2022年汽车线控底盘行业深度研究.docx
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1、2022年汽车线控底盘行业深度研究1.引言电动智能变革是中国汽车产业链弯道超车的历史性机遇。我们坚定看好电动智能变革 造就自主零部件供应商做大做强的历史性机遇,传统燃油车时代欧美日整车厂占据主导地 位,诞生博世、电装、采埃孚、麦格纳、爱信精机、大陆等欧美日零部件巨头,而在智能 电动车时代,中国车企有望实现弯道超车,带动产业链共同成长,叠加中国速度和性价比 优势,必将诞生领先全球的自主零部件巨头。 电动智能变革驱动汽车底盘线控化升级。传统燃油车的底盘系统由驱动、传动、转向、 制动四部分组成,机械、液压零部件繁多,结构复杂,无法满足高阶自动驾驶对车辆操控 性和主动安全的需求;通过线束传输信号+电机
2、直接驱动能实现对执行机构高效、精准的 控制,底盘子系统的电动智能升级驱动线控驱动、线控悬架、线控转向、线控制动等线控 系统的成长。伴随整车电子电气架构的集成化升级,对于底盘系统集成化的要求越来越高, 底盘域控制器将作为整车“小脑”,进行多执行系统的协同控制,底盘也将由子系统线控 化向整个底盘全线控进化,线控底盘系统标准化、模块化,底盘运算控制集成化、协同化 将成为重要发展趋势。技术升级驱动线控底盘加速。过去高安全等级+高安全壁垒使得底盘系统尤 其是制动和转向系统的竞争格局非常稳固,博世、大陆、采埃孚天合等占据绝对垄断地位, 自主供应商由于起步较晚,性能、成本和外资差距较大,无法实现从 0 到
3、1 的突破。而随 着底盘线控化升级,自主供应商借助变革机遇奋起直追,叠加博世缺芯助推,尤 为可期,其中线控制动、线控悬架正在加速。大赛道+好格局,必将诞生大公司! 研究框架:本报告着力于研究电动智能增量部件之线控底盘大赛道,基于全球视角, 研究线控底盘整体及各子系统的发展趋势及现状,以及未来 3-5 年内的核心增长点,我们 判断线控制动、转向为最核心增长点,并围绕这两个赛道分析技术发展路径、产业进展及 各公司布局,把握最新趋势,探寻投资机会。2.线控底盘:千亿市场规模,高阶智驾必备线控底盘是自动驾驶执行端的重要部件,是中短期最具落地前景的智能驾驶子赛道。 伴随整车电动化、智能化程度的加深,对底
4、盘智能化程度、响应速度、控制精度的需求不 断提升,线控底盘能够实现对整车动力输出的主动控制,是实现高阶智能驾驶的基础、集 中式电子电气架构的必经之路,将迎来历史性发展机遇。 线控制动、线控转向是未来发展重心。线控底盘以底盘电动化为基础,包括线控制动、 线控转向、线控悬架、线控油门/驱动、线控换挡等五大子系统,其中线控制动、线控转向 是中短期内最具发展前景及可能的两大赛道。随着汽车电子技术的快速发展,底 盘运算控制呈现集成化、协同化的发展趋势,底盘域控也将成为发展重心。功能升级+渗 透率提升下,有望推动线控底盘量价齐升。我们预计 2025 年全球线控底盘五大系统合计 市场规模有望达 1,757
5、亿元,2021-2025 CAGR +36%,其中线控制动、线控转向市场规 模分别为 488/137 亿元,2021-2025 CAGR +51%/ +174%。2.1.驱动力:高阶自动驾驶&集成化造车驱动因素一之自动驾驶:高阶自动驾驶要求实现主动动力输出,驱动线控技术加速落 地。传统底盘系统中,转向、制动等控制指令由驾驶员发出,液压/电动等机械连接装置负 责传导及辅助驾驶员完成执行动作;而线控底盘取消机械、液压、气压等辅助装置,采用 电信号传递信息完成制动、转向灯执行动作,能够 1)通过传感器感知驾驶意图及行车状 况,实现对整车动力输出的主动控制;2)具备响应速度快和控制精度高的特点,能够满
6、 足自动驾驶对实时响应的需要。 因此,线控底盘技术的引入是为了顺应高阶自动驾驶的需要,实现汽车底盘的电动化、 智能化,包括线控制动技术、线控转向技术、线控悬架技术、线控油门/驱动技术等四大线 控技术。底盘域控制器是整车“小脑”,是实现线控底盘运算集成化的必要构件。底盘域控 制器是包括域主控硬件、操作系统、算法和应用软件等组成的整个系统的统称,是一个大的运算平台,在“中央集成+域控制器”架构下,底盘域控制器将作为汽车“小脑”, 承担:1)接受上层感知层和决策层的指令;2)建立统一的车辆动力学概率模型,实 现多执行系统的优化协同控制;3)将上层决策指令传递给各线控底盘子系统 ECU, 实现动力控制
