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2020-2025年中國汽車底盤電動化、智能化、輕量化發展趨勢分析及電池盒發展現狀及發展趨勢分析[圖]

2019年11月27日 14:08:54字號:T|T

    電動化方面新能源電池盒產品單車價值量高達3,000-5,000元,智能化方面線控制動和線控轉向系統單車價值量分別約2,500元、4,000元,輕量化方面鋁合金控制臂、副架、轉向節、制動鉗等產品單車價值量近5,000元,2025年市場空間合計約約763億元,年均復合增速23%。

    一、 概況

    汽車一般由發動機、底盤、車身、電氣等主要部分組成,其中底盤是指汽車上由傳動系統、行駛系統、轉向系統和制動系統等部分的組合,其功能包括支承、安裝汽車車身、發動機及其它各部件及總成,形成汽車的整體造型,承受發動機動力,保證車輛正常行駛等。

    底盤產業鏈上游主要包括鋼鐵、有色金屬、塑料、橡膠、電子元器件等,經過產業鏈中游的底盤零部件企業進行組裝制造生產,生產的傳動、行駛、轉向、制動等底盤子系統售予下游整車生產廠家。

    上游鋼鐵、塑料、橡膠等原材料的價格波動對于底盤零部件的毛利率等具有較大影響。下游整車的生產決定了底盤零部件的需求,同時整車的技術升級也將帶來底盤零部件的形態變化。

    1傳動系統

    汽車的傳動系統主要由離合器、變速器、傳動軸、主減速器、差速器以及半軸等部分組成,其功能是將發動機輸出的動力送達驅動輪。

    汽車傳動系的布置形式與發動機的位置及驅動形式有關,一般可分為前置前驅、前置后驅、后置后驅、中置后驅、四驅等多種形式。

    2行駛系統

    汽車行駛系統由車架、車橋、車輪和懸架組成,其功能包括:1)接受由發動機經傳動系傳來的轉矩,并通過驅動輪與路面間的附著作用,驅動汽車正常行駛;2)傳遞并承受路面作用于車輪上的各種反力及其所形成的力矩;3)盡量緩和不平路面對車身造成的沖擊和振動,保證汽車的平順行駛;4)與汽車轉向系協調配合,實現汽車行駛方向的正確控制,以保證汽車操縱穩定性。

    1)車架

    車架是跨接在汽車前后車橋上的框架式結構,一般由兩根縱梁和數根橫梁組成,經由懸掛裝置﹑前橋﹑后橋支承在車輪上。車架的功用是支撐、連接汽車的各總成,使各總成保持相對正確的位置,并承受汽車內外的各種載荷。根據結構形式不同,車架可以分為邊梁式車架、中梁式車架和綜合式車架(前部邊梁式、后部中梁式)等,其中邊梁式車架應用最為廣泛。

綜合式車架示意圖

數據來源:公開資料整理

邊梁式車架

數據來源:公開資料整理

    2)車橋

    車橋(又稱車軸)通過懸架與車架(或承載式車身)相連接,其兩端安裝車輪。車橋的作用是傳遞車架(或承載式車身)與車輪之間各方向的作用力及其力矩。

    根據懸架結構的不同,車橋可以分為整體式與斷開式兩種。根據車橋上車輪的作用,車橋也分成轉向橋、驅動橋、轉向驅動橋和支持橋等四種,其中轉向橋和支持橋都屬于從動橋。轉向橋由前軸、轉向節、主銷和輪轂等組成,驅動橋由主減速器、差速器、半軸、橋殼等組成。

    大多數乘用車采用前置前驅動,前橋成為轉向驅動橋,后橋充當支持橋。部分汽車采用前置后驅動,因此前橋作為轉向橋,后橋作為驅動橋。

整體式及斷開式車橋

數據來源:公開資料整理

    3)車輪

    車輪是固定輪胎內緣、支持輪胎并與輪胎共同承受負荷的剛性輪,一般由輪輞與輪輻組成。按輪輻的構造,可分為輻板式車輪和輻條式車輪。按車輪材質,可以分為鋼制、鋁合金、鎂合金等車輪。

