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汽车行业线控制动专题研究:高级智驾关键执行器国产替代崛起

2023-12-21 产品中心

  我国已变成全球领先的新能源汽车国家。汽车电动化、智能化、网联化和共享化趋势明确,在新能源汽车领域,我国已经走在全球前列。根据中汽协数据,2022年我们国家新能源汽车产销量分别为705.8万辆和688.7万辆,同比分别增长96.9%和93.4%,连续8年保持全球第一。市场规模方面,2022年我们国家新能源汽车市场占有率为25.6%,同比增长12.1个百分点,全球销量占比超过60%。

  自主崛起引领智能化水平提升。根据乘联会数据,2023年1-5月自主品牌在国内新能源乘用车零售市场占比为79.8%,在乘用车零售市场占比为49.5%,得益于过去几年在新能源领域的大力投入,自主品牌已经在电动化浪潮中崛起。为了逐步提升车型竞争力、扩大市场占有率,优质自主品牌已经把提升新车型的智能驾驶水平作为下一步重点工作。目前国内智能驾驶汽车已发展至辅助驾驶阶段,根据高工智能汽车数据,2022年中国市场(不含进出口)乘用车前装标配辅助驾驶(L0-L2)交付1001.22万辆,前装搭载率首次超过50%。

  L3是智能驾驶产业链关键分水岭。以小鹏、理想和HUAWEI为代表的企业已经推出能轻松实现城市和高速NOA功能的车型,比亚迪、长城、长安等企业也陆续加大研发跟进,为降低对于高精度地图的依赖,相关车企陆续推出“重感知、轻地图”的智驾方案,以此达到推动高级别智能驾驶加快落地的目的。但受限于智能驾驶相关法律和法规颁布与基建的滞后,我国智能驾驶级别一直未达到L3及以上阶段。政策端助力有望加快高级别智能驾驶落地节奏。

  执行层是智能驾驶重要环节之一。智能驾驶汽车硬件系统能分为传感系统、决策控制管理系统、执行系统3个层次,分别类比人的感知器官、大脑以及手脚。传感系统包括雷达传感器、视觉传感器、V2X通信和导航定位等;决策控制管理系统包括智能驾驶域控制器、车载计算系统等;执行器包括刹车和油门、转向、自动变速器等。受益于新能源汽车加快速度进行发展,智能驾驶执行器已经逐步升级为线控底盘执行系统。

  线控底盘是车辆底盘的新形态。线控底盘通过电信号取代机械或液压部件向执行机构传递信息,以减少或取消座舱与底盘执行器之间的物理连接。线个子系统,分别为线控制动、线控悬架、线控转向和线控驱动。其中,线控制动的产业化进度较快,目前在国内乘用车前装市场渗透率已经突破20%。

  线控底盘是实现高级别无人驾驶的关键执行层。新能源汽车相比燃油车结构更简单,电气化程度更高,更适合线控底盘的应用。高级别智能驾驶功能要求执行器具备更快的响应速度,线控底盘通过电信号传递信息,因此具备响应速度快、控制精度高的特点,符合高级智能驾驶功能的要求。线控底盘高度集成帮助主机厂加快车型开发速度。目前已有厂商研发出高度集成的滑板底盘,该系统将电驱、电池、悬架、制动、转向等零部件集成,形成类似滑板的底盘结构。滑板底盘能轻松实现底盘与上车身的解耦,主机厂在固定底盘架构的基础上开发差异性的上车身,有助于缩短新车型研发周期,降低整车开发成本,更好的满足消费者对于差异化产品的需求。

  线控底盘可帮助汽车实现轻量化。线控底盘高度集成,可减少传统执行器部分或全部机械零部件的使用,因此有利于降低整车重量,对新能源汽车,还能提高续航里程。以长城咖啡智能2.0智慧线控底盘,整个底盘系统可实现减重10%,提升超20%的续航里程。