7、。底盘域控能够实现底盘传感系统整合与信号融合,优化整车功能安全 等级与驾乘体验,是实现线控底盘运算集成化的必要构件。目前,主机厂将更多精力 放在“大脑”(智能驾驶域控制器)上,而开发流程较为复杂、调校周期较长的“小脑” (底盘域控制器)更多交由第三方供应商协作完成。驱动因素二之电子电气架构升级:集成式电子电气架构加速线控底盘技术应用。 分布式架构下,制动、转向、驱动为独立子系统,由单独的 ECU分别控制,由于底盘 运动执行信号来自驾驶员,各子系统协同需求较低,EPS、ABS、ESP、线控驱动等 子系统在分布式 EEA 架构下可独立应用。随着整车智能化程度的提升,分布式架构存 在各子系统难协同、
8、网络结构复杂、软硬件耦合关系强、无法统一 OTA 升级等问题。 线控底盘融合各子系统及底盘域控,能有效解决上述问题,实现底盘运动控制运算的 集成化、协同化,有望受益电子电气架构升级实现加速落地。驱动因素三之集成化造车:远期来看,集成化造车要求上下解耦,线控底盘技术 是必要技术。展望未来,滑板底盘是集成化造车的集大成者,使得整车制造实现上下 装结构独立、分体开发,从而有效缩短研发周期、降低造车门槛,有望成为汽车底盘 的终极形态。从结构上看,滑板底盘集成底盘所有子模块,是独立于上车体的模块化 产品,需要实现机电一体化和控制集中化。滑板底盘上下解耦的核心需求要求在执行 层面做到自主动力输出,有望作为
9、终极指引,推动线控技术的开发和应用。2.2.系统构成:线控制动和线控转向为核心历史发展:汽车底盘从机械化电控化线控化演变,线控底盘在电动化基础上发展 而来。1980 年以前,汽车底盘以机械、液压助力为主;1980 年以后,伴随线控油门、电 控空气悬架的量产,汽车底盘逐步向电控化发展;2000 年以来,随着电机技术的进步, 以EPS、电动泵、ESP等电子电气组件为代表的电动底盘部件得到了快速应用和发展,底 盘持续由机械向电动转变;2013 年,随着博世 Two Box 线控制动产品(i-Booster)的量 产,线控制动迎来里程碑式突破,LDW、LKA、APA、AEB 等自动辅助驾驶系统也顺应整
10、 车智能化程度提升实现快速增长,底盘电控化进程实现更进一步。 发展趋势:线控制动和线控转向是当下最具成长性的细分赛道。线控制动、转向技术 壁垒最高,量产时间较晚,格局未定,存在广阔空间。1)线控制动:新能源汽车市场爆发促进线控制动加速渗透,2020/2021 年渗透率约 6%/10%,处于大规模放量初期,未来 2-3 年内增速较高; 2)线控转向:是高阶自动驾驶概念下必备技术,壁垒高,单车价值大,目前有少量 车型实现量产,随着自动驾驶的发展和线控转向行业标准的制定,预计 2-3 年间 有望实现量产落地; 3)线控悬架:技术应用较早,但由于价格高昂,目前主要应用于高端车型,渗透率 较低;未来伴随
11、消费升级、国产打破空气悬架技术垄断,推动产品价格进一步下 探,空气悬架渗透率有望加速提升。 4)线控驱动:技术壁垒较低,应用成熟,我们预计目前渗透率已接近 100%,未来 规模和格局将保持相对稳定状态。2.2.1.线控制动:电动智能促进需求爆发 One Box 为主流趋势线控制动驱动力:线控制动能够解决电动车真空助力缺失问题和实现能量回收;并实 现快速制动响应,满足自动驾驶需求,电动化和智能化双重驱动渗透率提升。目前主流的 行车制动系统为融入了 ABS/ESC 的电子控制制动系统,当踏下制动踏板后,真空助力器 放大作用力,推动主缸活塞释放制动液,再由 ABS/ESC 模块计算、分配制动力,最后
12、制 动液推动卡钳内活塞使制动块夹紧制动盘,完成制动。由于自动驾驶在执行层要求更短的 制动响应速度(300ms120ms),而且新能源汽车无发动机产生真空助力,提升能量回 收效率需要实现踏板解耦,现有制动系统无法满足新能源与自动驾驶汽车的需求,而线控 制动能够同时解决上述的问题。 线控制动技术路线:EHB vs EMB:EHB 成本更低、技术更成熟,为未来 3-5年内主 要发展路径。线控制动系统主要分为电子液压制动系统 EHB 和电子机械制动系统 EMB。EMB 由于技术成熟度较低且成本较高,目前难以得到广泛运用。EHB 中由电机取代真空 助力器,直接推动主缸活塞实现制动,既解决新能源汽车中真空
