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国产替代加速。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 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,国产替代尤 为可期,其中线控制动、线控悬架国产替代正在加速。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国产替代可能的两大赛道。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 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 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。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、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 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,存在广阔国产替代空间。
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(300ms→120ms),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%。 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 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 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 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, 在供应链上增加配置,空气悬架配套车型已经下探到 35 万元车型(极氪 001 WE 版入门 价 29.9 万,选装高性能空气悬架系统 2.8 万)。随着国内厂商打破技术垄断,推动空气悬 架系统进入国产化节奏,大幅降低装配成本,主机厂装配比例将进一步提升,空气悬架有 望下探到 25万元的车型。我们预计全球乘用车空气悬架渗透率有望在 2025年达到 15%, 单车价值量预计达到 7000 元,对应市场空间约 720 亿元,2021-2025 年 CAGR 约 45%; 渗透率有望在 2025 年达到 30%,对应市场空间约 1,329 亿元,2021-2025 年 CAGR 约 26%。
竞争格局:外资厂商暂居主导地位,国产替代加速。空气悬架的核心难点在于空气弹 簧、空气供给单元等核心零部件的自主研发和生产。由于国外厂商进入市场早且技术积累 深厚,目前占据主导地位,主要厂商包括大陆集团、威巴克、AMK(被中鼎股份收购)。 大陆集团橡胶材质制品技术领先,空气悬架系统采用封闭式结构,空气供给系统 (CAirS)集成度高且体积小,可以有效延长空悬系统寿命,提升工作效率,降低能耗; 威巴克拥有轴向套筒、正交波纹管及横轴波纹管等创新技术,大大提升了空悬系统的耐用 性和降噪性能。 保隆、中鼎、孔辉等国内厂商逐渐突破空气悬架核心技术,由于具备较强性价比优势 (预计国产空气悬架整体价格最低可控制在6,000元左右),且开发周期、灵活性优于外资 厂商,有望实现加速突破。
2.2.4.线控驱动:燃油车新能源实现全覆盖 步入稳定增长期
线控驱动概念:核心是实现车速的主动控制,燃油车、新能源车中驱动系统名称分别 为线控油门(电子节气门)、线控驱动。 1) 传统燃油车:线控油门取消踏板和节气门间机械结构,ECU根据踏板位移传感器 及车速、轮速等信息,计算得到最佳的节气门开度,再通过驱动节气门控制电机 改变发动机节气门开度,实现车辆的速度的自动控制。 2) 电动汽车:无节气门装置,由VCU(整车控制单元)接收踏板、车速信号,以及 电池电压、驱动电机的状态信息,实现扭矩的计算和分配,MCU 接收到 VCU 的 扭矩需求后通过控制电机转矩进行驱动。 市场规模:线控油门/驱动基本实现100%渗透。线控油门/驱动的单车价值量约300元, 目前已基本实现 100%覆盖,新能源汽车时代,线控驱动将逐步取代燃油车线控油门。未 来,线控油门/驱动整体市场规模将与整车销量变化保持同步,预计 2025 年全球/中国线控 驱动(含线控油门)的市场规模206/81亿元,2021-2025年CAGR为5%/6%;预计2030 年全球/中国线控驱动(含线控油门)的市场规模 222 /90 亿元。