  线控底盘已多次获得顶层设计支持。近年来,我国已推出多个政策文件支持线控底盘技术的发展:

  1)2018年12月,工信部发布的《车联网(智能网联汽车)产业高质量发展行动计划》强调要加快推进高性能车辆智能驱动、线控制动、线控转向、电子稳定系统的开发和产业化,重点突破车辆平台、线控等关键核心技术;

  2)2020年10月,国务院印发《新能源汽车产业高质量发展规划(2021-2035年)》提出“三横三纵”的技术架构;倡导研发新一代模块化高性能整车平台,攻关底盘一体化设计、突破整车轻量化节能技术,强调线控执行系统是智能网联的核心技术;

  3)2021年3月,国务院印发《国民经济与社会持续健康发展第十四个五年规划和2035年远景参数图片)目标纲要》精确指出,要加快研发智能(网联)汽车基础技术平台及软硬件系统、智能线控底盘和智能终端等关键部件。

  线控底盘产业化已经取得一些进展。从子系统角度来看,目前部分主机厂已经推出搭载了线控悬架或线控制动的车型并已经实现量产,同时还在研发新架构下的线控底盘集成系统。例如长城研发的咖啡智能2.0智慧线年实现量产。滑板底盘是长期潜在的量产方向之一,在国内Rivian等公司的带领下,国内包括阿尔特在内的汽零企业也开始跟进,希望能够通过前期研发为后续把握产业化机遇奠定坚实基础。根据高工智能汽车数据,2022年国内(不含进出口)乘用车前装搭载线.95%。从全球和国内市场来看,制动环节线控进程较快,同时还具备广阔的渗透空间,因此本文将聚焦线控制动产品,研究市场整体情况及潜在的投资机遇。

  汽车制动分为行车制动和驻车制动。行车制动是汽车正常行驶时的制动方式,主要通过将刹车踏板的机械力转换为液压力,液压力作用到制动器并进一步作用到四个轮胎,从而起到减速或停车的效果。驻车制动是停车状态下使用的制动方式,能够尽可能的防止停车时汽车出现滑动造成安全事故的发生。驻车制动的主要原理是将钢丝拉线连接到制动蹄上来制动,一般制动力作用于汽车的后轮。

  行车制动经历了四个阶段:气压制动、液压制动到电控液压融合制动再到线控制动。气压制动和液压制动是压力制动的两种方式,其中气压制动反应速度慢、制动力大、结构较为复杂,多适用于商用车,而液压制动反应迅速、制动力小、结构灵活,多适用于乘用车。随着汽车电子技术发展,一些电气化的辅助系统在液压制动系统基础上诞生,如制动防抱死系统ABS、牵引力控制管理系统TCS、稳定性控制管理系统VDC、车身电子稳定系统ESP等,汽车制动进入电控液压融合阶段,并随着电气化程度的提升进入了现在的线控制动阶段。

  相比传统液压制动,线控制动产品性能优势显著。线控制动产品通过电信号传递信息,相较于传统机械结构更迅速,线控制动中的EHB产品能把响应时间从常规制动的400~600ms缩短到150ms以内,而EMB进一步将响应时间缩短到100ms以内,制动响应速度的大幅提高使得线及更高级别的无人驾驶需求。驻车系统经历了从机械式到电子驻车系统EPB两个阶段。机械驻车制动系统包括操作杆、拉索、制动器等部件。通过杠杆和拉绳传动控制车轮上的制动器,完成驻车制动的动作,机械驻车制动系统结构相对比较简单、价格低,但是反应时间和制动距离较长。EPB操作端是座舱内电子按钮,按动按钮后由电子控制单元控制电机和齿轮减速机构工作,通过卡钳完成制动动作。

