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2020-2025年中国汽车底盘电动化、智能化、轻量化发展趋势分析及电池盒发展现状及发展趋势分析[图]

2019年11月27日 14:08:54字号:T|T

    电动化方面新能源电池盒产品单车价值量高达3,000-5,000元,智能化方面线控制动和线控转向系统单车价值量分别约2,500元、4,000元,轻量化方面铝合金控制臂、副架、转向节、制动钳等产品单车价值量近5,000元,2025年市场空间合计约约763亿元,年均复合增速23%。

    一、 概况

    汽车一般由发动机、底盘、车身、电气等主要部分组成,其中底盘是指汽车上由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统等部分的组合,其功能包括支承、安装汽车车身、发动机及其它各部件及总成,形成汽车的整体造型,承受发动机动力,保证车辆正常行驶等。

    底盘产业链上游主要包括钢铁、有色金属、塑料、橡胶、电子元器件等,经过产业链中游的底盘零部件企业进行组装制造生产,生产的传动、行驶、转向、制动等底盘子系统售予下游整车生产厂家。

    上游钢铁、塑料、橡胶等原材料的价格波动对于底盘零部件的毛利率等具有较大影响。下游整车的生产决定了底盘零部件的需求,同时整车的技术升级也将带来底盘零部件的形态变化。

    1传动系统

    汽车的传动系统主要由离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器以及半轴等部分组成,其功能是将发动机输出的动力送达驱动轮。

    汽车传动系的布置形式与发动机的位置及驱动形式有关,一般可分为前置前驱、前置后驱、后置后驱、中置后驱、四驱等多种形式。

    2行驶系统

    汽车行驶系统由车架、车桥、车轮和悬架组成,其功能包括:1)接受由发动机经传动系传来的转矩,并通过驱动轮与路面间的附着作用,驱动汽车正常行驶;2)传递并承受路面作用于车轮上的各种反力及其所形成的力矩;3)尽量缓和不平路面对车身造成的冲击和振动,保证汽车的平顺行驶;4)与汽车转向系协调配合,实现汽车行驶方向的正确控制,以保证汽车操纵稳定性。

    1)车架

    车架是跨接在汽车前后车桥上的框架式结构,一般由两根纵梁和数根横梁组成,经由悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。车架的功用是支撑、连接汽车的各总成,使各总成保持相对正确的位置,并承受汽车内外的各种载荷。根据结构形式不同,车架可以分为边梁式车架、中梁式车架和综合式车架(前部边梁式、后部中梁式)等,其中边梁式车架应用最为广泛。

综合式车架示意图

数据来源:公开资料整理

边梁式车架

数据来源:公开资料整理

    2)车桥

    车桥(又称车轴)通过悬架与车架(或承载式车身)相连接,其两端安装车轮。车桥的作用是传递车架(或承载式车身)与车轮之间各方向的作用力及其力矩。

    根据悬架结构的不同,车桥可以分为整体式与断开式两种。根据车桥上车轮的作用,车桥也分成转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥等四种,其中转向桥和支持桥都属于从动桥。转向桥由前轴、转向节、主销和轮毂等组成,驱动桥由主减速器、差速器、半轴、桥壳等组成。

    大多数乘用车采用前置前驱动,前桥成为转向驱动桥,后桥充当支持桥。部分汽车采用前置后驱动,因此前桥作为转向桥,后桥作为驱动桥。

整体式及断开式车桥

数据来源:公开资料整理

    3)车轮

    车轮是固定轮胎内缘、支持轮胎并与轮胎共同承受负荷的刚性轮,一般由轮辋与轮辐组成。按轮辐的构造,可分为辐板式车轮和辐条式车轮。按车轮材质,可以分为钢制、铝合金、镁合金等车轮。

    轮胎规格常用一组数字表示,前一个数字表示轮胎断面宽度,后一个表示轮辋直径,以英寸为单位。例如165/70R14表示胎宽165毫米,扁平率70,轮辋直径14英寸。中间的字母或符号有特殊含义:“X”表示高压胎;“R”、“Z”表示子午胎;“一”表示低压胎。

车轮结构

数据来源:公开资料整理

    4)悬挂

    汽车悬挂是连接车轮与车身的机构,对车身起支撑和减振的作用。悬挂主要功能是传递作用在车轮和车架之间的力,并且缓冲由不平路面带来的冲击力,以保证汽车的平顺行驶。

    典型的悬挂系统结构主要包括弹性元件(弹簧等)、减震器以及导向机构(连杆等)等部分,这三部分分别起缓冲、减振和力的传递作用。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式,而现代轿车悬挂系统多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧,部分高级轿车则使用空气弹簧。