技术发展趋势:集中式驱动技术已成熟应用,未来将向分布式驱动发展。新能源汽车 电驱动系统按照布置形式可分为集中式和分布式驱动。分布式驱动按照电机安装位置可分 为集中式双电机式、轮边电机式和轮毂电机式。目前主流的驱动方案是集中式单电机驱动, 对高转速、大功率电机性能要求较高,且有传动链条长、电耗高、驱动效率及能量回收效 率偏低的特点,未来驱动系统将向着以轮边和轮毂电机为代表的分布电机驱动形式发展。
2.2.5.线控驱动:燃油车渗透率提升+新能源车标配 持续稳定增长
线控换挡概念:线控换挡取消了档位与变速器之间的机械连接,突破了传统换挡杆必 须放在中控与变速箱硬连接的限制。对燃油车来说,线控换挡是实现自动泊车的必需配置, 目前主要应用于中高端;新能源汽车目前以单档减速器为主,换挡部件用于传递信号给整 车控制器,均采用线控换挡。 换挡系统发展趋势:从手动挡、自动档到线控换挡。换挡机构最初为纯机械手动式, 换挡操纵过程历经“踩、摘、轰、踩、换”,较为繁琐,不利于市区行车频繁操作;后来出 现“直排式”、“阶梯式”设计的自动档,利用行星齿轮机构进行变速,它能根据油门踏板程 度和车速变化,自动地进行变速。而线控换挡取消了体积庞大的机械装置,以电机代替手 动操作,不需要考虑空间位置及运动方向,档杆位置可以灵活布置,出现了怀挡式、旋钮 式、按键式等多种形式。线控换挡便于集成多种附加功能,如全自动泊车、自动 P 挡请求、 手动/运动换挡模式切换、驾驶员安全带保护、车门打开安全保护、整车防盗等。
市场规模:新能源汽车加速渗透+自动泊车配置率提升,线控换挡稳定增长。目前, 线控换挡技术应用成熟,渗透率约为 30%,单车价值约 400-600 元,我们预计,随着新能 源渗透率以及传统燃油车自动泊车配置率的提升,线控换挡将保持一定量的增速。我们预 计 2025 年全球/中国线控换挡渗透率均为 60%,全球/中国线控换挡的市场规模约 206/81 亿元,2021-2025 年 CAGR 为+25%/+26%。
总结:线控底盘发展趋势:未来 3-5 年,以新一代电气电子架构为特征的智能底盘产品将实现批量应用。1)制动系统采用 One Box 或 Two Box EHB;2)转向系统将采用线 控转向或 EPS+冗余模式;3)空气悬架得到批量应用;4)底盘域控初步实现协同控制, 具备域控、OTA等功能。长期来看,转向、制动系统将实现全线控,配备符合高阶自动驾 驶需求的全功能冗余备份,主动悬架渗透率进一步提升;底盘域实现纵横垂三维协同和多 目标协同控制,形成高度集成的智能底盘。
2.3.市场前景:市场规模超千亿国产供应商有望顺势崛起
市场空间:线控底盘市场广阔,预计 2025 年全球市场规模超千亿元。随着消费升级、 电动智能的持续变革,汽车底盘各个子系统将持续向线控化转型。我们预计,2025 年全 球线控底盘五大系统市场规模有望达 1,757 亿元,2021-2025 CAGR +36%;其中线控转 向、线控制动、线控悬架贡献核心增量;我们预计 2030 年全球线控底盘五大系统市场规 模有望达 3,309 亿元,2021-2030 CAGR +23%,线控转向、线控悬架由于单车价值较高 且前期渗透率较低,期间份额提升更快。 线控底盘子系统分属不同成长阶段,提升逻辑及放量节点有一定差异,具体来看: 线控转向处于导入期,渗透率约为 0%,随技术水平提升、线控转向车型量产、自动 驾驶加速渗透进入成长期,有望达到最高增速,我们预计全球 2021-2025 CAGR +174%, 2021-2030 CAGR +87%; 线控制动、线控悬架处于成长期,2021 年全球渗透率分别为 8.4%/2.7%。线控制动 受益整车电动、智能趋势,线控悬架受益新势力配置升级及价格下探,渗透率有望加速提 升;我们预计全球 2021-2025 线控制动/线控悬架 CAGR 分别为+51%/+45%,2021-2030 CAGR 分别为+27%/+26%; 线控驱动处于成熟应用期,增速相对平缓,全球 2021-2025 CAGR +5%; 线控换挡处于成熟应用期,渗透率提升驱动增长,全球 2021-2025 CAGR +25%。
