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详解∣汽车线控底盘技术及市场概况及趋势(制动篇)
作者: 智车行家 来源: ATC汽车底盘 日期: 2022年2月25日

智能化、电动化是主旋律,催生线控底盘行业规模迎来爆发式增长。我们预计到 2026 年,全球线控底盘规模超 1500 亿元,其中线控制动和线控转向规模分别达 575和436 亿元。底盘控制器行业以前由外资巨头主导,自主供应商有望借线控的“东风”实现替代,份额持续提升。
 
01 底盘线控化是实现高级别自动驾驶的必由之路
线控底盘是实现自动驾驶 SAE L3 的“执行”基石。从自动驾驶系统分工来看,共分为感知、决策和执行三个部分,其中底盘系统属于自动驾驶中的“执行”机构,是最终实现自动驾驶的核心功能模块。
 
L3 及 L3 以上更高级别自动驾驶的实现,离不开底盘执行机构的快速响应和精确执行,以达到和上层的感知和决策的高度协同。而底盘系统的升级,也就意味着其中驱动系统、制动系统和转向系统等功能模块的升级。所以,线控底盘作为更高级别自动驾驶的执行基石,是发展自动驾驶的具体抓手。
 

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线控底盘技术是发展高级别自动驾驶的必然要求。在传统底盘技术中,当驾驶者做出踩下制动踏板/油门踏板、转动方向盘或踩下离合器踏板并拨动档位操纵器等动作时,力通过机械连接装置传导到执行机构,(在液压/气压等装置的辅助下)车辆完成相关动作;线控底盘系统的差别在于当驾驶者做出以上相关动作时,各个位移传感器将力信号转化为电信号,传导至 ECU 后计算出所需要的力,然后由电机驱动执行机构完成相关动作。
 
线控底盘系统取消了大量的机械连接装置及液压/气压等辅助装置,一是有助于车辆提升安全性,具备响应速度快和控制精度高的特点,二是减少了力在传导过程中能量的损耗,三是可磨损部件减少维护成本降低。
 
同时,线控底盘技术的发展将大幅提升汽车能量利用效率,提升新能源汽车的续航能力。基于新能源专用平台设计、生产的新能源汽车底盘经过重新设计,可以更好的适应各线控装置的布局,同时更高的电气化水平可以有效支撑线控底盘系统的正常运行。
 
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02 自动驾驶迈入 SAE L3 及以上级别,线控底盘迎来集中爆发机会
消费需求不断提升,汽车智能化成为终端销售的核心卖点。随着消费需求的更迭,消费者对于更智能的驾驶体验提出更高的诉求。基于对消费者需求的洞察,如今各车企纷纷布局智能汽车业务,针对 C 端消费者的需求开展差异化竞争。汽车智能化俨然已经成为终端销售的核心卖点之一,不断追求高度智能和技术创新是趋势所向。
 
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国家政策支撑行业电动化、智能化发展,线控底盘规模有望迎来爆发。2020 年,国务院办公厅发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》指出,我国新能源汽车市场竞争力明显增强,动力电池、驱动电机、车载操作系统等关键技术取得重大突破。
 
据我们预测,到 2025 年,新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量23%左右,高度自动驾驶汽车料将实现限定区域和特定场景商业化应用。而线控底盘作为汽车电动化和智能化的核心技术产品,有望迎来规模爆发期。
 
线控制动与线控转向是线控底盘的关键技术,处于大规模商业化前夜。据 Hitachi 显示,底盘线控化的技术发展顺序为,线控换挡/油门、线控制动、线控转向,直至底盘完全线控化,实现汽车状态控制(Vehicle Stability Control,VSC)。
 
其中线控制动于 2018 年正式量产,特斯拉 Model 3 和比亚迪汉等爆款车型分别搭载博世的 Two-Box 及 One-Box线控制动产品;线控转向目前已小规模试样。我们认为,线控制动和线控转向系统已处于大规模商业化前夜,渗透率有望加速提升,行业将迎来爆发式增长。
 