    悬挂可以分为独立悬挂和非独立悬挂,区别在于独立悬挂的左右两个车轮间没有硬轴进行刚性连接,一侧车轮的悬挂部件全部都只与车身相连,而非独立悬挂两个车轮间不是相互独立的,之间有硬轴进行刚性连接。从结构上看,独立悬挂由于两个车轮间没有干涉,一般舒适性和操控性更好。而非独立悬挂结构简单,具有更好的刚性和通过性。此外根据具体结构,还可以分为麦弗逊式悬挂、双叉臂式悬挂、扭转梁式悬挂、多连杆悬挂等。目前大多数乘用车前悬都采用独立式的麦弗逊悬挂,后悬多采用扭转梁式、多连杆式等。

    3、转向系统

    转向系统是用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置,其功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。按照动力来源,汽车转向系统分为两大类:机械转向系统和动力转向系统。机械转向系统以驾驶员的体力作为转向能源,其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。

    动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系,一般是在机械转向系的基础上加设一套动力转向装置而成。在正常情况下,汽车转向所需能量只有一小部分由驾驶员提供,而大部分是由发动机通过动力转向装置提供的。但在动力转向装置失效时,一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。

机械转向系统示意图

数据来源:公开资料整理

    4、制动系统

    制动系统是使汽车的行驶速度可以强制降低的一系列专门装置,主要由供能装置、控制装置、传动装置和制动器等部分组成,常见的制动器主要有鼓式制动器和盘式制动器。

    鼓式制动器主要包括制动轮缸、制动蹄、制动鼓、摩擦片、回位弹簧等部分,主要是通过液压装置使摩擦片与岁车轮转动的制动鼓内侧面发生摩擦,从而起到制动的效果。

    盘式制动器主要由制动盘、制动钳、摩擦片、分泵、油管等部分构成,主要通过液压系统把压力施加到制动钳上,使制动摩擦片与随车轮转动的制动盘发生摩擦,从而达到制动的目的。

    二、汽车发展趋势

    1、电动化

    在电池成本下降、产品技术提升等因素推动下,全球电动车产销量快速增长,新能源已成为全球汽车发展方向。

    2018年中国新能源汽车销量高达125.6万辆,同比增长61.7%。新能源汽车在国内市场份额为4.5%,比2017年提高了1.8个百分点。全球多个国家均在积极推动电动汽车发展。

    2018年全球新能源汽车销量接近200万辆,中国、美国、日本、德国等地新能源汽车市场份额均已突破1%。

    随着技术进步以及相关政策的推动,全球新能源汽车产业将顺利克服产业导入期的挑战,驶入发展的快车道。

    2、智能化

    智能化是汽车另外一个重要发展方向。按照功能不同,美国汽车工程师学会(SAE)将无人驾驶分为辅助驾驶、部分自动化驾驶、有条件自动化驾驶、高度自动化驾驶和完全自动化驾驶等五个阶段。

    目前欧美等部分发达国家辅助驾驶与部分自动化驾驶技术(L1/L2)较为成熟,部分功能已在众多中高端车上搭载,有条件与高度自动化驾驶技术(L3/L4)则大都处于试验阶段,少量搭载L3车型开始上市。国内智能汽车发展相对较晚,目前仍处于L1/L2渗透过程中。

自动驾驶分级

NHTSA
SAE
称呼(SAE)
SAE定义
主体驾驶操作
周边监控
支援
系统作用域
0
0
无自动化
由人类驾驶者全权操作汽车,在行驶过程中可
以得到警告和保护系统的辅助。
人类驾驶者
人类驾驶者
人类驾驶者
1
1
驾驶支援
通过驾驶环境对方向盘和加减速中的一项操作
提供驾驶支援,其他的驾驶动作都由人类驾驶
员进行操作。
人类驾驶者系
部分
2
2
部分自动化
通过驾驶环境对方向盘和加减速中的多项操作
提供驾驶支援,其他的驾驶动作都由人类驾驶
员进行操作。
系统
3
3
有条件自动
由无人驾驶系统完成所有的驾驶操作。根据系
统请求,人类驾驶者提供适当的应答
系统
4
4
高度自动化
由无人驾驶系统完成所有的驾驶操作。根据系
统请求,人类驾驶者不一定需要对所有的系统请求作出应答,限定道路和环境条件等。
系统
5
完全自动化
由无人驾驶系统完成所有的驾驶操作。人类驾
驶者在可能的情况下接管,在所有的道路和环
境条件下驾驶。
全域

