架橋觀點 || 汽車智能系列:智能底盤的變革與機遇

2023-05-15 14:21

架橋觀點

(本文數據及觀點為走訪調研后整理分析得出,不構成任何投資或決策建議。)

摘要

智能底盤是汽車電動化與智能化發展的結果,本質是人機解耦,是自動駕駛的基石。智能底盤是用電動或電子系統取代傳統底盤的機械或液壓系統,處于電動化與智能化的需求交匯點,并且是自動駕駛的剛需“執行” 基石,是實現L2+智能駕駛的必經之路。


線控制動、線控轉向、主動懸架和域控是當下最具成長性的細分賽道。隨著汽車電動化和智能化的持續滲透,2025年智能底盤制動、轉向、懸架和域控市場規模將超過500億元。目前,智能底盤行業國產化率較低,博世、大陸集團、萬都、采埃孚集團等國際廠商占據約95%市場份額,國產廠商憑借快速響應能力與新技術研發的高配合度將迎來市場機遇。


風險提示:

下游需求可能不及預期。

正文

智能底盤是汽車電動化與智能化發展的結果,本質是人機解耦,是自動駕駛的基石

復盤美、日、韓、中四國汽車工業發展,低成本和差異化是實現格局變遷的必要條件。汽車發展史上,全球發生過三次重大格局變更,20世紀30年代之前,福特通過流水線生產推出T型車大幅降低汽車生產成本成就其行業的霸主地位。20世紀30年代,通用通過差異化產品策略,用低成本下的多而美打敗福特壟斷格局。20世紀70年代,日本品牌汽車憑借精益生產模式的低成本制造和小排量汽車的低成本出行和差異化在兩次能源危機助力下全球崛起。


汽車產業差異化主要來自于技術創新。近百年汽車發展歷史,經歷了四個時代:機械時代、電子&電氣時代、軟件&網絡時代、大數據&人工智能時代。汽車產業每一次技術變革,都是與其他新興產業技術融合創新的結果。在大數據&人工智能的時代,汽車行業正與人工智能技術充分融合,各種智能化技術逐漸在汽車上得到應用。

汽車行業發展歷史

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資料來源:公開資料,架橋資本整理


智能底盤是汽車電動化與智能化發展的結果,本質是人機解耦,是自動駕駛的基石。


智能底盤的定義是為自動駕駛系統、座艙系統、動力系統提供承載平臺,具備認知、預判和控制車輪與地面間相互作用,管理自身運行狀態的能力,具體實現車輛智能行駛任務的系統。其發展趨勢是電動化、智能化、集成化、輕量化。


電動化是底盤智能化的基礎,發展方向在于底盤的線控化,通過電動或電子系統取代傳統底盤的機械或液壓系統,實現電控化。


智能化是滿足智能汽車駕乘體驗感和安全性的基礎。智能底盤是實現汽車智能化的關鍵環節,通過線控化改造來搭建智能汽車的控制執行系統,推動線控制動和線控轉向的發展,最終實現自動駕駛等功能。


集成化是降低成本和開發復雜度的重要手段。隨著電動化與智能化推進,底盤功能和元器件越來越多,需要通過集成化或模塊化進行降低成本和開發復雜度。


輕量化是實現智能汽車低碳導向的重要途徑。底盤系統輕量化主要是降低簧下質量,這有助于提升體驗感和降低成本。對于電動車來說,減重可以增加續航里程,降低整車成本。底盤輕量化的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。

智能底盤發展趨勢

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資料來源:公開資料,架橋資本整理

智能底盤的發展目標是線控化、一體化融合控制與產業鏈自主可控。中國電動汽車產業技術創新戰略聯盟提出關于智能底盤技術路線圖:到2025年,裝載自主品牌線控制動、線控轉向的智能底盤在有行業影響力的企業實現批量應用;智能底盤關鍵技術指標達到國際先進水平;關鍵部件產業鏈實現自主可控。到2030年,自主智能底盤和線控執行的整車和零部件企業初步形成品牌效應;智能底盤總體達到國際先進,關鍵技術指標達到國際領先水平;智能底盤形成完整的自主可控產業鏈;培育有國際競爭力的企業。

國內多項政策持續支持智能底盤技術發展

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資料來源:公開資料,架橋資本整理

未來五年全球智能底盤市場規模將超過200億美元,目前國際廠商占全球智能底盤約95%市場份額。QYResearch調研顯示,2021年全球智能底盤市場規模為66億美元,預計到2028年底將達到231億美元,2022-2028年增速為19%。2021年中國占全球市場份額為17%,美國為21.42%,預計2028年中國市場規模達到42億美元。

