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線控底盤技術(shù)行業(yè)研究
2020-08-08 00:07:47· 來源：銘笙資本
一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車引發(fā)底盤技術(shù)變革智能網(wǎng)聯(lián)汽車是汽車產(chǎn)業(yè)的未來，電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，疊加政策暖風(fēng)頻吹，智能網(wǎng)聯(lián)汽車迎來了
一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車引發(fā)底盤技術(shù)變革
智能網(wǎng)聯(lián)汽車是汽車產(chǎn)業(yè)的未來，電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，疊加政策暖風(fēng)頻吹，智能網(wǎng)聯(lián)汽車迎來了新的發(fā)展機遇，而自動駕駛技術(shù)的發(fā)展是重中之重。
從政策規(guī)劃來看，政策利好持續(xù)推動行業(yè)發(fā)展
國家發(fā)改委等11部委2月聯(lián)合發(fā)布《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》提出，到2025年，中國標(biāo)準(zhǔn)智能汽車的技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、基礎(chǔ)設(shè)施、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品監(jiān)管和網(wǎng)絡(luò)安全體系基本形成；實現(xiàn)有條件自動駕駛的智能汽車達(dá)到規(guī)模化生產(chǎn)，實現(xiàn)高度自動駕駛的智能汽車在特定環(huán)境下市場化應(yīng)用。
工信部網(wǎng)站3月9日公示《汽車駕駛自動化分級》，擬于2021年1月1日開始實施。
從企業(yè)規(guī)劃來看，國內(nèi)外車企加快布局
國外大部分整車廠計劃將在2020年前后投放L3級量產(chǎn)車，并將在2025年前后實現(xiàn)L4級量產(chǎn)。谷歌無人駕駛公司W(wǎng)aymo近期宣布完成22.5億美元的首輪外部融資，其無人駕駛汽車制造工廠目前已經(jīng)進(jìn)入SOP狀態(tài)，預(yù)計2021年之前將交付2萬臺完全無人駕駛汽車。
寶馬近期發(fā)布的i4支持L3級自動駕駛，同時具備L4級自動駕駛技術(shù)，全面對標(biāo)特斯拉。奔馳宣布2020年將正式推出搭載L3級別自動駕駛輔助功能的S級轎車。
長安汽車3月10日在重慶開啟了中國首個L3級自動駕駛量產(chǎn)體驗，搭載L3級自動駕駛技術(shù)的長安UNI-T駛上了開放性道路。
汽車智能化將推動線控底盤技術(shù)快速發(fā)展，智能汽車的感知識別、決策規(guī)劃、控制執(zhí)行三個核心系統(tǒng)中，與底盤相關(guān)的主要是控制執(zhí)行，需要對傳統(tǒng)汽車的底盤進(jìn)行線控改造以適用于自動駕駛。
二、傳統(tǒng)汽車底盤構(gòu)成
汽車底盤由傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系四部分組成。底盤作用是支承、安裝汽車發(fā)動機及其各部件、總成，形成汽車的整體造型，并接受發(fā)動機的動力，使汽車產(chǎn)生運動，保證正常行駛。
三、 線控制動
1、線控制動的發(fā)展趨勢
近一百年來，汽車制動系統(tǒng)經(jīng)歷了從機械到液壓再到電子（ABS/ESC）的進(jìn)化過程，未來汽車電動化和智能化趨勢下，制動系統(tǒng)的響應(yīng)時間尤為重要，線控制動響應(yīng)更快，是實現(xiàn)自動駕駛安全的重要保障。
傳統(tǒng)制動系統(tǒng)是以真空助力+液壓系統(tǒng)為核心，產(chǎn)品成熟度高。傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的制動過程是利用真空源（燃油車是真空助力器，純電動車是電子真空泵）推動主缸，借助制動液在制動器上產(chǎn)生制動力；線控制動系統(tǒng)執(zhí)行信息由電信號傳遞，制動壓力響應(yīng)更快，因此剎車距離更短更安全。
2、 線控制動分類
線控制動系統(tǒng)主要分為EHB/EMB兩種類型
（1）液壓式線控制動EHB（Electro Hydraulic Brake），以傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)為基礎(chǔ)，用電子器件取代了一部分機械部件的功能，使用制動液作為動力傳遞媒介，控制單元及執(zhí)行機構(gòu)布置的比較集中，有液壓備份系統(tǒng)，也可以稱之為集中式、濕式制動系統(tǒng)。
（2）機械式線控制動EMB（Electro Mechanical Brake），采用電子機械裝置代替液壓管路， 執(zhí)行機構(gòu)通常安在輪邊，也可稱為分布式、干式制動系統(tǒng)。