  随着汽车电子技术的成熟,制动速度慢、功能单一的机械式驻车制动已经被功能丰富、响应迅速的电子驻车制动系统取代。目前国内电子驻车制动系统市场占有率主要由国外供应商占据,包括采埃孚、大陆、ADVICS和日立安斯泰莫等;国内供应商积极研发,在自主品牌崛起的背景下,迅速抢占市场占有率,在乘用车前装市场前十中的份额从2021年的约21.29%提升至2022年约27.28%,主要厂商有弗迪动力、伯特利、亚太股份和万都等。

  线控制动是对电控、液压融合系统的升级。从硬件上来讲线控制动用电子助力器取代了传统的真空助力器,用导线和传感器代替了传统的机械传导结构,在未来还可能用电机取代液压缸。从控制角度来讲,线控制动采用更加小型化、集成化、智能化和更具拓展性的处理决策模块,拥有长远的发展空间。

  线控制动的出现与发展主要有三方面的原因:首先是传统制动方案不适用于新能源汽车。传统的液压制动系统,一定要通过真空助力器来放大制动踏板位移,实现制动信号的传递与放大,最终推动制动液进入轮缸,进而推动制动器实现制动效果。在放大的过程中,传统发动机产生的真空源是真空助力器发挥作用的关键原因。新能源汽车没有发动机,缺少真空源,如果加装真空泵不仅占用空间且有较大噪音,这是催生线控制动技术的主要原因。

  第二,传统机械连接难以满足智能网联汽车的要求。智能网联汽车对系统各项反应速度有更高的要求,需要车载各系统的协调同步,传统机械连接虽然可靠性高,但却难以满足更高响应速度的要求。电控系统响应精准迅速,且集成化程度高,协调并行解决能力出色,同时具备高拓展性、占用空间小,能够比较好的满足智能网联汽车对于执行系统反应速度快的要求。

  第三,线控制动在能量回收方面比传统制动更为优秀。新能源汽车通过电机将制动时的动能进行回收,提升整车续航能力。制动系统的电控化实现了制动踏板与制动力的解耦,能在保证制动效果的前提下,提升对于制动动能的回收效率,进而提升新能源汽车续航能力,增加车型的竞争力。

  线控制动根据是否保留液压系统分为电子液压线控系统(EHB,ElectricHydraulicBrake)和电子机械制动系统(EMB,ElectricMechanicalBrake)。其中,EHB实现难度较低,仅用电子元件替代传统制动系统中的部分机械元件,保留传统的液压管路,当线控系统失效时备用阀打开,回到传统的液压制动系统,实现制动冗余,保证行车安全性,是目前主流的线控制动方案。EMB在EHB的基础上进一步减少机械结构件,完全去掉制动液压管路,将电机集成在盘式制动器上,通过电信号控制电机直接进行制动动作,实现制动的完全线控。

  EHB根据是否集成汽车电子稳定系统ESC分为Two-box和One-box。Onebox方案将电子助力器和汽车电子稳定系统集成在一起,对汽车制动综合决策;Twobox方案中电子助力器和汽车电子稳定系统是分离开的,独立完成各自功能,但在合作进行制动时需要协调两者之间的关系。

  One-box和Two-box相比,具备更高效率、更低成本,但不如Two-box方案成熟可靠。结构上来看,One-box只有一个ECU和一个制动单元,数量是Two-box的一半,同时不需要协调两个制动单元的关系,这也带来了更低的成本。由于更高的集成度,One-box方案能更高效的回收能量。One-box方案能完全解耦踏板输入力度和电机制动力,支持更加智能化的制动方案。但集成式的设计不利于满足高级别智能驾驶功能的冗余性要求,需要额外配备电子冗余制动模块。总体来讲,在L4或者L3以下智能驾驶阶段,EHB能较好的满足系统需求。当智能驾驶发展至L4或者L5阶段,EMB完全线控,配合中央计算平台及区域控制单元,能轻松实现软件控制端的冗余,同时满足更高反应速度的要求,是更适配的线率先布局,国内厂商迅速崛起