竞争格局:目前线控底盘技术的布局者分为三类几类:1)主机厂(包括传统主 机厂及海外新势力主机厂);2)底盘零部件 Tier 1 供应商;3)以技术突破市场的创 业型线控底盘系统供应商。 主机厂:长城线控底盘量产在即,引领线控底盘规模化落地浪潮。传统、主机 厂、新势力主机厂均积极布局线控底盘技术,其中长城汽车开发、量产进度较快,于 2021 年 6 月发布首个支持 L4 及以上自动驾驶的线控底盘,该底盘基于 GEEP 4.0 全 新电子电气架构打造,整合线控转向、EMB 线控制动、线控悬挂等核心底盘系统,纵 横垂六个自由度运动控制+三重冗余系统,我们预计搭载长城汽车线控底盘的量产车 型将起到标杆引领作用,推动线控底盘技术加速规模化落地。
传统 Tier 1 供应商:海外零部件巨头技术积累深厚,抢占细分赛道主导地位。在 线控技术布局上,主机厂对供应商依赖性较强,以与 Tier 1 供应商合作开发模式为主。 目前,线控底盘重要的转向、制动技术主要由外资 Tier 1 主导,行业竞争格局集中。 其中, 1)线控制动行业主要由博世、大陆和采埃孚天合主导,2020 年全球线控制动 CR3 达 96%,中国线控制动市场中博世市占率约 90%; 2)线控转向行业处于起步阶段,博世、捷太格特、采埃孚天合等传统电动助力 转向系统巨头布局较早,已推出概念车型,技术较为领先。
国产供应商:打破巨头垄断,发力线控底盘,实现自主崛起。国内新能源汽车、自动 驾驶等相关领域的快速发展,为本土创新企业带来巨大的发展机遇。目前,国内线控技术 布局者包括深耕底盘技术的伯特利、亚太、拓普、耐世特等上市公司,也包括拿森、英创 汇智、同驭、格陆博等以技术突破市场的创业型线控底盘供应商。随着自主品牌的迭代速 度加快,创新能力增强,国产供应商将在实现技术突破的同时,具备快速响应与快速创新 的主动优势,有望借自主品牌向上的东风迎来弯道超车的机会。
未来行业分工模式:具备强软件开发能力的主机厂有望采取零部件外采+OEM 集 成,第三方线控底盘供应商将作为 Tier 0.5 为软件实力较弱的主机厂提供“交钥匙”方 案。由于 1)底盘行业与汽车安全相关,本身壁垒较高,长期以来主机厂对 Tier 1 依 赖度较高;2)线控底盘技术壁垒较高,各子系统零部件众多、技术复杂,整合多个子 系统并开发线控底盘的一方需要有较强资源整合、集成能力;3)智能底盘作为执行层 部件,需要与自动驾驶、智能座舱以及整车动力系统进行深度融合。 我们判断: 1)对于软件研发能力较强的头部主机厂,专注自动驾驶研发的新势力企业,以 及华为、互联网造车企业,可能采取外采部分子系统部件,自行开发域控算 法的模式进行软件集成和硬件整合的模式,实现线控底盘的量产; 2)对于大多数软件开发实力较弱的中小主机厂,将采取外采线控底盘的模式, 为第三方线控底盘 Tier 0.5 供应商提供发展机遇。 看好同时掌握线控制动、转向,软件技术实力强劲的零部件供应商。未来,线控 执行系统模块化、底盘运算控制集成化的大趋势下,软件实力较强、新能源转型较快 的自主品牌车企有望实现线控底盘的率先量产;我们看好同时布局线控制动和线控转 向、底盘域控的企业,具备丰富产品线和底盘调校能力的企业更有望为客户提供一体 化线控底盘解决方案,在线控底盘商业化落地中抢得先机。
3.线控制动:电动智能催化,国产替代加速
作为自动驾驶执行层最具成长性的关键部件,未来 2-3 年间线控制动将迎来需求爆发。 本节将梳理汽车制动系统发展历程,系统分析包括驻车制动与行车制动在内的汽车制动系 统技术现状、发展趋势、市场规模与竞争格局。 本节将会回答的关键问题: 1)EPB 的市场空间与竞争格局? 2)ESC 的市场空间与竞争格局? 3)为什么需要线控制动? 4)线控制动不同技术路线现状与发展趋势是什么,市场空间有多大? 5)线控制动竞争格局,以及未来的发展趋势?
3.1.制动系统:从机液到线控电动智能催化