    輪胎規格常用一組數字表示,前一個數字表示輪胎斷面寬度,后一個表示輪輞直徑,以英寸為單位。例如165/70R14表示胎寬165毫米,扁平率70,輪輞直徑14英寸。中間的字母或符號有特殊含義:“X”表示高壓胎;“R”、“Z”表示子午胎;“一”表示低壓胎。

車輪結構

數據來源:公開資料整理

    4)懸掛

    汽車懸掛是連接車輪與車身的機構,對車身起支撐和減振的作用。懸掛主要功能是傳遞作用在車輪和車架之間的力,并且緩沖由不平路面帶來的沖擊力,以保證汽車的平順行駛。

    典型的懸掛系統結構主要包括彈性元件(彈簧等)、減震器以及導向機構(連桿等)等部分,這三部分分別起緩沖、減振和力的傳遞作用。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式,而現代轎車懸掛系統多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧,部分高級轎車則使用空氣彈簧。

    懸掛可以分為獨立懸掛和非獨立懸掛,區別在于獨立懸掛的左右兩個車輪間沒有硬軸進行剛性連接,一側車輪的懸掛部件全部都只與車身相連,而非獨立懸掛兩個車輪間不是相互獨立的,之間有硬軸進行剛性連接。從結構上看,獨立懸掛由于兩個車輪間沒有干涉,一般舒適性和操控性更好。而非獨立懸掛結構簡單,具有更好的剛性和通過性。此外根據具體結構,還可以分為麥弗遜式懸掛、雙叉臂式懸掛、扭轉梁式懸掛、多連桿懸掛等。目前大多數乘用車前懸都采用獨立式的麥弗遜懸掛,后懸多采用扭轉梁式、多連桿式等。

    3、轉向系統

    轉向系統是用來改變或保持汽車行駛或倒退方向的一系列裝置,其功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。按照動力來源,汽車轉向系統分為兩大類:機械轉向系統和動力轉向系統。機械轉向系統以駕駛員的體力作為轉向能源,其中所有傳力件都是機械的。機械轉向系由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構三大部分組成。

    動力轉向系統是兼用駕駛員體力和發動機動力為轉向能源的轉向系,一般是在機械轉向系的基礎上加設一套動力轉向裝置而成。在正常情況下,汽車轉向所需能量只有一小部分由駕駛員提供,而大部分是由發動機通過動力轉向裝置提供的。但在動力轉向裝置失效時,一般還應當能由駕駛員獨立承擔汽車轉向任務。

機械轉向系統示意圖

數據來源:公開資料整理

    4、制動系統

    制動系統是使汽車的行駛速度可以強制降低的一系列專門裝置,主要由供能裝置、控制裝置、傳動裝置和制動器等部分組成,常見的制動器主要有鼓式制動器和盤式制動器。

    鼓式制動器主要包括制動輪缸、制動蹄、制動鼓、摩擦片、回位彈簧等部分,主要是通過液壓裝置使摩擦片與歲車輪轉動的制動鼓內側面發生摩擦,從而起到制動的效果。

    盤式制動器主要由制動盤、制動鉗、摩擦片、分泵、油管等部分構成,主要通過液壓系統把壓力施加到制動鉗上,使制動摩擦片與隨車輪轉動的制動盤發生摩擦,從而達到制動的目的。

    二、汽車發展趨勢

    1、電動化

    在電池成本下降、產品技術提升等因素推動下,全球電動車產銷量快速增長,新能源已成為全球汽車發展方向。

    2018年中國新能源汽車銷量高達125.6萬輛,同比增長61.7%。新能源汽車在國內市場份額為4.5%,比2017年提高了1.8個百分點。全球多個國家均在積極推動電動汽車發展。