  海外厂商中博世最先布局,凭借技术积累在2013年首创iBooster+ESP的Two-box方案,该方案也成为后续各种Two-box方案的范式,此后博世又研发了One-box方案的IPB,已获比亚迪和通用订单。其他GlobalTier1包括大陆、采埃孚等也陆续推出了各类Onebox、Two-box产品。国内厂商中,伯特利首先实现国内One-box产品量产,其他厂商包括拿森科技、亚太股份、同驭汽车等也在加速线控制动产品布局。

  目前线控制动产品以EHB为主,对于One-box的研发成为主流,研发核心点在于提高集成度的同时提高系统冗余度,保证在高级别智能驾驶中的可靠性。根据高工智能汽车数据,截至2022年9月,One-box和Two-box份额占比分别为29.56%和70.44%;2021年One-box和Two-box的份额占比分别为17.64%和82.36%,One-box份额大幅度的提高。目前EMB产品还未量产,但包括格陆博、伯特利等在内的企业正在进行研发,产品普遍预计在2024年量产。

  新能源汽车销量迅速增加,预计2025年国内线控制动市场规模有望达到148.80亿元,22-25年CAGR为20.73%。目前主流自主基本都在新能源新车型搭载了线控制动产品,包括比亚迪汉、特斯拉、小鹏汽车、蔚来汽车等。随着新能源汽车销量迅速增加,车企聚焦智能化做升级,线控制动产品出货量有望跟随新能源汽车,保持快速地增长。我们预计2025年国内线控制动乘用车前装出货量有望达到930万套,22-25年CAGR为23.20%。

  根据高工智能汽车数据,2022年中国市场(不含进出口)乘用车前装标配EPB上险交付1673.58万辆,前装搭载率已超越80%,2021年前装搭载率为78.15%,由于EPB的搭载与汽车的动力属性无较大关系,整体搭载率已经较高,主要受益于汽车电子发展,推动汽车制动进入电子控制时代。我们预计2025年国内EPB市场规模有望达到139.85亿元。目前EPB整体渗透率已经较高,我们预计2025年国内乘用车前装EPB的出货量有望达到1820万套,整体搭载率会提升至86.67%。

  博世、大陆、采埃孚等全球Tier1在制动领域局部较早,技术和产品性能领先,同时与客户形成较深绑定,因此在线控制动和EPB领域占据较大市场占有率。根据高工智能汽车数据,2022年博世在国内线年采埃孚、大陆、ADVICS、日立安斯泰莫的市场占有率分别为27.02%、17.86%、12.69%和10.42%,前四份额超过50%。

  在EPB领域,国产供应商持续进行有关产品研发,受益于自主品牌崛起以及自身产品逐步成熟,在国内市场份额已出现明显提升。以伯特利、比亚迪(弗迪)为例,2021年在国内的EPB市场份额分别为8.31%和2.79%,到2022年已经达到9.38%和9.56%,而头部的采埃孚、大陆等Tier1的市场份额都有小幅下滑。

  行业缺芯拉开线年开始的汽车行业缺芯使很多自主品牌意识到要培养壮大国内供应商,保证自身订单交付。早在2019年便发布第一代线控制动产品WCBS的伯特利抓住机会,并于2021年顺利实现首个项目量产,成功进入国内线控制动市场。同样,早期布局的同驭汽车(团队主要来自同济大学)、拿森科技也借此获得主机厂项目定点,开启线控制动国产替代进程。

  伯特利成立于2004年,深耕汽车制动领域近20年,具备整车制动系统自主开发能力,制动产品线完整,是国内汽车制动系统龙头企业之一。公司从传统机械制动产品起步,陆续量产了盘式制动器、综合驻车制动卡钳、真空助力器/主缸等产品。2011年,公司液压ABS/EPB产品批量投产。公司紧跟汽车轻量化趋势,铝制转向节于2014年批量投产。公司注重制动系统电控化转型,2016年,公司ESC产品批量投产。2021年,公司成为国内首个自研One-box线控制动产品WCBS并实现量产的企业。汽车电动智能化趋势加深,公司积极布局智能驾驶业务,并于2022年实现ADAS项目量产。