汽车制动系统分为驻车制动和行车制动。驻车制动的作用是在停车后,通过锁住传动 轴或轮胎,使汽车不发生移动。行车制动的作用是在汽车行驶过程中实现减速停车。汽车 制动系统由输入层、控制层、执行层三部分组成,其中,输入层与控制层上由制动控制系 统实现制动力的输入、分配、调节等功能,执行层上由制动器阻止车轮转动,完成制动动 作。 线控制动定义:智能驾驶执行层重要部件,是未来发展方向。线控制动是属于制动系 统执行层部件,ECU结合踏板传感器信号及整车工况计算出制动力,通过电机推动制动主 缸活塞输出制动压力,再由制动器向轮胎输出制动力实现主动制动。线控制动采用电线、 电机替代传统的液压/机械的制动传动结构,提高制动速度、准确度,是制动控制系统未来 的发展方向。目前,驻车制动中, EPB 正在逐渐取代传统的机械式制动;行车制动中, 制动控制系统也从传统液压式制动(无控制层)、融入 ABS 和 ESC,逐步发展为线控制动。 制动器(执行层):盘式制动器逐渐成为市场主流。制动器具体可分为盘式制动器、 鼓式制动器、盘鼓式制动器。盘式制动器由于散热能力好,不容易出现热衰退,制动力比 较稳定,相较热衰退明显的鼓式制动器更适用于乘用车,随着盘式制动器成本逐渐降低, 乘用车制动器分布逐渐从“前盘后鼓”变为“四轮盘式”,盘式制动器逐渐成为市场主流。而 盘鼓式制动器仅用于后轮,将盘式制动器与鼓式制动器相结合,盘式制动器用于行车制动, 鼓式制动器用于驻车制动,是“前盘后鼓”向“四轮盘式”转变的过渡期产品。
3.1.1.驻车制动:从机械制动器到 EPB 顺应智能化升级
驻车制动系统正在从机械式向线控制动升级。机械式制动上,制动器从最初的鼓式制 动器逐步发展到 DIH(盘中鼓制动器)、IPB(综合驻车盘式制动器)。线控制动中,EPB 以电机代替手拉操纵杆,实现电动化驻车,能够与电控的 ABS 和 ESC 协同,可实现 EPB 紧急制动、AutoHold 以及 APA(自动驻车)、AVP(代客泊车)等自动驾驶功能。EPB 与 机械式驻车制动性能相差不大,出于成本考虑,仍有畅销车型采取机械式驻车制动,但随 着汽车电子电气架构的集成化升级与 APA、AVP 的推广,EPB 正在逐渐取代传统的机械 式制动,成为驻车制动系统电子化升级的重要方向。
EPB 驱动力:EPB 制动效果精准,且能够与底盘其他底盘电子系统集成,电子电气 架构升级趋势下将取代机械驻车制动。EPB 操作较手拉的机械式驻车制动更为简便,不会 出现操纵杆没拉够/拉过头的情况,而且节省了操纵杆的空间。而机械式驻车制动结构较 EPB 更为简单,成本更低,但由于其机械式结构,不能与电控的 ABS/ESC 协同,无法实 现 EPB 的紧急制动、AutoHold 等功能,且不能实现自动驾驶中 APA(自动驻车)、AVP(代客泊车)等功能。由于两种方案的制动性能相差不大,出于成本考虑,仍有畅销车型 采取机械式驻车制动,但伴随着汽车电子电气架构的集成化升级与 APA、AVP 的推广,未 来 EPB 将进一步替代机械式的驻车制动。
竞争格局:EPB 国产替代实现较大突破,2021 年自主供应商市占率达 16.3%。2021 年,采埃孚、大陆集团、爱德克斯 ADVICS 占据中国 EPB 市场前三名,CR3 为 66.4%。 国产供应商实现重大突破,2021 年市场份额达 16.3%。伯特利、比亚迪、亚太、万向钱 潮进入前十,其中伯特利居中国本土供应商份额首位,供应量超过 100 万套(2021 年市 占率达 8.3%),已打破外资垄断,实现较大突破。
3.1.2.行车制动:从液压到线控 电动智能催化
传统行车制动技术原理:制动液为压力传递介质,以帕斯卡定律为基础原理构建。传 统的液压制动系统,是基于帕斯卡定律构建而成的。根据帕斯卡定律,在液压系统中的一 个活塞上施加一定的压强,必将在另一个活塞上产生相同的压强增量。如果第二个活塞的 面积是第一个活塞的面积的 1/10,那么作用于第一个活塞上的力将增大至第二个活塞的 10倍,而两个活塞上的压强相等。在汽车制动系统中,使用制动液作为液压制动系统中传 递制动压力的液态介质。 传统液压制动过程:真空助力器放大驾驶员作用力,辅助完成制动。在输入层中增加 真空助力器,放大驾驶员踩踏板的作用力;放大的作用力推动制动主缸中的活塞,使得制 动液被压出;当制动液被推向执行层中的制动器时,实际上是流向了制动器中的卡钳(由 活塞与制动块,即刹车片组成);当制动液流到卡钳时,作用力被放大,推动卡钳中的活 塞,而活塞推动制动块向制动盘夹紧,最终完成制动。