    2018年全球新能源汽車銷量接近200萬輛,中國、美國、日本、德國等地新能源汽車市場份額均已突破1%。

    隨著技術進步以及相關政策的推動,全球新能源汽車產業將順利克服產業導入期的挑戰,駛入發展的快車道。

    2、智能化

    智能化是汽車另外一個重要發展方向。按照功能不同,美國汽車工程師學會(SAE)將無人駕駛分為輔助駕駛、部分自動化駕駛、有條件自動化駕駛、高度自動化駕駛和完全自動化駕駛等五個階段。

    目前歐美等部分發達國家輔助駕駛與部分自動化駕駛技術(L1/L2)較為成熟,部分功能已在眾多中高端車上搭載,有條件與高度自動化駕駛技術(L3/L4)則大都處于試驗階段,少量搭載L3車型開始上市。國內智能汽車發展相對較晚,目前仍處于L1/L2滲透過程中。

自動駕駛分級

NHTSA
SAE
稱呼(SAE)
SAE定義
主體駕駛操作
周邊監控
支援
系統作用域
0
0
無自動化
由人類駕駛者全權操作汽車,在行駛過程中可
以得到警告和保護系統的輔助。
人類駕駛者
人類駕駛者
人類駕駛者
1
1
駕駛支援
通過駕駛環境對方向盤和加減速中的一項操作
提供駕駛支援,其他的駕駛動作都由人類駕駛
員進行操作。
人類駕駛者系
部分
2
2
部分自動化
通過駕駛環境對方向盤和加減速中的多項操作
提供駕駛支援,其他的駕駛動作都由人類駕駛
員進行操作。
系統
3
3
有條件自動
由無人駕駛系統完成所有的駕駛操作。根據系
統請求,人類駕駛者提供適當的應答
系統
4
4
高度自動化
由無人駕駛系統完成所有的駕駛操作。根據系
統請求,人類駕駛者不一定需要對所有的系統請求作出應答,限定道路和環境條件等。
系統
5
完全自動化
由無人駕駛系統完成所有的駕駛操作。人類駕
駛者在可能的情況下接管,在所有的道路和環
境條件下駕駛。
全域

數據來源:公開資料整理

    2018年我國ADAS自動駕駛滲透率約為10%,歐美等發達國家約為15%以上。全球及國內自動駕駛滲透率將快速提升,預計2025年L1/2滲透率將達到50%,L3將達到15%,而L4/5有望達到5%。

2016-2040年分等級自動駕駛汽車滲透率及預測

數據來源:公開資料整理

    國內近期推進以自主環境感知為主、網聯信息服務為輔的部分自動駕駛應用,2020年駕駛輔助(DA)、部分自動駕駛(PA)車輛市場占有率約50%;中期重點形成網聯式環境感知能力,實現可在復雜工況下的半自動駕駛,2025年高度自動駕駛(HA)車輛占有率約10%~20%;遠期推動可實現V2X協同控制、具備高度/完全自動駕駛功能的智能化技術,2030年完全自主駕駛(FA)車輛市場占有率近10%。

    從企業規劃來看,國外大部分整車廠計劃將在2020年前后投放L3級量產車,并將在2025年前后實現L4級量產。百度、谷歌、特斯拉等科技公司規劃2020年前后實現L4/L5級別自動駕駛。

    國內部分主機廠計劃在2020年實現L3級自動駕駛,如北汽、廣汽新能源等;2025年實現L4自動駕駛。但是國內造車新勢力們則相對激進,部分企業提出在2020年就將自動駕駛達到L4級別。

    3、輕量化

    除了電動化和智能化,在燃油車油耗和電動車續航里程等因素推動下,輕量化是汽車產業另一個重要發展方向。

    燃油經濟性一直是消費者購車時關注的焦點,油耗問題也長期位居J.D.Power客戶關注度前列。為了可持續發展,世界各國都制定了汽車燃油消耗標準,中國也同樣發布了乘用車燃料消耗量的限制政策,目標是2020年乘用車平均燃料消耗量降至5.0升/百公里。