数据来源:公开资料整理

    2018年我国ADAS自动驾驶渗透率约为10%,欧美等发达国家约为15%以上。全球及国内自动驾驶渗透率将快速提升,预计2025年L1/2渗透率将达到50%,L3将达到15%,而L4/5有望达到5%。

2016-2040年分等级自动驾驶汽车渗透率及预测

数据来源:公开资料整理

    国内近期推进以自主环境感知为主、网联信息服务为辅的部分自动驾驶应用,2020年驾驶辅助(DA)、部分自动驾驶(PA)车辆市场占有率约50%;中期重点形成网联式环境感知能力,实现可在复杂工况下的半自动驾驶,2025年高度自动驾驶(HA)车辆占有率约10%~20%;远期推动可实现V2X协同控制、具备高度/完全自动驾驶功能的智能化技术,2030年完全自主驾驶(FA)车辆市场占有率近10%。

    从企业规划来看,国外大部分整车厂计划将在2020年前后投放L3级量产车,并将在2025年前后实现L4级量产。百度、谷歌、特斯拉等科技公司规划2020年前后实现L4/L5级别自动驾驶。

    国内部分主机厂计划在2020年实现L3级自动驾驶,如北汽、广汽新能源等;2025年实现L4自动驾驶。但是国内造车新势力们则相对激进,部分企业提出在2020年就将自动驾驶达到L4级别。

    3、轻量化

    除了电动化和智能化,在燃油车油耗和电动车续航里程等因素推动下,轻量化是汽车产业另一个重要发展方向。

    燃油经济性一直是消费者购车时关注的焦点,油耗问题也长期位居J.D.Power客户关注度前列。为了可持续发展,世界各国都制定了汽车燃油消耗标准,中国也同样发布了乘用车燃料消耗量的限制政策,目标是2020年乘用车平均燃料消耗量降至5.0升/百公里。

    141家车企的燃料消耗量达标率为仅有46.8%。考虑到新能源汽车的折算系数逐渐下降,油耗要求年度降幅越来越大,满足要求将会变得越来越难。

2016-2020年国内油耗限值及预测

数据来源:公开资料整理

2016-2020年国内油耗年度降幅及预测

数据来源:公开资料整理

    但是传统发动机的油耗改进措施较为有限,而且多种措施叠加的节油边际收益会越来越小,增加的零件成本也会越来越高。因此传统的措施很难满足平均油耗2020年降到5升/百公里的要求,必须寻求其它措施。根据测算,一般车重每减少10%,油耗可以降低约6%-8%。从技术可行性上看,轻量化是传统内燃机汽车降低油耗并满足第四阶段油耗限值的必然选择。消费者需求推动整车企业发展高续航车型。近年来国内新能源汽车行业蓬勃发展,电动车销量节节攀升。但电动车车主大都有里程焦虑症,而更多的消费者还在观望是否选择电动车,电动车的续航里程是主要因素。目前一般内燃机车加满油的续航里程都在500-700公里,而主流电动车续航里程只有300-500公里左右,和内燃机汽车差距巨大,而且还会随着时间推移和电池老化而慢慢减少。

    国家法规推动企业增加电动车续航里程。新能源汽车积分直接与续航里程正相关,而续航里程是新能源乘用车获得较高补贴的主要因素。为了获得较高的新能源汽车积分和购置补贴,整车企业有动力发展高续航电动车。

    为了增加续航里程,汽车厂商纷纷增加电池容量。但增加电池的同时也增加了整车质量,使得续航里程的改善达不到预期效果。因此光增加电池很难解决续航里程问题,必须同时降低整车质量。除了高速工况下空气阻力占比较大外,一般行驶工况下电动车耗费的能量都和整车质量正相关。

    纯电动车的整车成本结构中,电池约占30%~50%。在相同的续航里程下,采用轻量化技术的电动车可以减少电池数量,从而大幅度降低电池成本和整车成本。德国研究机构FKA此前研究表明,对于高尔夫之类大小的电动车型,在相同续航里程及产销量10万辆情况下,使用全铝车身将增加1,015欧元成本,但可以节省电池成本1,650欧元,总成本将减少635欧元。

