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线控底盘技术行业研究
2020-08-08 00:07:47· 来源：铭笙资本
一、智能网联汽车引发底盘技术变革智能网联汽车是汽车产业的未来，电动化、智能化、网联化、共享化成为汽车产业发展趋势，叠加政策暖风频吹，智能网联汽车迎来了
一、智能网联汽车引发底盘技术变革
智能网联汽车是汽车产业的未来，电动化、智能化、网联化、共享化成为汽车产业发展趋势，叠加政策暖风频吹，智能网联汽车迎来了新的发展机遇，而自动驾驶技术的发展是重中之重。
从政策规划来看，政策利好持续推动行业发展
国家发改委等11部委2月联合发布《智能汽车创新发展战略》提出，到2025年，中国标准智能汽车的技术创新、产业生态、基础设施、法规标准、产品监管和网络安全体系基本形成；实现有条件自动驾驶的智能汽车达到规模化生产，实现高度自动驾驶的智能汽车在特定环境下市场化应用。
工信部网站3月9日公示《汽车驾驶自动化分级》，拟于2021年1月1日开始实施。
从企业规划来看，国内外车企加快布局
国外大部分整车厂计划将在2020年前后投放L3级量产车，并将在2025年前后实现L4级量产。谷歌无人驾驶公司Waymo近期宣布完成22.5亿美元的首轮外部融资，其无人驾驶汽车制造工厂目前已经进入SOP状态，预计2021年之前将交付2万台完全无人驾驶汽车。
宝马近期发布的i4支持L3级自动驾驶，同时具备L4级自动驾驶技术，全面对标特斯拉。奔驰宣布2020年将正式推出搭载L3级别自动驾驶辅助功能的S级轿车。
长安汽车3月10日在重庆开启了中国首个L3级自动驾驶量产体验，搭载L3级自动驾驶技术的长安UNI-T驶上了开放性道路。
汽车智能化将推动线控底盘技术快速发展，智能汽车的感知识别、决策规划、控制执行三个核心系统中，与底盘相关的主要是控制执行，需要对传统汽车的底盘进行线控改造以适用于自动驾驶。
二、传统汽车底盘构成
汽车底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。
三、 线控制动
1、线控制动的发展趋势
近一百年来，汽车制动系统经历了从机械到液压再到电子（ABS/ESC）的进化过程，未来汽车电动化和智能化趋势下，制动系统的响应时间尤为重要，线控制动响应更快，是实现自动驾驶安全的重要保障。
传统制动系统是以真空助力+液压系统为核心，产品成熟度高。传统制动系统的制动过程是利用真空源（燃油车是真空助力器，纯电动车是电子真空泵）推动主缸，借助制动液在制动器上产生制动力；线控制动系统执行信息由电信号传递，制动压力响应更快，因此刹车距离更短更安全。
2、 线控制动分类
线控制动系统主要分为EHB/EMB两种类型
（1）液压式线控制动EHB（Electro Hydraulic Brake），以传统的液压制动系统为基础，用电子器件取代了一部分机械部件的功能，使用制动液作为动力传递媒介，控制单元及执行机构布置的比较集中，有液压备份系统，也可以称之为集中式、湿式制动系统。
（2）机械式线控制动EMB（Electro Mechanical Brake），采用电子机械装置代替液压管路， 执行机构通常安在轮边，也可称为分布式、干式制动系统。
EMB与EHB优劣势比较：
EMB与EHB相比最大的不同就是所有液压装置都被电子机械系统替代了，它取消了使用一百多年的刹车液压管路，而是采用电机直接给刹车碟施加制动力。
优点：
反应时间短：安全优势极为突出，大幅度缩短刹车距离，EMB的反应时间大约90毫秒，比iBooster的120毫秒更快速。
无液压系统：没有液压系统，不会有液体泄露，对电动车来说尤其重要，液体泄露可能导致短路或元件失效，进而导致灾难。同时成本和维护费用也降低不少。
缺点：
无备份系统，可靠性要求高：因为没有液压备份系统，所以对系统可靠性要求极高，尤其是电源系统的稳定。其次要求总线通信系统的容错能力较强，系统需要至少两个 CPU来保证可靠性。
轮毂体积限制电机功率：EMB系统必须在轮毂中，轮毂的体积限制了电机功率，导致刹车力不足，而普通轿车需要1-2KW的刹车功率，目前小体积电机实现较为困难。
工作环境恶劣（高温，振动）
刹车片附近的温度高达数百度，而电机体积又决定只能使用永磁电机，而永磁不耐高温，同时 高温对于半导体元件影响也较大，而受体积限制，添加冷却系统较难。
EMB是簧下元件，震动剧烈，对于永磁体及半导体元件是很大的考验。