    141家車企的燃料消耗量達標率為僅有46.8%。考慮到新能源汽車的折算系數逐漸下降,油耗要求年度降幅越來越大,滿足要求將會變得越來越難。

2016-2020年國內油耗限值及預測

數據來源:公開資料整理

2016-2020年國內油耗年度降幅及預測

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    但是傳統發動機的油耗改進措施較為有限,而且多種措施疊加的節油邊際收益會越來越小,增加的零件成本也會越來越高。因此傳統的措施很難滿足平均油耗2020年降到5升/百公里的要求,必須尋求其它措施。根據測算,一般車重每減少10%,油耗可以降低約6%-8%。從技術可行性上看,輕量化是傳統內燃機汽車降低油耗并滿足第四階段油耗限值的必然選擇。消費者需求推動整車企業發展高續航車型。近年來國內新能源汽車行業蓬勃發展,電動車銷量節節攀升。但電動車車主大都有里程焦慮癥,而更多的消費者還在觀望是否選擇電動車,電動車的續航里程是主要因素。目前一般內燃機車加滿油的續航里程都在500-700公里,而主流電動車續航里程只有300-500公里左右,和內燃機汽車差距巨大,而且還會隨著時間推移和電池老化而慢慢減少。

    國家法規推動企業增加電動車續航里程。新能源汽車積分直接與續航里程正相關,而續航里程是新能源乘用車獲得較高補貼的主要因素。為了獲得較高的新能源汽車積分和購置補貼,整車企業有動力發展高續航電動車。

    為了增加續航里程,汽車廠商紛紛增加電池容量。但增加電池的同時也增加了整車質量,使得續航里程的改善達不到預期效果。因此光增加電池很難解決續航里程問題,必須同時降低整車質量。除了高速工況下空氣阻力占比較大外,一般行駛工況下電動車耗費的能量都和整車質量正相關。

    純電動車的整車成本結構中,電池約占30%~50%。在相同的續航里程下,采用輕量化技術的電動車可以減少電池數量,從而大幅度降低電池成本和整車成本。德國研究機構FKA此前研究表明,對于高爾夫之類大小的電動車型,在相同續航里程及產銷量10萬輛情況下,使用全鋁車身將增加1,015歐元成本,但可以節省電池成本1,650歐元,總成本將減少635歐元。

    三、底盤系統

    汽車行業的發展趨勢是電動化、智能化、網聯化、共享化、輕量化。面對這些發展趨勢,零部件子系統受到的影響各不相同,一般有增減零部件、提升或降低單車價值量等影響。

    電動化對于底盤(新增電池殼)、空調冷卻(電動空調、電池冷卻系統)、電子電氣等子系統具有增量作用,對于動力總成則有增(電動車新增電池電機電控等)有減(電動車無需發動機變速箱燃油系統等)。智能化主要對底盤系統(線控底盤)、通訊控制系統、電子電氣系統等具有增量作用。

    網聯化主要對通訊控制(增加T-box等聯網零件)、電子電氣系統具有增量作用。共享化則主要側重于汽車商業模式的改變,同時對通訊控制(增加聯網及控制零件)、電子電氣系統具有增量作用。

    輕量化應用范圍較廣,對動力總成、底盤、內飾、車身、外飾等都具有增量作用。對于底盤系統,電動化、智能化、輕量化都將帶來底盤系統的單車價值量大幅提升,相關供應商有望受益。

    1、電池盒

    電動化是汽車產業發展方向,新能源汽車的市場份額快速提升,也將為底盤零部件帶來新的機遇。對比傳統燃油車和新能源汽車的底盤系統,我們可以發現,傳動系將會發生較大變化,制動系需要將機械真空泵替換成電子真空泵,行駛系和轉向系基本一致,此外需要新增電池盒等零件。

傳統底盤與電動車底盤比較

傳統底盤
電動車底盤
傳動系
離合器、變速器、傳動軸、主減速器、差速器以
及半軸等部分組成
純電動及混動車型動力系統發生變化,傳動系統同樣
改變
行駛系
車架、車橋、車輪、懸掛
基本一致
轉向系
轉向系統
基本一致
制動系
傳統制動系統多由發動機提供真空助力,輔助制
純電動車沒有發動機提供真空助力,需要使用電子真
空泵EVP或線控制動系統
其它
 -
電動車需增加電池盒等零件