智能底盤產業鏈全景圖

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資料來源:公開資料,架橋資本整理

線控制動、線控轉向、主動懸架和域控是當下最具成長性的細分賽道。除了電門與換擋以外,線控制動的滲透率較高,達到13%,處于高速成長期,主要得益于電動力發展,能量回收及自動駕駛的剛需。

智能底盤細分賽道分析

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資料來源:公開資料,架橋資本整理


汽車制動系統近百年演變過程逐步向電動化、解耦化、智能化、集成化發展

汽車制動系統發展經歷了機械制動、電子輔助制動、線控制動三個階段,現正處于線控制動階段。線控制動取消了制動主缸及真空助力等零部件,使制動系統更加簡潔緊湊,同時均采用電子制動踏板替代傳統制動踏板,保證ABS或ESC在啟動時不存在踏板抖動現象。線控制動采用非人力作為動力源,制動效能比較高。

汽車制動系統發展歷程

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資料來源:專家訪談,架橋資本整理

2022年,國內外線控制動滲透率快速提升,已進入快速成長期,市場規模持續提高,預計2025年國內滲透率超過20%,市場規模會突破100億,全球市場規模會突破400億。(注:單車價值按2000元計算) 近兩年,國外廠商產能短期無法滿足市場需求,同時國外廠商快速響應與新技術研發配合度不足,給國內廠商帶來入場機會。國內廠商通過小批量項目測試驗證產品可靠性,有機會隨國內新能源汽車市場快速放量。

線控制動市場規模預測(單位:億元)

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資料來源:公開資料,架橋資本預測

線控制動又分為EHB與EMB兩種路線,EMB理論上比EHB更優,但由于缺少冗余備份制動系統與電機制動力不足等限制,預計未來5年內仍以EHB為主,而EHB方案中,性能上更具優勢的One-Box是主要發展趨勢。Two-box(N-Box) 與One-box方案的本質區別是由多少個設備(支架)實現制動的所有功能。One-Box減少了兩套控制器、兩套電機、一套執行器、兩個支架、兩套線束及管路,成本比N-Box方案低。One-Box方案能量回收時制動減速度更高,帶來更好的動能回收效果。

One-Box方案與Two(N)-Box對比

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One-Box方案與Two(N)-Box方案結構示意圖

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資料來源:公開資料,架橋資本整理


國內線控制動廠商通過快速響應與新技術研發高配合度,取得不少車廠定點,國產替代拐點明顯。從競爭格局上看,博世、大陸、采埃孚天合等外資品牌壟斷90%線控制動及97% one-box市場份額,國產化率較低。


國內外線控制動的差距主要體現在:1)技術成熟度不夠,國內線控制動研發起步較晚,技術積累和正向開發能力還有待提升;2)研發人才及量產能力有待提升,國內大部分廠商量產時間都在近幾年,量產經驗與能力跟外資頭部廠商還有差距,產業人才方面還沒形成規?;囵B。


國內外線控制動廠商

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(表格數據均來自公開信息,已隱去公司名稱,不構成投資推薦或操作建議)

線控轉向可以實現汽車轉向遞特性的優化,從而提高轉向精準度,是未來發展趨勢

汽車轉向系統決定了汽車的橫向運動,傳統的轉向系統是機械系統:駕駛員操縱方向盤,通過轉向器和拉桿,將轉向意圖傳遞到轉向車輪,從而實現轉向運動。


汽車轉向系統經歷了機械轉向系統、助力轉向系統、線控轉向系統三個階段,現正處于助力轉向階段,正向冗余電子助力轉向發展。


機械轉向與助力轉向都屬于基于機械部件的轉向系統。這些機械系統在進化的過程中,優化了轉向系統的力傳遞特性,為轉向控制提供了助力,提升了汽車的操縱穩定性和平順性。但是,受限于機械結構,它們無法改變轉向系統的角傳遞特性,即汽車的轉向特性。


線控轉向系統可以對隨車速變化的參數進行補償,使汽車的轉向特性不再隨車速的變化而變化。這將有助于實現智能駕駛所要求的主動控制。

汽車轉向系統發展歷程

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資料來源:公開資料,架橋資本整理

短期內電子助力轉向依然是轉向系統主流,隨著新能源汽車加速滲透以及智能化、高端化的快速發展,轉向系統逐步向R-EPS和DP-EPS升級,短期內“EPS+冗余”將作為線控轉向的替代方案。線控轉向系統將優先在L3以上智能駕駛車型上落地,擁有R-EPS技術儲備及量產能力的廠商具有先發優勢。