行车制动系统技术趋势:正逐渐从 ABS/ESC 向线控制动升级。如今主流的行车制动 系统为融入了 ABS/ESC 的电子控制制动系统,其主要原理为,踏下制动踏板后,经真空 助力器放大作用力后,推动主缸活塞释放制动液,再经由 ABS/ESC 模块调节液压,计算、 分配制动力,最后制动液被推至卡钳处,推动卡钳内活塞,使制动块夹紧制动盘,完成制 动动作。 线控制动可以解决以下两方面问题,可满足智能电动车需求: 1)由于自动驾驶在执行层要求更短的制动响应速度(300ms→120ms); 2)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。 目前行车制动中线控制动主流方案为电子液压制动系统 EHB,电子机械制动系统 EMB 由于技术与冗余安全的问题,尚难以得到广泛运用。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助力的问题,又提高了制动响应速 度。
市场格局:ESC 由外资巨头垄断,国产供应商持续发力。2021 年,博世、大陆集团、 爱德克斯 3 家外资占据垄断地位,市场份额合计占比为 79.8%。其中,博世 1998 年即研 发出 ESP 产品,目前已开发至第九代 ESP 产品,市场占有率较高。 国产供应商中,京西重工(收购德尔福业务)排名国产供应商首位,伯特利、亚太股 份、拿森电子等厂商均实现了小规模量产上车。亚太股份 ESC 产品已为长安、奇瑞新能 源、东风等多客户配套,并获得长城 M6 ESC 定点;拿森的 NASN-ESC10.0 获长城欧拉 的车型定点;伯特利 ESC 为部分新能源及商用车客户批量供货。
3.2.线控制动:百亿规模蓝海国产替代加速
3.2.1.产业进展:One Box 渐成主流 EMB 研发加速
线控制动路线对比:EHB 为当前主流,EMB 为未来方向。线控制动有两种方案,电 子液压制动系统 EHB 与电子机械制动系统 EMB,前者部分保留液压结构,后者直接是电 子机械的结构,但从量产进度、技术成熟度来看,目前 EHB 是主流方案。 对比这两种技术路线: 1)EHB 单车成本更低:EHB 只有一个液压泵的电机,将制动液传至四个车轮的卡钳 处,而 EMB 是在四个车轮的卡钳处各装一个电机,因此 EHB 单车成本较 EMB 低一些; 2)EMB 响应速度更快:EHB 平均响应时间 120ms,而 EMB 平均响应时间 90ms, EMB 在响应速度上具有优势; 3)EMB 无液压装置,减少重量及漏液风险:EHB 部分保留液压结构,一旦制动液泄 露,将造成电子元器件短路,对电动车影响较大;而 EMB 无液压结构,安全且轻量; 4)EHB 具备冗余备份,可靠性强:EHB 目前冗余备份方案相对比较成熟,即使电控 冗余方案也失效了,也可以变为无助力的液压制动系统,驾驶员用力踩制动踏板时仍可实 现制动。而 EMB 由于电机直接位于卡钳处,一旦出现断电、电机故障、电路短路等问题, 制动系统将直接失效,安全隐患较大; 5)EHB 对制动电机要求更低:从制动力大小的角度看,EMB 如果要实现与 EHB 相 同水平的制动力,对电机功率要求较大,需要增加电机体积、达到1-2,000KW的功率,匹 配 48V 高压电源,目前相关技术还不能够满足这一要求。 综合来看,EMB 是在理论上的理想方案,但由于冗余备份、电机功率等关键技术没 有突破,预计 5-10 年线控制动仍将以 EHB 为主。
对比这两种技术路线: 1)One Box 单车成本更低:One Box成本更具优势。由于 One Box方案省掉了 ESP 的硬件,成本会较 Two Box方案 EHB+ESP 的更低。 2)One 复杂度、技术难度更高:One Box 方案由于集成度更高,还需要改造踏板以 实现踏板解耦功能,因此技术难度、产品复杂度也会更高;而 Two Box方案不需要改造踏 板。 3)One Box 能量回收效果更佳:One Box方案能量回收时制动减速度更高,带来更 好的动能回收效果,而且由于踏板解耦的设计,可以使用协调式能量回收策略,制动体验 与燃油车相同,不像 Two Box 方案必须搭配价格更高的定制 ESP 才能使用协调式能量回 收策略,否则就只能使用单踏板能量回收策略,制动感受拖拽感明显。 4)One Box 踏板感受为算法模拟,真实性低于 Two Box:One Box方案需要踏板解 耦,因此踏板感受是模拟出来的,不像 Two Box 方案,踏板作用于主缸制动液,当 ABS 其作用时,驾驶员仍能够感受到 ABS 的回馈力,看到在 ABS 的 ECU控制下,制动踏板一 松一紧的过程,踏板感受会更为直接、真实。 5)One Box 搭配制动冗余单元,安全性强于 Two Box:自动驾驶上,最关键的问题 在于冗余备份方案的选择。One Box 方案通常的冗余方案是额外再增加一个制动冗余单元, 当 EHB 主模块失效时,制动冗余单元仍可以保证较好的制动性能,而 Two Box 方案是搭 配 ESP 实现冗余备份,通常 ESP 备份的制动性能只有 One Box的一半。