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    新能源汽車的底盤設計有兩種途徑,一種是由傳統底盤改制設計,盡可能地沿用原有設計,根據需要進行部分的改制工作,開發難度小、開發成本低、開發周期短,并且能夠與傳統車共用平臺,并在很大程度上沿用傳統車的成熟零部件。但是考慮到公用性等,在開發設計的過程中受到的限制較多,總布置的難度較大,模塊集成化較低等缺點。另外一種是新能源專有平臺開發,沒有燃油車公用等眾多限制,新能源專有底盤的設計可以更優化、集成度更高、性能更卓越,因此專有平臺已經成為新能源汽車底盤設計的新趨勢。

    動力電池系統是新能源汽車的核心動力來源,為整車提供驅動電能,主要由電芯、模塊、電氣系統、熱管理系統、箱體和電池管理系統BMS等組成。

    其中電池殼體是新能源汽車動力電池的承載件,由上蓋與下殼體兩部分組成,主要用于保護鋰電池在受到外界碰撞、擠壓時不會損壞。電池包殼體作為電池模塊的承載體,對電池模塊的安全工作和防護起著關鍵作用。

    一般電芯由專業的動力電池供應商提供,Pack系統一般由動力電池供應商、主機廠、第三方供應商提供。而電池盒體積較大,對于加工設備、工藝、設計能力等要求相對較高,因此目前主要由專業供應商提供。

    2、電池盒發展趨勢

    按照材料來看,電池盒主要有鋼板、鋁板(包括壓鑄、擠壓等)、復合材料(碳纖維等)等幾種形式,目前應用較多的是鋼制、鋁制。

    傳統的燃油車主要以鋼制車身為主,整車企業對鋼鐵的研究及技術的應用較為熟悉,所以電池包箱體開始是鋼制件。隨著續航里程要求推動輕量化需求提升,鋁合金產品使用越來越多。

    不同材料各有特點,其中鋁板(擠壓/壓鑄)具有重量輕、成本適中等優點,未來有望占據主流。

    2018年國內新能源汽車銷售125.6萬輛,滲透率僅有4.5%,因此新能源汽車及電池包尚處于早期成長階段。隨著新能源汽車產銷量逐步擴大,電池殼產品市場空間有望快速增長,測算,2020-2025年電池殼市場空間年均復合增速高達19%。

2020-2025年新能源乘用車銷量預測

數據來源:公開資料整理

2020-2025年新能源乘用車市場空間預測

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    目前國內外電池盒供應商主要有凌云股份(收購德國WAG)、華域汽車(賽科利)、華達科技、金鴻順、拓普集團、本特勒等,配套關系如下表。從市場格局來看,目前電池盒尚處于發展早期階段,市場格局尚不明朗。

    四、底盤發展趨勢分析

    1、底盤智能化

    線控制動是未來趨勢,近一百年來,汽車制動系統經歷了從機械到液壓再到電子(ABS/ESC)的進化過程,未來的發展趨勢將是線控制動。

    最原始的制動是機械制動,駕駛員操縱一組簡單的機械裝置向制動器施加作用力,從而達到制動的效果。后來隨著汽車質量的增加,開始出現真空助力裝置。

    隨著技術不斷進步,液壓制動技術開始發展,但到20世紀50年代液壓助力制動器才成為現實。當駕駛員踩下制動踏板,力經過推桿傳到主缸活塞從而壓縮制動液,制動液經過油管加大制動輪缸的壓力,輪缸活塞在壓力作用下驅使制動蹄片壓向制動鼓,在摩擦片的作用下使制動鼓減小轉速或者停止轉動,達到制動的效果。

液壓制動系統

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機械制動系統

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    隨著電子技術的發展,防抱制動系統(ABS)逐步開始量產應用和推廣。1978年8月,奔馳與博世在德國發布了全球首款ABS,并且率先應用在W116世代的S級車上。