線控轉向在電子助力轉向的基礎上,進一步取消了方向盤和轉向機構之間的機械連接,兩個電機可分別提供轉向助力和路感反饋,其優勢在于:1)更舒適:機械解耦,具備更靈活可調的轉向比和更舒適的路面反饋,同時也為可收起式方向盤提供了必要條件;2)更安全:由于取消了轉向柱等機械結構,因此可以完全避免碰撞事故中,轉向柱對駕駛員的傷害;3)更經濟:減少機械部件,汽車輕量化程度更高;4)更智能:轉向ECU可以獲取汽車的整體運動狀態,并通過算法優化,綜合提升車輛的操縱穩定性。

線控轉向(SBW)工作原理

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線控轉向的技術難點還比較多,目前量產車型較少,2025年可能是線控轉向批量上車的元年。最早的量產線控轉向系統可以追溯到2015年英菲尼迪Q50。2021年,集度、蔚來、吉利成為線控轉向技術發展和標準化研究的聯合牽頭單位,將牽頭線控轉向相關國家標準的制定。未來隨著L3及以上自動駕駛的普及,線控轉向系統有望迎來發展,2025年中國市場規模超過50億元,全球市場規模超過150億元。(注:單車價值按2021年4,000元,2025年3,000元計算) 中國汽車工程學會2022年度公布的《線控轉向征求意見稿》指出,2030年線控轉向目標滲透率達到30%。

線控轉向(不含后輪)市場規模預測(億元)

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資料來源:公開資料,架橋資本預測

海外廠商先發優勢明顯,但大部分線控轉向方案處于原型機階段,國內廠商有彎道超車機會。2021年,國際廠商德國博世、美國耐世特、德國采埃孚、日本捷太格特、日本精工分別占中國乘用車EPS市場16%、14%、12%、12%、10%份額,且基于EPS技術提前布局線控轉向系統,具有先發優勢。目前,大部分廠商線控轉向方案還處于原型機階段。

國內外線控轉向廠商

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(表格數據均來自公開信息,已隱去公司名稱,不構成投資推薦或操作建議)

除了前輪轉向,后輪轉向近些年也得到不少主機廠的關注。因為后輪轉向可以有效改善整車轉向特性。


后輪轉向存在與前輪同向和反向兩種情況,而且這兩種情況也會表現出兩種完全不同的轉向特性,同向可以增加不足轉向,而反向可以增加過度轉向。


車輛在低速行駛時,可以通過后輪與前輪的反向轉動來適當增加轉向過度。高速行駛的車輛遇到緊急變線的情況時,在沒有任何電子輔助系統的幫助下,很容易出現轉向過度的傾向,通過后輪產生一個很小但很重要的與前輪相同方向的轉向則可以彌補轉向過度的趨勢,這樣會讓汽車有更好的平衡性。

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數據來源:采埃孚

后輪轉向系統全球滲透率約1.2%,基本由海外廠商壟斷。目前,后輪轉向系統基本由采埃孚、愛信、舍弗勒等海外廠商壟斷,車廠會在供應商的基礎上進行個性化定制。國內車廠中帶有后輪轉向的車型并不多,以海外高端品牌車型為主。


新能源汽車滲透率提升,有望提升后輪轉向技術搭載率。原因:1)主動后輪轉向技術屬于線控轉向技術,在新能源汽車平臺上更容易實現。2)由于電池等原因,電動車軸距普遍較長,軸距長會增加轉彎半徑,通過后輪轉向技術可以提高靈活性。

全球后轉轉向搭載情況

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資料來源:公開資料,架橋資本整理


主動懸架是汽車懸架智能化的結果,是未來發展趨勢

汽車懸架是汽車車身與車輪連接裝置,決定車輛舒適性及操控性。主動懸架是汽車懸架智能化的結果,是發展趨勢,其中空氣懸架是最常見的主動懸架。

懸架系統演變趨勢

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資料來源:公開資料,架橋資本整理

空氣懸架主要由空氣供給單元(空氣壓縮機、空氣存儲罐、空氣干燥器、電磁閥等)、空氣彈簧、可變阻尼減震器、以及電控單元和傳感器等部件組成。其中,空氣彈簧、可變阻尼減震器、空氣壓縮機三個部件價值量最高。此外,儲氣罐、ECU等部件技術含量和壁壘較高,也是懸架系統國產替代的關鍵。

