lidary). W przeciwieństwie do sensorów optycznych są one mniej wrażliwe na warunki pogodowe. Niestety te o większym zasięgu, powyżej 100 m dookoła samochodu we wszystkich kierunkach, mają zwykle spore rozmiary. Chociaż w ostatniej dekadzie ich ceny znacząco spadły, wciąż są one wysokie. W związku z tym, aby mogły się upowszechnić, ich koszt musi jeszcze zmaleć. Inaczej jest w przypadku lidarów o krótszym zasięgu, które wykrywają przeszkody w odległości do 10 metrów w jednym kierunku - już od jakiegoś czasu są one z powodzeniem instalowane w wielu modelach aut.

Ten typ czujników generalnie jest uważany za przyszłościowy dla systemów wspomagania w samochodach, w związku z czym prognozuje się, że całkowity rynek lidarów w najbliższej przyszłości będzie się bardzo dynamicznie rozwijał. Na przykład według Yole Développement jego wartość wzrośnie z zaledwie 300 mln dolarów w 2017 roku do 4,4 mld w 2022 roku.

Trzeci typ czujników to radary o krótkim i długim zasięgu wykorzystujące fale elektromagnetyczne o częstotliwości od 20 do 80 GHz. Lepiej niż inne sensory sprawdzają się one w niekorzystnych warunkach pogodowych, problemem w ich przypadku jest jednak to, że te o dłuższym zasięgu mogą wykrywać obiekty znajdujące się w odległości nawet 250 m, lecz tylko pod małym kątem. Dlatego na przykład w systemach ACC (Adaptive Cruise Control) często korzysta się z kombinacji czujnika radarowego o długim zasięgu z tym o krótkim zasięgu, lecz większym kącie pomiaru.

Monika Jaworowska