EMB與EHB優(yōu)劣勢比較：
EMB與EHB相比最大的不同就是所有液壓裝置都被電子機械系統(tǒng)替代了，它取消了使用一百多年的剎車液壓管路，而是采用電機直接給剎車碟施加制動力。
優(yōu)點：
反應(yīng)時間短：安全優(yōu)勢極為突出，大幅度縮短剎車距離，EMB的反應(yīng)時間大約90毫秒，比iBooster的120毫秒更快速。
無液壓系統(tǒng)：沒有液壓系統(tǒng)，不會有液體泄露，對電動車來說尤其重要，液體泄露可能導(dǎo)致短路或元件失效，進(jìn)而導(dǎo)致災(zāi)難。同時成本和維護(hù)費用也降低不少。
缺點：
無備份系統(tǒng)，可靠性要求高：因為沒有液壓備份系統(tǒng)，所以對系統(tǒng)可靠性要求極高，尤其是電源系統(tǒng)的穩(wěn)定。其次要求總線通信系統(tǒng)的容錯能力較強，系統(tǒng)需要至少兩個 CPU來保證可靠性。
輪轂體積限制電機功率：EMB系統(tǒng)必須在輪轂中，輪轂的體積限制了電機功率，導(dǎo)致剎車力不足，而普通轎車需要1-2KW的剎車功率，目前小體積電機實現(xiàn)較為困難。
工作環(huán)境惡劣（高溫，振動）
剎車片附近的溫度高達(dá)數(shù)百度，而電機體積又決定只能使用永磁電機，而永磁不耐高溫，同時 高溫對于半導(dǎo)體元件影響也較大，而受體積限制，添加冷卻系統(tǒng)較難。
EMB是簧下元件，震動劇烈，對于永磁體及半導(dǎo)體元件是很大的考驗。
總體來看，EHB系統(tǒng)由于具有備用制動系統(tǒng)，安全性較高，因此接受度更高，是目前主要推廣量產(chǎn)的方案。EMB系統(tǒng)雖然具有諸多優(yōu)點，但目前因為技術(shù)發(fā)展限制，尚未大量應(yīng)用，是未來發(fā)展的方向。
3、 線控制動市場情況
市場規(guī)模：
目前線控制動系統(tǒng)單價約2,500元，未來隨著產(chǎn)銷量上升帶來成本降低，價格有望下降至2,000元左右。
按照2020年、2025年國內(nèi)乘用車銷量分別為2,300萬、2,700萬輛，線控制動系統(tǒng)滲透率分別為10%、30%進(jìn)行估算，2020年、2025年國內(nèi)線控制動系統(tǒng)的市場空間分別為58億、162億元。
來源：中銀國際證券
國內(nèi)外發(fā)展情況：
EHB國外廠商技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，國內(nèi)在努力追趕；EMB還處在研究階段，目前看短期較難有突破。
目前線控制動系統(tǒng)的主要供應(yīng)商包括博世、采埃孚、大陸等國際零部件巨頭企業(yè)，大都從20世紀(jì)90年底開始研發(fā)，在底盤控制領(lǐng)域具有豐富的技術(shù)積累和供貨經(jīng)驗，具有一定的先發(fā)優(yōu)勢。國內(nèi)一些自主整車企業(yè)和零部件供應(yīng)商從2000年開始就開始進(jìn)行EHB的研發(fā)，雖然與博世等國際巨頭仍存在一定差距，但產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展早期階段，還有較大的追趕機會。
國外廠商：
博世：其線控制動系統(tǒng)iBooster于2013年初推出，并且應(yīng)用大眾（包括奧迪品牌，大眾持有ibooster的部分專利）全系列電動與混動車上，其他客戶還有特斯拉和卡迪拉克CT6，國內(nèi)采用二代iBooster主要有榮威、領(lǐng)克和蔚來。目前博世已經(jīng)推出適用于L3/L4的IPB，實際就有是iBooster和ESP合二為一。比亞迪即將在2020年上市的“漢”中采用IPB方案，是中國第一個使用博世IPB的量產(chǎn)車型。
大陸：大陸的MK C1早在2011年就已經(jīng)推出，在2017年版的阿爾法羅密歐Giulia上使用，與博世IPB類似。
天合（TRW）：天合大約在2010年底也開發(fā)了類似MK C1的IBC，2012年9月TRW正式發(fā)布IBC，2014年9月德國采埃孚（ZF）收購TRW。
國內(nèi)廠商：
伯特利：公司2019年7月發(fā)布WCBS產(chǎn)品，為客戶提供one-box一體式解決方案，不僅集成了真空助力器、電子真空泵、主缸和ESC的功能，還能更好地滿足新能源汽車以及整車智能駕駛對制動系統(tǒng)新的需求。
拓普集團：公司多年來致力于汽車電子產(chǎn)品開發(fā)，先后開發(fā)出EVP等產(chǎn)品并實現(xiàn)量產(chǎn)，在線控制動領(lǐng)域，公司研發(fā)的智能剎車系統(tǒng)IBS產(chǎn)品目前仍處于驗證和市場預(yù)推廣階段，預(yù)計將于2021-2022年實現(xiàn)量產(chǎn)。
萬安科技：參股公司上海同馭汽車科技有限公司的EHB產(chǎn)品已跟江鈴集團、菜鳥物流等多家客戶開展合作，目前已裝車近500臺，涉及乘用車、輕型客車等多種車型，產(chǎn)品成熟度高，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，并計劃于2019年實現(xiàn)量產(chǎn)。
四、 線控轉(zhuǎn)向
1、 線控轉(zhuǎn)向發(fā)展趨勢
汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：