空氣懸架成本占比

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數據來源:蓋世汽車,架橋資本整理

空氣懸架核心部件技術壁壘較高,且直接影響行車安全,主機廠對產品品質把握嚴格,需要供應商較長時間反復測試驗證,供應商導入時間較長。目前國內企業在空氣彈簧、可變阻尼減震器、空氣壓縮機、儲氣罐、ECU等領域均已實現突破。


在軟硬件解耦趨勢下,主機廠負責空氣懸架ECU、控制方案研制和最終集成,而空氣懸架總成將分拆成空氣供給單元、空氣彈簧、減震器、傳感器等硬件,由供應商供應,這為體制更靈活、擁有快速響應及成本優勢的國內空氣懸架部件供應商帶來機遇。


國內空氣懸架滲透率與發達國家有較大差距,2025年市場滲透率有望超過10%,市場規模超過250億。商用車方面,受法規強制安裝要求,空氣懸架在商用車中逐步推廣。乘用車方面,根據佐思汽研數據中心的統計,2022年1-4月,進口車市場空氣懸掛滲透率約為24%,國內乘用車市場的空氣懸掛滲透率約為0.7%。國產化加速趨勢下,空氣懸架整套系統價格將下降至萬元內。疊加核心部件國產替代及產品配置下探,預計2025年乘用車空氣懸架產品滲透率超過10%。

空氣懸架市場規模預測(億元)

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資料來源:公開資料,架橋資本預測


底盤域控可實現橫、縱、垂向運動一體化控制,有助于車輛智能駕駛功能的實現

底盤域控制器通過對底盤多系統的數據采集與融合,實現汽車底盤控制目標的統籌規劃,將橫向、縱向及垂向等控制系統的功能一體化集成,實現高品質的汽車動力學和高冗余的底盤安全控制。底盤域一體化控制有助于車輛智能駕駛功能的實現。

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資料來源:公開資料,架橋資本整理

底盤域控制器的商業模式有三種:(1)主機廠自研域控制器,硬件委托Tier1代工;(2)Tier1和主機廠合作生產域控制器(3)主機廠全棧外包給Tier1。從中期看,底盤域控制器的主流合作模式將還是由主機廠和Tier1廠商共同研發完成,實力較強的國內Tier1廠商將更有可能抓住此機遇;從長期維度看,主機廠自研底盤域控制器是趨勢,有實力的主機廠出于底盤功能差異化、技術話語權和后續OTA升級等需求,更傾向于實現底盤域控制器自研,代工模式后期將有往頭部集中的趨勢,實力較強的Tier1在中期及后期均會占據較多市場份額。


目前,成熟底盤域控制器量產方案的廠商并不多,國內廠商在開發配合度、響應速度上的優勢有機會彎道超車。底盤域控制器主要是集成制動、轉向和懸架等控制功能,對安全等級具備較高要求,且需要集成的機械部件較多,門檻較高使底盤域控制器目前仍處于實驗室階段。


從市場規???,底盤域控制器單價1,000元左右,預計2025年滲透率達15%,中國及全球市場規模分別達45億元、140億元。

國內外底盤域控制器廠商

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(表格數據均來自公開信息,已隱去公司名稱,不構成投資推薦或操作建議)

架橋資本關注重點

(1)線控制動得益于電動力發展,能量回收及智能駕駛的剛需,處于高速成長期;目前主要海外廠商供應,國內創業公司可以依托在新技術研發配合度的優勢,迅速占領市場,實現彎道超車;One-box與ESC融合要求較高,硬件決定性能好壞,是線控制動發展趨勢;EMB技術難度大,軟硬件要求均高,隨著技術成熟有望在2025年逐漸在車上小規模商用。


(2)電子助力轉向(EPS)短期依然是轉向系統主流,并逐漸往DP-EPS和R-EPS滲透;線控轉向目前滲透率比較低,隨著L3以上自動駕駛的商業化,線控轉向需求會持續上升;主動后輪轉向將逐漸往30-40萬車型滲透,滲透率有望持續提升。


(3)空氣懸架是底盤體驗型產品,一般裝在高端車上,2022年有下探到30-40萬的車型趨勢,市場想象空間最大,但由于成本較高滲透率上升空間有限。


(4)底盤域控制器是底盤一體化融合的產物,隨著底盤智能化、一體化程度的提升,需求會突顯出來,但是未來存在與動力域或中央域合并的可能,單純只做底盤域控的廠商存在風險。


(5)線控油門(電門)與換檔,經過十幾年發展,技術較為成熟,滲透率較高。


風險提示

下游需求可能不及預期。


(本文數據及觀點為走訪調研后整理分析得出,不構成任何投資或決策建議。)


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