  电控产品逐步放量,公司业绩实现快速增长。随着WCBS、EPB等电控制动产品放量,2022年公司营业收入和归母净利润均实现大幅增长,其中营业收入达到55.39亿元,同比增长58.61%,归母净利润达到6.99亿元,同比增长38.49%。2023年1-4月,公司新获定点项目数量和新增量产项目同比增长,产品结构和客户结构持续优化,营业收入和归母净利润大幅增长,分别达到59.66%和31.11%,业绩表现大幅好于行业平均水平。

  客户关系紧密,量产经验丰富,线控制动已形成先发优势。公司在制动领域深耕多年,通过盘式制动器和鼓式制动器进入多家主机厂供应链,并在多个定点中积累了丰富的制动产品开发经验,公司产品可靠性高,规模交付能力强,逐步加深了与客户的合作关系。在线控制动产品研发过程中,作为公司战略股东之一的奇瑞汽车给予公司非常大的支持,达成多个定点项目合作,共同开发并逐步完善产品功能、提升产品可靠性,最终实现量产交付,为公司进一步切入线控制动市场奠定坚实基础。

  完善底盘执行器布局,打开更大成长空间。公司于2022年5月收购浙江万达汽车方向机股份有限公司45%的股权,公司产品拓宽至转向领域,汽车底盘系统产品结构逐步完善、产品线更加丰富。公司目前已经布局了底盘制动、转向和ADAS业务,未来公司有望发挥产品之间协同效应,为主机厂提供包括传感器、智驾控制器和线控执行器等在内的全套产品方案,有望成长为平台型的汽车零部件企业。

  亚太股份成立于2000年,是国内领先的汽车制动零部件企业之一,成立当年首次成功研发汽车防抱死制动系统(ABS)。2008年成为国内首家成功研发集成卡钳式EPB的厂家,2009年在深圳证券交易所上市。2015年公司完成对电子助力制动助力系统IBS的开发,2016年成功研发自适应巡航、自动紧急制动、前车防碰撞、车道偏离预警等驾驶辅助功能。2018年公司建成国内第一条轮毂电机自动化生产线年完成第二代电子液压制动系统(One-box)研发,并于2020年成功在毫末智行等客户进行量产。公司客户资源丰富,主要客户包括长安汽车、长城汽车、江铃新能源、合众新能源、吉利汽车、广汽、一汽等。

  基本制动器营收稳定,电控产品快速上量。盘式制动器和鼓式制动器等传统制动部件是公司营收贡献主要来源,2021年和2022年公司基本制动器业务分别实现营收28.77亿元和28.35亿元,同比分别+21.46%和-1.45%。近年来,公司各类电控产品性能不断成熟,实现规模放量助力公司业绩增长,公司营业收入从2020年29.21亿元增长至2022年的37.50亿元,电控制动产品的营收占比也从2020年的11.48%提升至2022年的17.46%。

  产能利用率提高,规模效应释放,公司盈利能力回升。为了扩大业务规模,公司在基础制动器业务上布置大量产能,随着原材料涨价叠加基础制动器竞争加剧,公司盈利能力受到影响。2020年开始,公司电控制动产品放量,叠加基础制动器产能利用率提升,公司盈利能力逐步得到修复,2020-2023Q1公司毛利率分别为12.88%、13.49%、13.68%和15.96%;净利率分别为0.59%、1.27%、1.84%和4.38%。

  公司新一代One-box产品已经完成冬测,即将在2023年下半年量产。根据公司官微,2023年4月公司冬季寒区试验顺利完成,测试的产品包括ABS、ESC和IBS(One-box)等,测试车型约60余辆。一般来讲,冬季测试结束后客户会尽快完成验收并开始准备量产,我们预计公司新一代One-box产品将在2023年下半年实现量产,助力公司切入乘用车线控制动市场,打开更广阔的成长空间。