13、助力的问题,又提高了制 动响应速度,是现在主流的线控制动方案。 EHB:One Box vs Two Box:One Box 方案成本更低、质量更轻,逐渐成为主流趋 势。EHB 分为集成式的 One Box 方案与分立式的 Two Box 方案,One Box 方案由于将 ESP 集成在 EHB 中,只保留 ESP 软件而省略掉 ESP 的硬件(电机、控制器、ECU),单 车成本更低;且其能量回收时制动减速度更高,制动体验好,逐渐成为当前主流发展趋势。 线控制动市场规模:量产规模扩大带动产品价格下降,2025 年全球市场规模有望达 488 亿元。随着 5 年内 EHB 量产规模的扩大,单车价值
14、有望降低至 1,500 元/套,线控制 动渗透率有望迎来爆发,带动市场规模显著增长。1) 2021 年全球线控制动渗透率为 8.4%,我们预计 2025 年全球新能源乘用车渗透率达 50%,新能源/燃油车 EHB 渗透率分别为 80%/15%,EHB 综合渗透率约 48%,则 2025 年全球 EHB 乘用车市场规模将从 2021 年的 94 亿元上升至 488 亿元,2021- 2025 CAGR 为 51%;预计 2030 年全球新能源乘用车渗透率达 70%,EHB 综合渗透 率约 72%,则 2030 年全球 EHB 乘用车市场规模为 798 亿元,2021-2030 CAGR 为 27
15、%。 2) 2021 年中国线控制动渗透率为 10.3%,我们预计 2025 年中国新能源乘用车渗透率达 65%,EHB 综合渗透率约 57%,则 2025 年中国 EHB 乘用车市场规模将从 2021 年 的 44 亿元上升至 233 亿元,2021-2025 CAGR 为 51%;预计 2030 年中国新能源乘 用车渗透率达 90%,EHB 综合渗透率约 84%,则 2030 年中国 EHB 乘用车市场规模 为 302 亿元,2021-2030 CAGR 为 24%。远期趋势:L4+自动驾驶推动下,EMB、轮毂电机是长期技术发展方向。根据产业内 技术规划,预计到 2025 年,满足 L3
16、自动驾驶安全需求的 One Box、Two Box EHB 产品 将实现批量应用,状态估计、传感等部分算法将集成到域控,EMB 完成样机研制;到 2030 年,满足 L4 自动驾驶冗余需求的 EHB、EMB 将实现批量应用,轮毂电机小规模装 载;2030 年以后,轮毂电机方案有望在 L5 自动驾驶的推动下得到普及。2.2.2.线控转向:高阶智驾加速落地 转向新标准扫清政策障碍转向系统发展趋势:动力助力转向技术成熟,线控转向是必然发展趋势。乘用车转向 系统已基本完成从机械式转向系统(MS)、液压助力转向系统(EHPS)向电动助力转向 系统(EPS)的转型,目前,乘用车转向系统以 EPS 为主,渗
17、透率已超过 95%。智能驾 驶催化下,线控转向技术是未来的发展重心。 线控转向驱动力:转向新标准扫清政策障碍,高阶自动驾驶推动技术发展,线控转向 有望加速落地。 1) 智能驾驶驱动:EPS 等动力助力转向系统的转向信号来自于驾驶员,需要借助机 械传导实现助力,无法支持 L3+以上自动驾驶;线控转向由 ECU接受方向盘转矩 信号,综合车辆速度、加速度等路况信息进行分析并控制电动机产生转向动力, 信号来源为软件算法,能够实现转向执行动作与驾驶员操作的解耦,满足高阶自 动驾驶的需求,是实现自动驾驶的必需部件。 2) 政策障碍扫除:2022 年 1 月 1 日,中国转向标准 GB 17675-2021
18、 正式实施,新 政解除过去政策对转向系统方向盘和车轮物理解耦的限制,中汽研标准所与集度、 蔚来、吉利等OEM将共同推动制定中国线控转向的行业标准制定,为线控转向落 地扫除政策障碍。线控转向发展趋势:可靠性与高成本是当前落地的主要障碍,高阶智驾驱动下有望实 现规模应用。线控转向硬件结构与 R-EPS 相似,主要区别在于软件算法复杂度大幅提升。 目前,路感模拟、主动转向控制等核心技术尚不成熟+冗余备份带来额外硬件成本,阻碍 线控转向落地。因此,我们预计短期内“EPS+冗余”将作为线控转向的替代品,满足 L3 及 以下自动驾驶的需要。2025年,伴随 L3+自动驾驶渗透率提升,线控转向有望在高端车型