3.2.2.市场规模:新能源、线控制动渗透率同步提高 市场规模迅速增长
EHB 产品从导入期迈入成长期,新能源汽车渗透率显著高于燃油车。2021 年中国乘 用车线控制动渗透率达 10.3%,同比+4.4pct,其中新能源车/传统车线控制动渗透率达 43.2%/4.3%,同比+8.2pct/+0.5pct,新能源车渗透率显著高于燃油车,主因新能源车在 真空助力、能量回收等方面的需求,EHB 产品对于新能源车性价比更高。此外 2021 年新 能源车渗透率增幅较 2020 年有所降低,主因新能源车销量结构的变化,考虑到成本,线 控制动在 A 级车以上的渗透率显著高于 A0 级和 A00 级。
3.2.3.竞争格局:缺芯助推打破外资垄断 线控制动国产替代加速
外资供应商占据主要市场份额,预计性价比更优的 One Box 将为主流方案。EHB 产 品分为集成式的 One Box方案与分立式的 Two Box方案,其主要区别为 ESP 是否与 EHB 模块集成在一起。Two Box方案由于其分立式的设计,无需将 ESP 集成在 EHB 中,仅需 协调二者的工作即可,量产难度小于 One Box 方案。目前 Two Box 方案中博世 iBooster 量产时间较早,为目前 EHB 主流产品,国产供应商拿森电子的 NBooster 已配套北汽新能 源中低端车型 EC3。One Box 方案由于将 ESP 集成在 EHB 中,更需要以成熟的 ESP 量 产经验为基础,由于其在性能、成本等方面的优势,博世、大陆、采埃孚正在逐步加码 One Box产品,预计市场份额将进一步增加。 竞争格局:自主供应商加速追赶,国产替代加速。当前线控制动市场渗透率偏低,仍 处于技术开发阶段,中国汽车行业处于电动化、智能化前列,自主零配件供应商已基于 One Box 方案呈现加速追赶趋势,伯特利 One Box 产品 WCBS 已于 2021 年量产,核心 技术水平与外资供应商产品接近;拓普集团 One Box 产品 IBS-PRO 冬季标定试验顺利通 过客户验收,预计 2022 年实现量产。我们预计国内自主供应商凭借强产品力和快速反应 能力出色,有望实现突围。
3.3.小结
1)驻车制动发展机会: EPB 以电机代替手拉操纵杆,实现电动化驻车,能够实现自动驾驶中 APA(自动驻 车)、AVP(代客泊车)等功能。伴随着汽车电子电气架构的集成化升级与 APA、AVP 的 推广,EPB 逐渐取代传统的机械式制动,2021 年中国 EPB 前装渗透率为 78%。未来, EPB 将进入底盘线控及集成融合“新”增长赛道,软件算法集成在线控制动中,减少控制单 元(保留执行器),进入变革机遇期。目前,自主品牌已经实现了在 EPB 驻车制动领域国 产替代重大突破,2021 年国内市场份额占比达 16.3%,未来有望持续推进国产替代。
2)线控制动发展机会: 驱动力:线控制动能够解决新能源汽车真空助力缺失问题;并实现快速制动响应 (300ms→120ms),满足自动驾驶需求,电动化和智能化双重驱动渗透率提升。 技术趋势:线控制动有 EHB 和 EMB 两种方案,前者部分保留液压结构,后者直接是 纯电子机械结构。EMB 由于冗余备份、电机功率等关键技术没有突破,且成本较高,短 期较难落地;预计 5-10 年线控制动仍将以 EHB 为主。EHB 包含 One Box、Two Box两 种方案,Two Box方案采用分立式的设计,保留 EHB 和 ESP;One Box集成 ESP 软 件,具备集成度更高,成本更低,制动减速度更高,冗余备份性能优等特点,渐成主流。
4.线控转向:高阶智驾驱动,国产替代可期
转向系统已经历纯机械转向、液压助力转向、电子液压助力转向、电动助力转向四大 阶段,环保性、安全性、精确性不断提升。线控转向具备高效率、高精度、高灵活性等特 征,是现阶段主要技术发展方向。 本节将梳理汽车转向系统的发展路径,系统分析包括EPS与线控转向在内的汽车转向 系统技术现状、发展趋势、竞争格局与市场规模。 本节将会回答的关键问题: 1)线控转向的市场驱动力与产业落地难点? 2)线控转向与 EPS 的关联和技术难度差异? 3)线控转向的市场空间和竞争格局将如何发展?