总体来看，EHB系统由于具有备用制动系统，安全性较高，因此接受度更高，是目前主要推广量产的方案。EMB系统虽然具有诸多优点，但目前因为技术发展限制，尚未大量应用，是未来发展的方向。
3、 线控制动市场情况
市场规模：
目前线控制动系统单价约2,500元，未来随着产销量上升带来成本降低，价格有望下降至2,000元左右。
按照2020年、2025年国内乘用车销量分别为2,300万、2,700万辆，线控制动系统渗透率分别为10%、30%进行估算，2020年、2025年国内线控制动系统的市场空间分别为58亿、162亿元。
来源：中银国际证券
国内外发展情况：
EHB国外厂商技术发展已经比较成熟，国内在努力追赶；EMB还处在研究阶段，目前看短期较难有突破。
目前线控制动系统的主要供应商包括博世、采埃孚、大陆等国际零部件巨头企业，大都从20世纪90年底开始研发，在底盘控制领域具有丰富的技术积累和供货经验，具有一定的先发优势。国内一些自主整车企业和零部件供应商从2000年开始就开始进行EHB的研发，虽然与博世等国际巨头仍存在一定差距，但产业尚处于发展早期阶段，还有较大的追赶机会。
国外厂商：
博世：其线控制动系统iBooster于2013年初推出，并且应用大众（包括奥迪品牌，大众持有ibooster的部分专利）全系列电动与混动车上，其他客户还有特斯拉和卡迪拉克CT6，国内采用二代iBooster主要有荣威、领克和蔚来。目前博世已经推出适用于L3/L4的IPB，实际就有是iBooster和ESP合二为一。比亚迪即将在2020年上市的“汉”中采用IPB方案，是中国第一个使用博世IPB的量产车型。
大陆：大陆的MK C1早在2011年就已经推出，在2017年版的阿尔法罗密欧Giulia上使用，与博世IPB类似。
天合（TRW）：天合大约在2010年底也开发了类似MK C1的IBC，2012年9月TRW正式发布IBC，2014年9月德国采埃孚（ZF）收购TRW。
国内厂商：
伯特利：公司2019年7月发布WCBS产品，为客户提供one-box一体式解决方案，不仅集成了真空助力器、电子真空泵、主缸和ESC的功能，还能更好地满足新能源汽车以及整车智能驾驶对制动系统新的需求。
拓普集团：公司多年来致力于汽车电子产品开发，先后开发出EVP等产品并实现量产，在线控制动领域，公司研发的智能刹车系统IBS产品目前仍处于验证和市场预推广阶段，预计将于2021-2022年实现量产。
万安科技：参股公司上海同驭汽车科技有限公司的EHB产品已跟江铃集团、菜鸟物流等多家客户开展合作，目前已装车近500台，涉及乘用车、轻型客车等多种车型，产品成熟度高，达到国内领先水平，并计划于2019年实现量产。
四、 线控转向
1、 线控转向发展趋势
汽车转向系统经历了四个发展阶段：
从最初的机械式转向系统（Manual Steering，简称MS）发展为液压助力转向系统（Hydraulic Power Steering，简称HPS），然后又出现了电控液压助力转向系统（Electro Hydraulic Power Steering，简称EHPS）和电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）。
资料来源：德尔股份招股说明书
智能化推动线控转向成为新趋势。对于L3及以上等级智能汽车，部分或全程会脱离驾驶员的操控，因此智能驾驶控制系统对于转向系统等要求控制精确、可靠性高，只有线控转向（Steering By Wire, SBW）可以满足要求，因此成为转向系统未来的发展趋势。
2、 线控转向组成与分类
线控转向系统组成：
线控转向系统是指，在驾驶员输入接口（方向盘）和执行机构（转向轮）之间是通过线控（电子信号）连接和控制的转向系统，即在它们之间没有直接的液力或机械连接。
线控转向系统主要分为三个部分：
1）转向盘系统，包括转向盘、转矩传感器、转向角传感器、转矩反馈电动机和机械传动装置；
2）电子控制系统，包括车速传感器，也可以增加横摆角速度传感器、加速度传感器和电子控制单元以提高车辆的操纵稳定性；
3）转向系统，包括角位移传感器、转向电动机、齿轮齿条转向机构和其他机械转向装置等。
线控转向工作原理：
线控转向系统是通过给助力电机发送电信号指令，从而实现对转向系统进行控制。