    ABS主要由ECU控制單元、車輪轉速傳感器、制動壓力調節裝置和制動控制電路等部分組成。在制動過程中,ABS控制單元不斷從車輪速度傳感器獲取車輪的速度信號,并進行處理,進而判斷車輪是否即將被抱死。當車輪趨近于抱死臨界點時,制動分泵壓力不隨制動主泵壓力增加而增高,壓力在抱死臨界點附近變化,從而避免車輪抱死,減少了危險事故的發生。

    另外一項重要的發明就是車身穩定控制系統(ESP),這也是博世的專利技術。其他公司也有類似的系統但叫法略有不同,如寶馬的DSC、豐田的VSC、通用的ESC等。ESP系統其實是一組車身穩定性控制的綜合策略,是ABS(防抱死系統)和ASR(驅動輪防滑轉系統)功能上的延伸。ESP主要由控制總成ECU、轉向傳感器、車輪傳感器、側滑傳感器、橫向加速度傳感器等組成。

    當汽車快速行駛或者轉向時,產生的橫向作用力會使汽車不穩定,易發生事故,而ESP系統可以將這種情況防患于未然。例如當車輛前面突然出現障礙物時,駕駛員必須快速向左轉彎,此時轉向傳感器將此信號傳遞到ESP控制總成,側滑傳感器和橫向加速度傳感器發出汽車轉向不足的信號,這就意味著汽車將會直接沖向障礙物。那么這時ESP系統將會瞬間將后輪緊急制動,這樣就能產生轉向需要的反作用力,使汽車按照轉向意圖行駛,避免直接撞向障礙物的事故發生。

    對于傳統燃油汽車,一般利用發動機提供真空助力;而電動車沒有發動機提供真空助力,需要使用電子真空泵,或者使用線控制動系統。對于智能汽車,尤其是L3及以上等級自動駕駛汽車,制動系統的響應時間尤為重要,線控制動響應更快,是實現自動駕駛安全的重要保障。

    線控制動系統是在傳統的制動系統上發展而來的,使用電系統替代傳統的機械或液壓系統,是汽車制動技術長期的發展趨勢。傳統制動系統由制動踏板施加能量,經液壓或氣壓管路傳遞至制動器;而線控制動系統執行信息由電信號傳遞,制動壓力響應更快,因此剎車距離更短更安全。

    目前線控制動系統單價約2,500元,未來隨著產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年國內乘用車銷量分別為2,300萬、2,700萬輛,線控制動系統滲透率分別為10%、30%進行估算,2020年、2025年國內線控制動系統的市場空間分別為58億、162億元。從發展階段來看,線控制動尚處于發展早期階段,目前滲透率較低,僅有少量車型配備,新能源汽車配置率相對較高。隨著新能源汽車、L3及以上智能駕駛的逐步滲透,線控制動有望爆發。預測,線控制動2020-2025年市場空間年均復合增速高達23%。

2020-2025年線控制動系統市場空間預測

數據來源:公開資料整理

    EHB國外廠商技術發展已經比較成熟,國內在努力追趕;EMB還處在研究階段,目前看短期較難有突破。目前線控制動系統的主要供應商包括博世、采埃孚、大陸等國際零部件巨頭企業,大都從20世紀90年底開始研發,在底盤控制領域具有豐富的技術積累和供貨經驗,具有一定的先發優勢。

    從競爭要素來看,線控制動產品技術含量較高,且需要較長投入期,因此對于人才、技術和資本要求較高。目前國內發展相對較好的有伯特利、拓普集團、萬安科技等,兼備人才、技術和資本等優勢,有望在未來的市場競爭中獲得一席之地。

    智能化推動線控轉向成為新趨勢。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對于轉向系統等要求控制精確、可靠性高,只有線控轉向(SteeringByWire,SBW)可以滿足要求,因此成為轉向系統未來的發展趨勢。