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03 线控底盘行业规模:全球千亿市场,制动和转向是主赛道
线控底盘分为线控制动、线控转向、线控油门、线控换挡四大系统,其中线控制动和线控转向是重点。线控底盘主要分为线控转向、线控制动、线控油门和线控换挡四个部分。其中,线控油门和线控换挡技术发展较为成熟,在各大车企中应用较为常见,渗透率稳定。
 
线控制动技术成熟度提升较快,且由于线控制动解决了电动车真空助力缺失的问题,在新能源汽车中渗透率将快速提升。线控转向是在电子助力转向的基础之上发展而来,利用线控代替机械连接方向盘和执行机构,随着未来自动驾驶水平进一步提高,预计线控转向渗透率将持续提升。对于智能驾驶来说,线控制动和线控转向子系统尤其重要。
 
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汽车线控底盘市场广阔,预计国内市场规模 2021/2026 年达到 145/575 亿元。
 
汽车底盘系统约占整车成本的 10%左右,其市场状况与汽车市场高度相关,其中线控底盘细分市场与驾驶自动化程度高度相关。我们估计 2021 年全球/国内汽车线控底盘单车价值量为7250 元,其中不同细分产品的渗透率增长速度各不相同。
 
据我们测算,预计 2021 年国内线控底盘市场规模达145亿元,2026年国内线控底盘市场规模将达到575亿元;预计 2021 年全球汽车线控底盘市场规模将达到 447 亿元,2026 年全球汽车线控底盘市场规模达 1528 亿元,5 年 CAGR 为 27.8%。
 
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细分行业中,线控制动及线控转向占比较高,增长较快。据我们测算,2021-2026 年期间,线控制动、线控转向、线控油门、线控换挡对应年复合增长率分别为 50.7%、52.2%、 5.3%、21.0%,线控制动和转向将在近五年迎来爆发性增长。
 
预计 2021 年国内线控底盘行业规模约为 145 亿元,线控制动、线控转向、线控油门、线控换挡分别占比为 19.2%、 0.0%、57.7%、23.1%;预计 2026 年国内线控底盘行业规模达到 575 亿,各细分行业占比分别为 37.6%、28.5%、18.8%、15.0%;从增速和规模综合而言,线控制动和线控转向将成为线控底盘行业的主要增长部分。
 
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04 线控制动渗透率快速提升,行业规模持续扩容
线控制动取消机械连接,实现精准控制。线控制动系统(Brake-By-Wire)是电子控制的制动系统,汽车底盘域的核心部件,其主要特征是取消了制动踏板和制动器之间的机械连接,以电子结构上的关联实现信号的传送、制动能量的传导,分为液压式线控制动系统(Electro-Hydraulic Brake, EHB)和机械式线控制动系统(Electro-Mechanical Brake, EMB)两种。
 
其中 EHB 以传统的液压制动系统为基础,电子器件替代了部分机械部件的功能,使用制动液作为动力传递媒介,同时具备液压备份制动系统,是目前的主流技术方案;在 EMB 中, ECU 根据制动踏板传感器信号及车速等车辆状态信号,驱动和控制执行机构电机来产生所需要的制动力,无液压备份制动系统。根据集成度的高低,EHB 可以分为 Two-Box 和 One-Box 两种技术方案,二者的主要区别在于 ABS/ESC 系统是否和电子助力器集成在一起。
 
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线控制动市场规模稳步上升,预计未来 5 年 CAGR 逾 45%。我们做出如下假设:1)考虑疫情结束后需求回补,预计 2021-2022 年全球汽车产量同比+8%/+4%,2023-2026年全球汽车市场产量同比增速为 1%-2%;
 
2)线控制动配备渗透率迅速提升,预计 2026年达到 30%,主要系因 OEM 集中迈进自动驾驶 SAE L3 阶段;
 
3)线控制动单车价值量预计为 2000 元。据我们测算,2026 年汽车线控制动国内、全球市场规模分别为 216 亿元、 575 亿元,2021-2026 年期间 CAGR 分别为 50.7%、46.2%,行业发展迅速。
 