從最初的機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Manual Steering，簡稱MS）發(fā)展為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering，簡稱HPS），然后又出現(xiàn)了電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electro Hydraulic Power Steering，簡稱EHPS）和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，簡稱EPS）。
資料來源：德爾股份招股說明書
智能化推動線控轉(zhuǎn)向成為新趨勢。對于L3及以上等級智能汽車，部分或全程會脫離駕駛員的操控，因此智能駕駛控制系統(tǒng)對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等要求控制精確、可靠性高，只有線控轉(zhuǎn)向（Steering By Wire, SBW）可以滿足要求，因此成為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢。
2、 線控轉(zhuǎn)向組成與分類
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成：
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指，在駕駛員輸入接口（方向盤）和執(zhí)行機構(gòu)（轉(zhuǎn)向輪）之間是通過線控（電子信號）連接和控制的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即在它們之間沒有直接的液力或機械連接。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要分為三個部分：
1）轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、轉(zhuǎn)矩反饋電動機和機械傳動裝置；
2）電子控制系統(tǒng)，包括車速傳感器，也可以增加橫擺角速度傳感器、加速度傳感器和電子控制單元以提高車輛的操縱穩(wěn)定性；
3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括角位移傳感器、轉(zhuǎn)向電動機、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機構(gòu)和其他機械轉(zhuǎn)向裝置等。
線控轉(zhuǎn)向工作原理：
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過給助力電機發(fā)送電信號指令，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行控制。
當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器將測量到的駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變成電信號輸入到電子控制器（ECU），ECU依據(jù)車速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)上的位移傳感器的信號來控制轉(zhuǎn)矩反饋電動機的旋轉(zhuǎn)方向，并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬、生成反饋轉(zhuǎn)矩，控制轉(zhuǎn)向電動機的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)的角度，通過機械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置。
線控轉(zhuǎn)向分類：
SBW線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有兩種“冗余”設(shè)計方式，用于應(yīng)對部件失靈造成的特殊狀況：
保留轉(zhuǎn)向管柱冗余：
仍然通過傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向管柱將方向盤與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)連接在一起，但在轉(zhuǎn)向管柱與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)之間有電控多片離合器相連。正常情況下，多片離合器為斷開狀態(tài)，只有當(dāng)伺服機構(gòu)發(fā)生故障的緊急情況下，離合器才會接通。接通后，通過方向盤與轉(zhuǎn)向機構(gòu)（齒輪齒條機構(gòu)）的剛性連接仍然能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向操作，只是手感會變重一些。