当转向盘转动时，转矩传感器和转向角传感器将测量到的驾驶员转矩和转向盘的转角转变成电信号输入到电子控制器（ECU），ECU依据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转方向，并根据转向力模拟、生成反馈转矩，控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转的角度，通过机械转向装置控制转向轮的转向位置。
线控转向分类：
SBW线控转向系统有两种“冗余”设计方式，用于应对部件失灵造成的特殊状况：
保留转向管柱冗余：
仍然通过传统的转向管柱将方向盘与转向执行机构连接在一起，但在转向管柱与转向执行机构之间有电控多片离合器相连。正常情况下，多片离合器为断开状态，只有当伺服机构发生故障的紧急情况下，离合器才会接通。接通后，通过方向盘与转向机构（齿轮齿条机构）的刚性连接仍然能够实现转向操作，只是手感会变重一些。
率先在量产车上采用线控转向的英菲尼迪Q50采用的就是这样的冗余方式。Q50、Q50L部分高配车型和Q60装备了DAS线控转向，这套线控转向系统的构成与传统转向系统结构类似，不同之处在于它多了3组ECU电子控制单元、方向盘后的转向动作回馈器、离合器。
当任意一个ECU被监测到出现问题时，备用模式将激活离合器，恢复至传统的机械传动转向模式，确保驾驶员可以掌控车辆。
多电机控制冗余：
在执行机构处（转向机构）采用多个电机控制来实现冗余度，在方向盘处通过多个传感器布置来实现输入信号的冗余度。这种冗余方式更先进，成本非常高。
这种设计可以完全取消掉转向管柱，从可靠性上来说甚至可以取消掉方向盘，实现L4以上的自动驾驶级别。这种SBW线控转向系统还没有应用在任何一台量产车上。所以，在这种纯SBW量产之前，所有宣传的自动驾驶都无法达到L4以上（含L4）的级别。
3、 线控转向市场情况
市场规模：
目前EPS单价约1,500元，线控转向系统以EPS为基础，短期产销量较低，预计单价约4,000元，后期随着应用范围扩大，预计单价有望逐步降低至3,000元左右。
按照2020年、2025年国内乘用车销量分别为2,300万、2,700万辆，线控制动系统渗透率分别为0.1%、15%进行估算，2020年、2025年国内线控制动系统的市场空间分别为1亿、122亿元。
来源：中银国际证券
国内外发展情况：
从发展阶段来看，线控转向尚处于发展早期阶段，目前渗透率极低，仅有少量车型配备。随着L3及以上智能驾驶的逐步渗透，线控制动有望爆发。
根据佐思产研数据，2017年中国乘用车转向助力系统厂家中，Bosch、JTEKT、NSK、ZF、Nexteer等国际巨头市占率排名靠前。
博世线控转向系统亮相于2019年上海车展，采用全冗余的软硬件方案。博世目前是外资厂商中线控转向研发进度最快的，2020年就要小规模量产。舍弗勒11月21日与湖南湘江新区管理委员会在长沙正式签署投资合作协议，将旗下Space Drive线控转向技术落地中国，并于2021年投入市场。捷太格特是全球最大的转向系统供应商，未来将推出冗余系统与线控系统，预计2021年左右量产。
国内企业主要有株洲易力达、湖北恒隆和浙江世宝等，但规模都比较小，技术相对落后。此外拓普集团也积极拓展EPS等产品，有望凭借资金、效率、人才等优势，获得一定的市场空间。
五、投资机会分析
目前国内线控底盘市场还在发展初期，存在很多问题：
外资垄断高端市场
目前中高端市场外资占比超80%，开发费、测试标定费较高，而且其核心控制系统鲜少对外开放，外资厂商掌握话语权，服务响应慢，量产进度迟缓。
国产量产经验很少
外资厂商定义技术标准，从研发、测试标定到量产，流程长，对安全等级、开发流程要求非常高，要求足够量产经验和质量管控能力。
线控行业门槛高
底盘线控技术门槛高，国产合格厂家很少，主要集中在低端市场打“价格战”。
行业周期下行，价格更加敏感。
成本敏感期，整车厂无法承担高额费用，新车开发流程加快，新能源汽车是未来增长点。
可以预见，未来随着自动驾驶技术的的逐渐发展，国内整车厂对线控底盘国产化需求明显，会越来越看重看重话语权，而外资由于垄断地位普遍强势，因此逐步培养国内供应商是优化供应链的核心；而对于国产厂商来说，低开发费、匹配测试费用，高匹配度是服务整车厂的核心能力，而且目前行业处在发展初期，技术壁垒尚未明显形成，对于国产厂商来说是弯道超车的机会。
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