    三、底盘系统

    汽车行业的发展趋势是电动化、智能化、网联化、共享化、轻量化。面对这些发展趋势,零部件子系统受到的影响各不相同,一般有增减零部件、提升或降低单车价值量等影响。

    电动化对于底盘(新增电池壳)、空调冷却(电动空调、电池冷却系统)、电子电气等子系统具有增量作用,对于动力总成则有增(电动车新增电池电机电控等)有减(电动车无需发动机变速箱燃油系统等)。智能化主要对底盘系统(线控底盘)、通讯控制系统、电子电气系统等具有增量作用。

    网联化主要对通讯控制(增加T-box等联网零件)、电子电气系统具有增量作用。共享化则主要侧重于汽车商业模式的改变,同时对通讯控制(增加联网及控制零件)、电子电气系统具有增量作用。

    轻量化应用范围较广,对动力总成、底盘、内饰、车身、外饰等都具有增量作用。对于底盘系统,电动化、智能化、轻量化都将带来底盘系统的单车价值量大幅提升,相关供应商有望受益。

    1、电池盒

    电动化是汽车产业发展方向,新能源汽车的市场份额快速提升,也将为底盘零部件带来新的机遇。对比传统燃油车和新能源汽车的底盘系统,我们可以发现,传动系将会发生较大变化,制动系需要将机械真空泵替换成电子真空泵,行驶系和转向系基本一致,此外需要新增电池盒等零件。

传统底盘与电动车底盘比较

传统底盘
电动车底盘
传动系
离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器以
及半轴等部分组成
纯电动及混动车型动力系统发生变化,传动系统同样
改变
行驶系
车架、车桥、车轮、悬挂
基本一致
转向系
转向系统
基本一致
制动系
传统制动系统多由发动机提供真空助力,辅助制
纯电动车没有发动机提供真空助力,需要使用电子真
空泵EVP或线控制动系统
其它
 -
电动车需增加电池盒等零件

数据来源:公开资料整理

    新能源汽车的底盘设计有两种途径,一种是由传统底盘改制设计,尽可能地沿用原有设计,根据需要进行部分的改制工作,开发难度小、开发成本低、开发周期短,并且能够与传统车共用平台,并在很大程度上沿用传统车的成熟零部件。但是考虑到公用性等,在开发设计的过程中受到的限制较多,总布置的难度较大,模块集成化较低等缺点。另外一种是新能源专有平台开发,没有燃油车公用等众多限制,新能源专有底盘的设计可以更优化、集成度更高、性能更卓越,因此专有平台已经成为新能源汽车底盘设计的新趋势。

    动力电池系统是新能源汽车的核心动力来源,为整车提供驱动电能,主要由电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和电池管理系统BMS等组成。

    其中电池壳体是新能源汽车动力电池的承载件,由上盖与下壳体两部分组成,主要用于保护锂电池在受到外界碰撞、挤压时不会损坏。电池包壳体作为电池模块的承载体,对电池模块的安全工作和防护起着关键作用。

    一般电芯由专业的动力电池供应商提供,Pack系统一般由动力电池供应商、主机厂、第三方供应商提供。而电池盒体积较大,对于加工设备、工艺、设计能力等要求相对较高,因此目前主要由专业供应商提供。

    2、电池盒发展趋势

    按照材料来看,电池盒主要有钢板、铝板(包括压铸、挤压等)、复合材料(碳纤维等)等几种形式,目前应用较多的是钢制、铝制。

    传统的燃油车主要以钢制车身为主,整车企业对钢铁的研究及技术的应用较为熟悉,所以电池包箱体开始是钢制件。随着续航里程要求推动轻量化需求提升,铝合金产品使用越来越多。

    不同材料各有特点,其中铝板(挤压/压铸)具有重量轻、成本适中等优点,未来有望占据主流。

    2018年国内新能源汽车销售125.6万辆,渗透率仅有4.5%,因此新能源汽车及电池包尚处于早期成长阶段。随着新能源汽车产销量逐步扩大,电池壳产品市场空间有望快速增长,测算,2020-2025年电池壳市场空间年均复合增速高达19%。