19、 上实现批量应用;2030 年,随着线控转向技术成熟度提升、成本下探、高阶自动驾驶渗 透率的进一步提升,线控转向有望得以普及,渗透率进一步提升。线控转向市场空间:自动驾驶促进线控转向渗透率提升,2025/2030 年全球市场规模 约 137/665 亿元。目前线控转向单价较高,约为 5,000-6,000 元 ,量产车型仅英菲尼迪 Q50、Q50L、Q60、全新 QX50 等,2021 年全球/中国渗透率均约为 0.04%。未来,随着 政策放松及智能驾驶的发展,线控转向有望从导入期步入快速成长期。 L3+自动驾驶的实现将使得线控转向落地,罗兰贝格曾预计 2025 年 L2、L3、L4 自动 驾
20、驶渗透率约 35%、4%、1%,结合长城、一汽丰田 bZ4X 等车企线控转向落地计划,我 们预估 2025年/2030 年全球线控转向渗透率为 5%/30%,2024年以前单车配套价值 5,000 元,2025 年/2030 年随规模化量产线控转向价格下探至 4,000/3,000 元,则 2025 年/2030 年全球线控转向市场规模为 137/665 亿元,2021-2025 CAGR +174%,2021-2030 CAGR +87%。2.2.3.线控悬架:军备竞赛+消费升级 空气悬架加速渗透线控悬架与自动驾驶相关性较低,主要优势在优化驾乘体验。汽车悬架系统是连接车 身与车轮的结构,对车
21、身起到支撑与减振作用,由减震器、弹簧、导向装置组成。线控悬 架系统能够根据车辆状态、实时路况和驾驶员意图等信号,由 ECU 控制悬架执行机构, 改变悬架系统的刚度、阻尼及车身高度等参数,以适应不同的路面和行驶状况,改善乘坐 舒适性,提高操纵稳定性和车辆通过性。线控悬架执行机构主要包括线控减震器和线控空 气弹簧。 悬架结构技术趋势:线控介入,由被动悬架向主动悬架升级。对于悬架系统而言,阻 尼与刚度是最重要的两个特征参数,按控制力介入程度,可将悬架系统分为被动悬架、半 主动悬架、主动悬架三类,其中半主动式悬架及主动式悬架均属于线控悬架: 1)被动悬架:刚度、阻尼均不可变化,纯机械结构。 2)半主动
22、悬架:刚度与阻尼其中一项可变。由于改变阻尼更容易,一般体现为可变 阻尼悬架结构。调节过程为反馈调节,不具备前馈调节能力。3)主动悬架:刚度、阻尼以及车身高度均可调节。配备有独立的执行器,可通过各 类传感器将车辆状态、行驶工况提供给控制系统,实现对悬架的阻尼、刚度、高度和车身 姿态等状态参数进行前馈调节和控制。从执行层看,刚度及车身高度控制以线控弹簧(空 气弹簧)作为执行器,阻尼控制以线控减震器(连续阻尼控制减振器 CDC 或磁流变减振 器 MRD)作为执行器。线控减震器:CDC 是市场主流,MRC 成本较高。线控减震器主要分为 CDC 减震器 与 MRC 减震器两种,CDC 减震器通过调节油液
23、流速调节阻尼,技术相对成熟、成本可控; MRC 减震器调节速度由电磁阀开度变化速度决定,响应速度显著高于 CDC 减震器,但由 于成本较高目前尚未得到普及。 空气弹簧:调节弹簧刚度、改变车身高度。空气弹簧是在柔性密封容器中加入压缩空 气,利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧,分为囊式和膜式两种形式。空 气弹簧具有优良的弹性特性,且可以利用 ECU 接收车辆高度、行驶速度和路况信号进行 工况判断,通过自主充放气实现刚度和高度调节。 空气悬架:轻量化优势显著,与电动车更配适。在汽车主动悬挂系统三大技术路线 (液压调控悬架系统、空气悬架系统和电磁感应悬架系统)中,空气悬挂系统取消掉传统 的
24、螺旋弹簧,最能满足电动车底盘轻量化的需求。电动汽车对底盘稳定性要求高,动力电 池主要置放在汽车底盘,空气悬架可以调节车身高度和悬架软硬,可以有效提高电池模组 安全性和稳定性。空气悬架驱动力:消费升级+电动智能催化,空气悬架渗透率加速提升。空气悬架能 够通过调节悬架高度及软硬度带来非常优越的驾驶舒适性,但由于成本较高(2021 年外 资厂商空气悬架单车价值量约 2 万元,国内厂商约 1.2 万元),目前主要应用于豪华车、高 端电动车和高端商用车,市场渗透率较低,2021 年国内乘用车渗透率约为 2.7%。智能电动化变革的驱动下,自主车企希望把握变革实现品牌向上,打造差异化竞争, 在供应链上增加配
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