    線控轉向系統是指,在駕駛員輸入接口(方向盤)和執行機構(轉向輪)之間是通過線控(電子信號)連接和控制的轉向系統,即在它們之間沒有直接的液力或機械連接。

    線控轉向系統主要分為三個部分:1)轉向盤系統,包括轉向盤、轉矩傳感器、轉向角傳感器、轉矩反饋電動機和機械傳動裝置;2)電子控制系統,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定性;3)轉向系統,包括角位移傳感器轉向電動機、齒輪齒條轉向機構和其他機械轉向裝置等。

    線控轉向系統是通過給助力電機發送電信號指令,從而實現對轉向系統進行控制。當轉向盤轉動時,轉矩傳感器和轉向角傳感器將測量到的駕駛員轉矩和轉向盤的轉角轉變成電信號輸入到電子控制器(ECU),ECU依據車速傳感器和安裝在轉向傳動機構上的位移傳感器的信號來控制轉矩反饋電動機的旋轉方向,并根據轉向力模擬、生成反饋轉矩,控制轉向電動機的旋轉方向、轉矩大小和旋轉的角度,通過機械轉向裝置控制轉向輪的轉向位置。

    線控轉向系統的優點主要有:1)省略車輛前艙一部分轉向機械結構的占用空間;2)沒有機械的轉向管柱,提高車輛的碰撞安全性;3)方向盤轉角和轉向力矩可以獨立設計,適應不同類型駕駛員對“手感”的要求。

    線控轉向系統的缺點主要有:1)需要較高功率的力反饋電機和轉向執行電機;2)復雜的力反饋電機和轉向執行電機的算法實現;3)冗余設備導致額外增加成本和重量。

    目前EPS單價約1,500元,線控轉向系統以EPS為基礎,短期產銷量較低,預計單價約4,000元,后期隨著應用范圍擴大,預計單價有望逐步降低至3,000元左右。

    按照2020年、2025年國內乘用車銷量分別為2,300萬、2,700萬輛,線控制動系統滲透率分別為0.1%、15%進行估算,2020年、2025年國內線控制動系統的市場空間分別為1億、122億元。

    從發展階段來看,線控轉向尚處于發展早期階段,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。預測,線控制動2020-2025年市場空間年均復合增速高達166%。

2020-2025年線控轉向系統市場空間測算

數據來源:公開資料整理

    EPS關鍵技術在于控制器的設計,核心內容包括路感匹配、路感跟蹤、故障診斷及處理等。EPS的核心部件電機、電控、扭矩傳感器、角度傳感器基本都為各大主機廠內部供應。線控轉向技術需要在EPS技術上發展,因此參與者絕大多數都是傳統的EPS系統供應商,新廠商切入此領域比較困難。從競爭要素來看,線控轉向系統對于技術、資本、安全等要求較高,預計短期內線控轉向產品還將為博世、采埃孚等巨頭所把控。目前拓普集團等企業在EPS等領域已有產品布局或量產,通過持續投入,未來國內企業或將迎來發展機會。

    2、電子油門

    除了轉向和制動,電子油門也是線控系統重要的應用。電子油門也稱為電控油門(E-Gas)或線控駕駛(drive-by-wire)。

    傳統節氣門操縱機構是通過拉索或者拉桿對節氣門的開啟和關閉進行操作,拉索或拉桿的一端連接油門踏板,另一端連接節氣門聯動板。這種傳統油門的控制需要一系列的機械件進行傳動,雖然比較可靠,但不夠精確。

    電子油門控制系統是用線束(導線)來代替拉索或者拉桿,發動機控制模塊根據加速踏板的位置信號和發動機其它參數信號計算出節氣門的開度,然后向節氣門驅動電機發送驅動信號,由電機來控制節氣門的開度。

    電子油門主要由油門踏板、踏板位移傳感器、ECU(電控單元)、CAN總線、伺服電動機和節氣門執行機構組成。

    位移傳感器安裝在油門踏板內部,當監測到油門踏板高度位置有變化,將此信息送往ECU,ECU對該信息和其它系統傳來的數據信息進行運算處理,計算出一個控制信號,通過線路送到伺服電動機繼電氣,伺服電動機驅動節氣門執行機構。