2020-2025年新能源乘用车销量预测

数据来源:公开资料整理

2020-2025年新能源乘用车市场空间预测

数据来源:公开资料整理

    目前国内外电池盒供应商主要有凌云股份(收购德国WAG)、华域汽车(赛科利)、华达科技、金鸿顺、拓普集团、本特勒等,配套关系如下表。从市场格局来看,目前电池盒尚处于发展早期阶段,市场格局尚不明朗。

    四、底盘发展趋势分析

    1、底盘智能化

    线控制动是未来趋势,近一百年来,汽车制动系统经历了从机械到液压再到电子(ABS/ESC)的进化过程,未来的发展趋势将是线控制动。

    最原始的制动是机械制动,驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,从而达到制动的效果。后来随着汽车质量的增加,开始出现真空助力装置。

    随着技术不断进步,液压制动技术开始发展,但到20世纪50年代液压助力制动器才成为现实。当驾驶员踩下制动踏板,力经过推杆传到主缸活塞从而压缩制动液,制动液经过油管加大制动轮缸的压力,轮缸活塞在压力作用下驱使制动蹄片压向制动鼓,在摩擦片的作用下使制动鼓减小转速或者停止转动,达到制动的效果。

液压制动系统

数据来源:公开资料整理

机械制动系统

数据来源:公开资料整理

    随着电子技术的发展,防抱制动系统(ABS)逐步开始量产应用和推广。1978年8月,奔驰与博世在德国发布了全球首款ABS,并且率先应用在W116世代的S级车上。

    ABS主要由ECU控制单元、车轮转速传感器、制动压力调节装置和制动控制电路等部分组成。在制动过程中,ABS控制单元不断从车轮速度传感器获取车轮的速度信号,并进行处理,进而判断车轮是否即将被抱死。当车轮趋近于抱死临界点时,制动分泵压力不随制动主泵压力增加而增高,压力在抱死临界点附近变化,从而避免车轮抱死,减少了危险事故的发生。

    另外一项重要的发明就是车身稳定控制系统(ESP),这也是博世的专利技术。其他公司也有类似的系统但叫法略有不同,如宝马的DSC、丰田的VSC、通用的ESC等。ESP系统其实是一组车身稳定性控制的综合策略,是ABS(防抱死系统)和ASR(驱动轮防滑转系统)功能上的延伸。ESP主要由控制总成ECU、转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等组成。

    当汽车快速行驶或者转向时,产生的横向作用力会使汽车不稳定,易发生事故,而ESP系统可以将这种情况防患于未然。例如当车辆前面突然出现障碍物时,驾驶员必须快速向左转弯,此时转向传感器将此信号传递到ESP控制总成,侧滑传感器和横向加速度传感器发出汽车转向不足的信号,这就意味着汽车将会直接冲向障碍物。那么这时ESP系统将会瞬间将后轮紧急制动,这样就能产生转向需要的反作用力,使汽车按照转向意图行驶,避免直接撞向障碍物的事故发生。

    对于传统燃油汽车,一般利用发动机提供真空助力;而电动车没有发动机提供真空助力,需要使用电子真空泵,或者使用线控制动系统。对于智能汽车,尤其是L3及以上等级自动驾驶汽车,制动系统的响应时间尤为重要,线控制动响应更快,是实现自动驾驶安全的重要保障。

    线控制动系统是在传统的制动系统上发展而来的,使用电系统替代传统的机械或液压系统,是汽车制动技术长期的发展趋势。传统制动系统由制动踏板施加能量,经液压或气压管路传递至制动器;而线控制动系统执行信息由电信号传递,制动压力响应更快,因此刹车距离更短更安全。

    目前线控制动系统单价约2,500元,未来随着产销量上升带来成本降低,价格有望下降至2,000元左右。按照2020年、2025年国内乘用车销量分别为2,300万、2,700万辆,线控制动系统渗透率分别为10%、30%进行估算,2020年、2025年国内线控制动系统的市场空间分别为58亿、162亿元。从发展阶段来看,线控制动尚处于发展早期阶段,目前渗透率较低,仅有少量车型配备,新能源汽车配置率相对较高。随着新能源汽车、L3及以上智能驾驶的逐步渗透,线控制动有望爆发。预测,线控制动2020-2025年市场空间年均复合增速高达23%。

2020-2025年线控制动系统市场空间预测

数据来源:公开资料整理

    EHB国外厂商技术发展已经比较成熟,国内在努力追赶;EMB还处在研究阶段,目前看短期较难有突破。目前线控制动系统的主要供应商包括博世、采埃孚、大陆等国际零部件巨头企业,大都从20世纪90年底开始研发,在底盘控制领域具有丰富的技术积累和供货经验,具有一定的先发优势。