  同驭汽车成立于2016年,总部和研发中心设立在上海,拥有上海嘉定、江西宜春两大生产基地,已建成年产能112万套的智能制造中心。同驭核心团队2012年开始自主研发,在线控底盘领域有着卓越的研发实力和深厚的技术积淀。产品覆盖线控电子液压制动系统(EHB)、集成式线控电子液压制动系统(iEHB)、电子驻车制动系统(EPB)、防抱死制动系统(ABS)、电子稳定性控制系统(ESC)等智能制动系列产品。同驭已为80多家知名客户配套100余款车型。2022年,同驭线控制动系统EHB出货量达20万台。

  同驭汽车已与东风日产、吉利、江淮、江铃、哪吒、零跑、创维等数十家乘用车企业达成合作,并且与比亚迪、长安、奇瑞、北汽等企业深度对接。通过定制方案全方位满足乘用车高等级智能驾驶需求。同驭汽车智能制动系列产品可适用于3吨至7.5吨的微客、皮卡、轻卡、轻客、微公交,并且可以通过自研的制动系统组合方案将载重拓展到12吨,已为一汽解放、江铃股份、三一重工、北汽福田、徐工集团、宇通集团等数十家国内商用车企业提供专业方案及配套产品。同驭汽车智能制动系列产品可支持无人驾驶车辆提供L2-L4级的系统全冗余智能解决方案,与美团、京东、菜鸟、厦门金龙、长沙行深、PIX等数十家企业达成合作。

  上海拿森汽车电子有限公司成立于2016年,是一家专注于汽车线控底盘核心技术研发的高新技术企业,总部位于上海,并于杭州设立产业化基地。拿森科技聚焦智能驾驶和新能源汽车领域,产品涵盖NBooster电控制动助力系统、ESC车辆稳定控制系统、NBC集成式智能制动系统、EPS双小齿轮线控转向系统以及自动驾驶L3/L4等级线控底盘解决方案,具备完整线控底盘综合解决方案能力。凭借夯实的产品技术已与长安、长城、广汽、吉利、比亚迪、北汽、百度等近30家知名整车厂和自动驾驶公司达成合作,配套开发项目100余项。

  格陆博科技有限公司成立于2016年,团队来自于国内外知名Tier1,是线控制动系统领域优秀企业。是集研发、设计、生产、销售、服务于一体的高科技企业,其研发团队擅长软硬件算法开发、电磁阀开发、车辆动力学匹配标定等方面。格陆博提供性能优异的EPB、ABS、ESC+GIBS(two-box)、GIBC(one-box)及iCDS(底盘域控)、EMB(全电制动)等产品及软件服务。线控制动相关这类的产品年产能均能达到100万件(套)以上。

  上海利氪科技有限公司2020年组建于上海,核心成员均来自博世、采埃孚、大陆、华为、上汽、吉利等国际一流厂商,产业化基地位于闵行开发区。凭借国内少有的具备完整线控底盘平台开发和应用开发且拥有较强规模化量产能力,利氪科技以同领域内底盘线控创新产品首发姿态入局,以线控制动产品作为切入点,全面布局线控制动、线控转向、底盘域控制器及一体化底盘系统,逐步打造完整线控底盘产品生态。

  主要产品:LEEKRDHB是全球首款量产的液压解耦电子制动系统,可实现协调式能量回收(CRBS),全解耦方案支持能量回收效率约90%,功能安全等级高,具备双传感器信号冗余和上电系统液压自检功能。LEEKRIHB能实现系统失效模式的安全冗余,安全备份制动500N踏板力大于0.5g,系统解耦,可100%利用大电机进行系制动能量回收,是对LEEKRDHB的进一步升级。

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