    目前電子油門踏板應用相對成熟,乘用車產品單價約50元。按照2020年、2025年國內乘用車銷量分別為2,300萬、2,700萬輛,電子油門滲透率按照100%計算,2020年、2025年國內線控制動系統的市場空間分別為11.5億、12.2億元,市場空間相對穩定。

    從發展階段來看,目前電子油門滲透率接近100%,處于成熟階段。從市場空間來看,增長主要來源于汽車產銷量的增長,整體走勢相對平穩。

2020-2025年電子油門市場空間測算

數據來源:公開資料整理

    電子油門領域,目前國內主要的供應商包括海拉、聯電、寧波高發、奧聯電子、凱眾股份等,其中海拉市占率相對較高,預計達到60%。

    從競爭要素來看,電子油門產品相對成熟,產品選擇主要側重于質量、價格、服務等。隨著寧波高發等國內廠商技術逐漸進步,有望憑借較低價格及更好服務獲得更多合資客戶訂單,國產化將是電子油門領域重要發展方向,國內供應商有望受益。

    3、底盤輕量化

    燃油車油耗排放和電動車續航是國內汽車廠商面臨的兩大挑戰,輕量化是解決問題的關鍵之一,因此也是汽車未來重要的發展方向。

    汽車行業很早就開始探索輕量化技術,主要手段包括選用輕質材料、優化結構設計和選擇先進制造工藝等。優化結構設計和先進制造工藝帶來的減重效果相對較小,因此目前輕量化研究的主要方向是輕質材料,包括高強度鋼、鋁合金和碳纖維復合材料等。

    輕量化材料主要有高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維等。輕量化材料的選擇需要考慮重量、成本、工藝等多個因素。高強度鋼性能優異,價格較低,但密度較高;鋁合金和鎂合金減重效果較好,但成本略貴;碳纖維減重效果好,但成本最高。綜合來看,鋁合金具有減重效果好、安全性好、性價比高等突出優點,是汽車輕量化最佳選擇之一。

    鋁合金材料是汽車輕量化最理想的材料之一,未來十年內汽車的各個主要部件用鋁滲透率都將明顯提高。預測,鋁制引擎蓋的滲透率會從2015年的48%提升到2025年的85%,鋁制車門滲透率會從2015年的6%提升到2025年的46%。具體反映在平均單車用鋁量上,1980年北美地區每輛車平均用鋁量為54kg,到2010年增長到154kg,預計到2025年每輛車的平均用鋁量將會達到236kg,單車用鋁量的大幅上升,帶來對公司汽車鋁合金壓鑄件產品的增量需求。

汽車零部件鋁合金滲透率

數據來源:公開資料整理

    車輛在路面行駛時,懸掛系統會不斷接受來自路面的沖擊。簧上質量與簧下質量之比越大,車體受到的沖擊越小,也就意味著該車擁有更好的乘坐舒適性。更小的簧下質量意味著懸掛系統擁有更好的動態響應能力以及可操控性。簧下質量的降低,慣性也就變小,遇到坑洼不平的路面時懸架反應更快,輪胎能夠更加貼伏地面,穩定性及操控性上升。

    按照2020年、2025年國內乘用車銷量分別為2,300萬、2,700萬輛,預計2020年鋁合金控制臂、副車架、轉向節、制動鉗滲透率分別為15%、8%、40%、5%,2025年鋁合金控制臂、副車架、轉向節、制動鉗滲透率分別為30%、25%、80%、20%來計算,2020年、2025年國內主要底盤部件輕量化市場空間分別為140億、330億元,市場空間快速增長。

    從發展階段來看,底盤輕量化尚處于發展早期階段,目前滲透率均相對較低,仍有較大發展空間。預測,主要底盤部件輕量化市場空間2020-2025年的年均復合增速高達19%。

2020-2025年底盤輕量化路合金滲透率

數據來源:公開資料整理

2020-2025年底盤輕量化市場空間預測

數據來源:公開資料整理

    相關報告:智研咨詢發布的《2019-2025年中國汽車及汽車底盤行業市場供需預測及發展前景預測報告

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