4.1.转向系统:从机械到线控高阶自动驾驶必经之路
汽车转向原理复杂,需要严密、复杂的转向系统才能实现。目前,乘用车的转向系统 大部分采用前轮转向的方式。转向过程中,四个车轮分别围绕着主销轴线旋转,由于前轮 两个轮胎位置不同,转速、转角不一致。为保证四轮时刻围绕同一圆心运动,需要有一套 特定的转向机构,通过转向拉杆带动转向节,形成可移动的转向梯形。 以机械式转向系统为例,驾驶员转动方向盘时,扭矩通过转向管柱中的芯轴带动转向 机上的小齿轮轴旋转,再通过齿轮齿条将齿轮轴的旋转运动转化成齿条的左右移动,然后 通过拉杆拉动转向节并带动车轮运动。
4.1.1.EPS:应用成熟 R-EPS 为主要升级趋势
EPS 接近标配,是目前转向系统主要形式。EPS 的主要原理为,驾驶员转动方向盘 后,转矩传感器检测转向盘的转矩和转动方向,并将信号输送给电控单元,电控单元综合 分析转向盘的转矩、转动方向和车辆速度等数据,向电动机控制器发出信号指令,使电动 机输出相应大小及方向的转矩以产生助力。EPS 具备能耗低、响应速度快、灵活智能等特 点,已逐渐取代 HPS 和 EHPS,在中国乘用车市场的渗透率由 2016 年的 80.1%逐步上升 至 2020 年的 96.4%,对应市场规模约为 290 亿元。 根据转向助力电机安装位置的不同,EPS 产品可分为管柱助力式 C-EPS,齿轮助力 式转向 P-EPS(包括单小齿轮助力式 SP-EPS、双小齿轮助力式 DP-EPS),齿条助力式 R-EPS。
4.1.2.线控转向:高阶智驾驱动 智能化程度显著提升
线控转向是高阶自动驾驶要求下必然的发展方向。 线控转向系统构成:包括方向盘总成、转向执行总成、控制器等结构,以及线 控转向系统还包括电源、自动防故障系统等部件。方向盘总成由方向盘、方向盘转矩、 转角传感器、路感电机及其减速器组成;转向执行总成包括直线位移传感器、转角传 感器、转向电机及其减速器、齿轮齿条转向器等部件。 线控转向系统的原理:ECU 控制,主动转向。由驾驶员接管车辆时,当驾驶员 转动方向盘,传感器将转向信号传递给 ECU,ECU 通过分析处理驾驶员操作指令及 转矩、转角等传感器信号,判别汽车的运动状态,计算出合适的前轮转角发送到转向 执行电机,实现车辆转向;同时,ECU 计算出合适的回正力矩传递给路感电机,向 驾驶员提供路感反馈,保障行车安全性;由整车自行驾驶时,ECU 通过分析各传感 器数据,主动控制转向执行电机,实现转向操作。
线控转向与 R-EPS 结构相似,核心转向原理得以相承。机械结构方面,线控转 向系统取消传统机械转向装置,与 R-EPS 结构相似,共同的核心部件包括电机、电 控、扭矩传感器、角度传感器等;技术方面,线控转向技术是在 EPS 上发展而来, 控制精度主要取决于传感器精度和主控制器性能。 线控转向根据算法实施转向控制,是高阶自动驾驶的必要实现手段。目前, EPS 技术已成熟应用于全自动泊车辅助(APA)、下坡速度控制(DSR)等 ADAS 功能,通过采用“EPS+冗余设计”的配置能够实现部分 L3 自动驾驶功能。但由于仍使用 了机械联动装置,从本质上看,EPS 转向信号来自于驾驶员,无法支持 L4 以上自动 驾驶。线控转向的转向信号来自于算法,能够脱离驾驶员独立进行转向控制,将成为 未来完全自动驾驶的关键技术。
4.2.线控转向:静待规模量产国产替代可期
4.2.1.产业进展:核心技术仍在完善 高成本阻碍量产
线控转向系统技术复杂度高,可靠性与高成本是阻碍其落地的关键障碍。线控转 向需要较高功率的力反馈电机和转向执行电机,控制两个电机的算法十分复杂,因此 转向系统的安全性和可靠性仍有待提高;同时,线控转向需要通过增加冗余设备保障 系统安全性,也导致了额外增加的成本和重量,增加落地难度。
控制技术尚未成熟 高成本暂时阻碍线控转向落地
技术难点之一:转向执行控制策略需要实时的动态调整和控制。线控转向系统 的转向执行控制策略可以分为上层策略和下层策略两部分。上层策略根据当前车辆的 状态和驾驶员的输入,计算出期望的前轮转角、力矩;而下层策略则是由转向控制器 控制转向电机执行该指令,快速、准确地达到该目标转角。 线控转向系统需要通过实时的动态调整和控制,实现在低速时减小传动比,提高 灵活性;高速时增大传动比,增加系统稳定性;还需要通过前馈控制提前对系统受到 的扰动进行补偿,提高响应速度和精度,技术难度较大。