    从竞争要素来看,线控制动产品技术含量较高,且需要较长投入期,因此对于人才、技术和资本要求较高。目前国内发展相对较好的有伯特利、拓普集团、万安科技等,兼备人才、技术和资本等优势,有望在未来的市场竞争中获得一席之地。

    智能化推动线控转向成为新趋势。对于L3及以上等级智能汽车,部分或全程会脱离驾驶员的操控,因此智能驾驶控制系统对于转向系统等要求控制精确、可靠性高,只有线控转向(SteeringByWire,SBW)可以满足要求,因此成为转向系统未来的发展趋势。

    线控转向系统是指,在驾驶员输入接口(方向盘)和执行机构(转向轮)之间是通过线控(电子信号)连接和控制的转向系统,即在它们之间没有直接的液力或机械连接。

    线控转向系统主要分为三个部分:1)转向盘系统,包括转向盘、转矩传感器、转向角传感器、转矩反馈电动机和机械传动装置;2)电子控制系统,包括车速传感器,也可以增加横摆角速度传感器、加速度传感器和电子控制单元以提高车辆的操纵稳定性;3)转向系统,包括角位移传感器转向电动机、齿轮齿条转向机构和其他机械转向装置等。

    线控转向系统是通过给助力电机发送电信号指令,从而实现对转向系统进行控制。当转向盘转动时,转矩传感器和转向角传感器将测量到的驾驶员转矩和转向盘的转角转变成电信号输入到电子控制器(ECU),ECU依据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转方向,并根据转向力模拟、生成反馈转矩,控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转的角度,通过机械转向装置控制转向轮的转向位置。

    线控转向系统的优点主要有:1)省略车辆前舱一部分转向机械结构的占用空间;2)没有机械的转向管柱,提高车辆的碰撞安全性;3)方向盘转角和转向力矩可以独立设计,适应不同类型驾驶员对“手感”的要求。

    线控转向系统的缺点主要有:1)需要较高功率的力反馈电机和转向执行电机;2)复杂的力反馈电机和转向执行电机的算法实现;3)冗余设备导致额外增加成本和重量。

    目前EPS单价约1,500元,线控转向系统以EPS为基础,短期产销量较低,预计单价约4,000元,后期随着应用范围扩大,预计单价有望逐步降低至3,000元左右。

    按照2020年、2025年国内乘用车销量分别为2,300万、2,700万辆,线控制动系统渗透率分别为0.1%、15%进行估算,2020年、2025年国内线控制动系统的市场空间分别为1亿、122亿元。

    从发展阶段来看,线控转向尚处于发展早期阶段,目前渗透率极低,仅有少量车型配备。随着L3及以上智能驾驶的逐步渗透,线控制动有望爆发。预测,线控制动2020-2025年市场空间年均复合增速高达166%。

2020-2025年线控转向系统市场空间测算

数据来源:公开资料整理

    EPS关键技术在于控制器的设计,核心内容包括路感匹配、路感跟踪、故障诊断及处理等。EPS的核心部件电机、电控、扭矩传感器、角度传感器基本都为各大主机厂内部供应。线控转向技术需要在EPS技术上发展,因此参与者绝大多数都是传统的EPS系统供应商,新厂商切入此领域比较困难。从竞争要素来看,线控转向系统对于技术、资本、安全等要求较高,预计短期内线控转向产品还将为博世、采埃孚等巨头所把控。目前拓普集团等企业在EPS等领域已有产品布局或量产,通过持续投入,未来国内企业或将迎来发展机会。

    2、电子油门

    除了转向和制动,电子油门也是线控系统重要的应用。电子油门也称为电控油门(E-Gas)或线控驾驶(drive-by-wire)。

    传统节气门操纵机构是通过拉索或者拉杆对节气门的开启和关闭进行操作,拉索或拉杆的一端连接油门踏板,另一端连接节气门联动板。这种传统油门的控制需要一系列的机械件进行传动,虽然比较可靠,但不够精确。

    电子油门控制系统是用线束(导线)来代替拉索或者拉杆,发动机控制模块根据加速踏板的位置信号和发动机其它参数信号计算出节气门的开度,然后向节气门驱动电机发送驱动信号,由电机来控制节气门的开度。