率先在量產(chǎn)車上采用線控轉(zhuǎn)向的英菲尼迪Q50采用的就是這樣的冗余方式。Q50、Q50L部分高配車型和Q60裝備了DAS線控轉(zhuǎn)向，這套線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似，不同之處在于它多了3組ECU電子控制單元、方向盤后的轉(zhuǎn)向動作回饋器、離合器。
當(dāng)任意一個ECU被監(jiān)測到出現(xiàn)問題時，備用模式將激活離合器，恢復(fù)至傳統(tǒng)的機械傳動轉(zhuǎn)向模式，確保駕駛員可以掌控車輛。
多電機控制冗余：
在執(zhí)行機構(gòu)處（轉(zhuǎn)向機構(gòu)）采用多個電機控制來實現(xiàn)冗余度，在方向盤處通過多個傳感器布置來實現(xiàn)輸入信號的冗余度。這種冗余方式更先進(jìn)，成本非常高。
這種設(shè)計可以完全取消掉轉(zhuǎn)向管柱，從可靠性上來說甚至可以取消掉方向盤，實現(xiàn)L4以上的自動駕駛級別。這種SBW線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還沒有應(yīng)用在任何一臺量產(chǎn)車上。所以，在這種純SBW量產(chǎn)之前，所有宣傳的自動駕駛都無法達(dá)到L4以上（含L4）的級別。
3、 線控轉(zhuǎn)向市場情況
市場規(guī)模：
目前EPS單價約1,500元，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以EPS為基礎(chǔ)，短期產(chǎn)銷量較低，預(yù)計單價約4,000元，后期隨著應(yīng)用范圍擴大，預(yù)計單價有望逐步降低至3,000元左右。
按照2020年、2025年國內(nèi)乘用車銷量分別為2,300萬、2,700萬輛，線控制動系統(tǒng)滲透率分別為0.1%、15%進(jìn)行估算，2020年、2025年國內(nèi)線控制動系統(tǒng)的市場空間分別為1億、122億元。
來源：中銀國際證券
國內(nèi)外發(fā)展情況：
從發(fā)展階段來看，線控轉(zhuǎn)向尚處于發(fā)展早期階段，目前滲透率極低，僅有少量車型配備。隨著L3及以上智能駕駛的逐步滲透，線控制動有望爆發(fā)。
根據(jù)佐思產(chǎn)研數(shù)據(jù)，2017年中國乘用車轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)廠家中，Bosch、JTEKT、NSK、ZF、Nexteer等國際巨頭市占率排名靠前。
博世線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)亮相于2019年上海車展，采用全冗余的軟硬件方案。博世目前是外資廠商中線控轉(zhuǎn)向研發(fā)進(jìn)度最快的，2020年就要小規(guī)模量產(chǎn)。舍弗勒11月21日與湖南湘江新區(qū)管理委員會在長沙正式簽署投資合作協(xié)議，將旗下Space Drive線控轉(zhuǎn)向技術(shù)落地中國，并于2021年投入市場。捷太格特是全球最大的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供應(yīng)商，未來將推出冗余系統(tǒng)與線控系統(tǒng)，預(yù)計2021年左右量產(chǎn)。
國內(nèi)企業(yè)主要有株洲易力達(dá)、湖北恒隆和浙江世寶等，但規(guī)模都比較小，技術(shù)相對落后。此外拓普集團也積極拓展EPS等產(chǎn)品，有望憑借資金、效率、人才等優(yōu)勢，獲得一定的市場空間。
五、投資機會分析
目前國內(nèi)線控底盤市場還在發(fā)展初期，存在很多問題：
外資壟斷高端市場
目前中高端市場外資占比超80%，開發(fā)費、測試標(biāo)定費較高，而且其核心控制系統(tǒng)鮮少對外開放，外資廠商掌握話語權(quán)，服務(wù)響應(yīng)慢，量產(chǎn)進(jìn)度遲緩。
國產(chǎn)量產(chǎn)經(jīng)驗很少
外資廠商定義技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從研發(fā)、測試標(biāo)定到量產(chǎn)，流程長，對安全等級、開發(fā)流程要求非常高，要求足夠量產(chǎn)經(jīng)驗和質(zhì)量管控能力。
線控行業(yè)門檻高
底盤線控技術(shù)門檻高，國產(chǎn)合格廠家很少，主要集中在低端市場打“價格戰(zhàn)”。
行業(yè)周期下行，價格更加敏感。
成本敏感期，整車廠無法承擔(dān)高額費用，新車開發(fā)流程加快，新能源汽車是未來增長點。
可以預(yù)見，未來隨著自動駕駛技術(shù)的的逐漸發(fā)展，國內(nèi)整車廠對線控底盤國產(chǎn)化需求明顯，會越來越看重看重話語權(quán)，而外資由于壟斷地位普遍強勢，因此逐步培養(yǎng)國內(nèi)供應(yīng)商是優(yōu)化供應(yīng)鏈的核心；而對于國產(chǎn)廠商來說，低開發(fā)費、匹配測試費用，高匹配度是服務(wù)整車廠的核心能力，而且目前行業(yè)處在發(fā)展初期，技術(shù)壁壘尚未明顯形成，對于國產(chǎn)廠商來說是彎道超車的機會。
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