技术难点之二:路感反馈技术较难,真实性有待提升。路感是指驾驶员通过方向盘得 到的车辆行驶中的转向阻力矩,包含回正力矩和摩擦力矩两部分。线控转向系统取消了方 向盘和转向车轮之间的机械连接,路感无法直接反馈给驾驶员。为了保障驾驶的安全性,主控制器需要根据驾驶意图、车辆状况与路况,过滤不必要的振动,对路感模拟器发出转 矩及转角执行的信号请求,实时输出路感反馈力矩指令;路感模拟电机执行控制器指令, 产生作用于方向盘的阻力矩以模拟路感,将路感实时反馈给驾驶员。 路感反馈精度取决于众多因素,且依赖于驾驶员主观评价,不同驾驶员对于路感反馈 强烈程度的需求不一致,技术难度高。
解析冗余(软件冗余)的核心故障诊断与容错算法控制,当前技术成熟度较低, 是长期重点发展方向。在软件冗余层面,线控转向系统可以设计故障诊断系统,通 过变量观测提升系统的快速误差检测和故障诊断性能,实现主动容错控制,也可以借 助制动、发动机、悬架系统和后转向系统来形成冗余。解析冗余除了降低系统复杂性 之外,还有助于控制成本,是未来发展的重点。
4.2.2.市场规模:EPS+冗余占据市场 线控转向未来可期
短期内 EPS+冗余有望占据一定市场份额,线控转向渗透率提升相对有限。由于目前 技术尚未成熟,线控转向系统可靠性不足,单价高,而电动助力转向EPS暂时能够满足当 前对智能驾驶的需求,因此线控转向系统尚未实现商业化普及,2021 年全球/中国渗透率 均约为 0.04%。 高可用性EPS通过冗余设计,如增加转向手感模拟单元、增加执行机构冗余和增加软 件代码等,可满足 L3 自动驾驶要求,且对现有转向系统改动较少,成本较低,是线控转 向在低级别自动驾驶的有效替代。我们预计,短期内,在 L3 级自动驾驶的需求下,高可 用性 EPS(EPS+冗余)有望占据一定市场份额。 高阶自动驾驶促进线控转向渗透率提升,未来市场空间广阔。目前 EPS 单价约 1500- 2000 元,线控转向系统以 EPS 为基础,取消机械连接,但需要采用双电机+双 ECU+双传 感系统进入冗余备份,估算单价约为 4,000-6,000 元。后期,L3+自动驾驶的实现将进一 步助力线控制转向渗透率的提升。我们预计 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%。
4.2.3.竞争格局:EPS 海外巨头垄断 线控转向国产替代可期
EPS 格局行业集中,线控转向结构与 EPS 相似,控制算法同源,传统 EPS厂商具备 先发优势。EPS 技术壁垒较高,行业竞争格局集中,由海外巨头博世、采埃孚、捷太格特 与国内转向龙头耐世特主导,中国/美洲 CR5 分别为 75%/60%。 线控转向技术基于 EPS 上发展而来,控制精度主要取决于传感器精度和主控制器性 能。硬件供应方面,传感器精度等硬件对于线控转向可靠性有决定性影响,EPS 时代主要 传感器等器件由传统EPS供应商掌握,且助力转向电机、转向拉杆等元器件也多由内部供 应;技术方面,线控转向与 EPS 控制算法有一定同源性,需要在 EPS 的转角转矩计算、 控制执行基础上增添方向盘稳定补偿、转向轮振动抑制等功能。因此,线控转向时代, EPS 龙头有望继续保持先发优势,于变革中领先市场。
4.3.小结
转向系统发展趋势:目前乘用车转向系统以 EPS 为主,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。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。 行业驱动力:2022 年,中国转向标准 GB 17675-2021 的实施解除过去政策对转向系 统方向盘和车轮物理解耦的限制,为线控转向落地提供支持;同时,高阶自动驾驶要求驾 驶员动作与控制结果解耦,使得线控转向(SBW)成为必然发展方向。丰田 Bz4X、长城 线控底盘分别将于 2022 年、2023 年量产搭载线控转向,我们预计,未来 2-3 年间,伴随 L3+自动驾驶技术的发展和整车智能化程度的提升,线控转向有望迎来加速落地。
市场规模:2021 年线控转向渗透率低,仅 0.04%,我们预计 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%。 竞争格局:目前,各大主机厂及零部件供应商积极布局,博世、捷太格特等国际巨头 已有较为成熟的线控转向产品和技术,正在积极推动商业化使用;国产供应商中,耐世特 (外资背景)、拿森、联创电子等企业在高冗余 EPS 领域拥有技术储备,有望加速突破线 控转向技术。未来,在路感模拟、主动控制等核心算法领域具备优势,能够提供相对标准 化产品、具备一定底盘控制系统集成能力的企业有望在与国际巨头的争锋中实现弯道超车。
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