    电子油门主要由油门踏板、踏板位移传感器、ECU(电控单元)、CAN总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。

    位移传感器安装在油门踏板内部,当监测到油门踏板高度位置有变化,将此信息送往ECU,ECU对该信息和其它系统传来的数据信息进行运算处理,计算出一个控制信号,通过线路送到伺服电动机继电气,伺服电动机驱动节气门执行机构。

    目前电子油门踏板应用相对成熟,乘用车产品单价约50元。按照2020年、2025年国内乘用车销量分别为2,300万、2,700万辆,电子油门渗透率按照100%计算,2020年、2025年国内线控制动系统的市场空间分别为11.5亿、12.2亿元,市场空间相对稳定。

    从发展阶段来看,目前电子油门渗透率接近100%,处于成熟阶段。从市场空间来看,增长主要来源于汽车产销量的增长,整体走势相对平稳。

2020-2025年电子油门市场空间测算

数据来源:公开资料整理

    电子油门领域,目前国内主要的供应商包括海拉、联电、宁波高发、奥联电子、凯众股份等,其中海拉市占率相对较高,预计达到60%。

    从竞争要素来看,电子油门产品相对成熟,产品选择主要侧重于质量、价格、服务等。随着宁波高发等国内厂商技术逐渐进步,有望凭借较低价格及更好服务获得更多合资客户订单,国产化将是电子油门领域重要发展方向,国内供应商有望受益。

    3、底盘轻量化

    燃油车油耗排放和电动车续航是国内汽车厂商面临的两大挑战,轻量化是解决问题的关键之一,因此也是汽车未来重要的发展方向。

    汽车行业很早就开始探索轻量化技术,主要手段包括选用轻质材料、优化结构设计和选择先进制造工艺等。优化结构设计和先进制造工艺带来的减重效果相对较小,因此目前轻量化研究的主要方向是轻质材料,包括高强度钢、铝合金和碳纤维复合材料等。

    轻量化材料主要有高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维等。轻量化材料的选择需要考虑重量、成本、工艺等多个因素。高强度钢性能优异,价格较低,但密度较高;铝合金和镁合金减重效果较好,但成本略贵;碳纤维减重效果好,但成本最高。综合来看,铝合金具有减重效果好、安全性好、性价比高等突出优点,是汽车轻量化最佳选择之一。

    铝合金材料是汽车轻量化最理想的材料之一,未来十年内汽车的各个主要部件用铝渗透率都将明显提高。预测,铝制引擎盖的渗透率会从2015年的48%提升到2025年的85%,铝制车门渗透率会从2015年的6%提升到2025年的46%。具体反映在平均单车用铝量上,1980年北美地区每辆车平均用铝量为54kg,到2010年增长到154kg,预计到2025年每辆车的平均用铝量将会达到236kg,单车用铝量的大幅上升,带来对公司汽车铝合金压铸件产品的增量需求。

汽车零部件铝合金渗透率

数据来源:公开资料整理

    车辆在路面行驶时,悬挂系统会不断接受来自路面的冲击。簧上质量与簧下质量之比越大,车体受到的冲击越小,也就意味着该车拥有更好的乘坐舒适性。更小的簧下质量意味着悬挂系统拥有更好的动态响应能力以及可操控性。簧下质量的降低,惯性也就变小,遇到坑洼不平的路面时悬架反应更快,轮胎能够更加贴伏地面,稳定性及操控性上升。

    按照2020年、2025年国内乘用车销量分别为2,300万、2,700万辆,预计2020年铝合金控制臂、副车架、转向节、制动钳渗透率分别为15%、8%、40%、5%,2025年铝合金控制臂、副车架、转向节、制动钳渗透率分别为30%、25%、80%、20%来计算,2020年、2025年国内主要底盘部件轻量化市场空间分别为140亿、330亿元,市场空间快速增长。

    从发展阶段来看,底盘轻量化尚处于发展早期阶段,目前渗透率均相对较低,仍有较大发展空间。预测,主要底盘部件轻量化市场空间2020-2025年的年均复合增速高达19%。

2020-2025年底盘轻量化路合金渗透率

数据来源:公开资料整理

2020-2025年底盘轻量化市场空间预测

数据来源:公开资料整理

    相关报告:智研咨询发布的《2019-2025年中国汽车及汽车底盘行业市场供需预测及发展前景预测报告

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