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05 线控底盘行业格局:海外龙头主导,自主份额提升
自动驾驶的发展将加速线控底盘技术的商业化进程。线控底盘中各子行业竞争格局与行业发展成熟程度及渗透率密切相关。线控底盘四项核心技术包括线控制动、线控转向、线控油门、线控换挡的首次量产时间分别为 2011 年、2013 年、1998 年、1991 年。
 
其中线控油门以及深度普及,而线控制动和线控转向囿于自动驾驶技术尚不成熟而发展滞后,渗透率较低。随着 L3 及 L3 以上级别自动驾驶的深入发展,我们预计,2030 年线控制动与线控转向国内渗透率有望突破 30%/15%,迎来爆发式增长。
 
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线控制动:发展时间较长,海外巨头主导,国内供应商开始发力
线控制动发展时间较长,早在传统汽车时代就有应用。在自动驾驶时代来临之前,由于线控制动相较于传统机械制动具有制动响应更敏捷、结构更加精简、轻量化程度更高、制动能量回收效率更高以及具备多重冗余机制,安全性能有保障等优势,其在传统汽车上已经开始配套。
 
其中,1997 年,爱德克斯开发的 ECB 应用于丰田 Prius;2001 年,博世开发的 SBC 应用于奔驰 CLS 跑车、SL 跑车和 E 级车;2009 年,采埃孚天合开发的 SBC应用于福特的 Fusion 和 Mercury Milan;2014 年,布雷博开发的 Brembo BbW 应用于多款 F1 赛车。但由于这一时期的线控制动产品技术发展尚不成熟,多款产品均经过不断改版和完善,以适应汽车逐渐提升的安全性要求。
 
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线控制动属于第四代制动系统,专为自动驾驶汽车开发。在传统汽车时代中,制动产品经历了四个阶段:机械制动、发动机助力制动、脱离发动机的电力助力和数字控制制动,以及现阶段的具备完备冗余机制的线控制动。第三代制动产品脱离发动机助力,采用电子助力和数字控制。
 
现阶段随着自动驾驶的深入发展,第四代带有冗余机制的线控制动产品技术完善、工艺成熟,针对性地面向自动驾驶应用场景,初步进入量产阶段,主要供应商有博世、大陆、采埃孚天合、日立、爱德克斯和布雷博等。
 
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线控制动行业处于发展初期,外资供应商占据主导地位。目前全球主要的线控制动系统供应商为博世、大陆、采埃孚天合,其中博世率先自研布局线控制动,占据领先的市场地位,主要产品为 Two-Box 技术路线的 iBooster+ESP 和 One-Box 技术路线的 IPB,其中iBooster+ESP 产品推出时间最早,目前应用最广,IPB 产品国内率先配套比亚迪汉;大陆MK C1 线控制动产品制造工艺复杂,量产进度相对滞后,目前主要面向欧洲市场,2020年底逐步开始面向中国市场;采埃孚通过并购天合和威伯科,获取乘用车、商用车线控制动技术,2018 年底其乘用车线控制动产品 IBC 开始量产,2012 年推出商用车线控制动产品 EBS。目前线控制动处于起步阶段,市场变化快,外资供应商占据主导地位,CR3 达96%,行业集中度较高。
 
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国内参与者众多,头部供应商产品力强、配套能力出色,有望突围。国内供应商目前市场份额较低,参与者众多,包括伯特利、拓普集团、拿森电子等;其中头部供应商伯特利深耕制动领域多年,产品力强,以其 One-Box 式产品WCBS 为例,在轻量化水平、建压速度、制动能量回收效率等关键产品性能参数上表现优异。
 
此外,伯特利在 ABS、ESP、 EPB 领域具备深厚的技术积累,同时拥有深厚的数据积累和配套经验,是国内目前唯一可以量产 One-Box 式线控制动产品的厂商,有望凭借其先发优势从国内供应商中脱颖而出。
 
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06 线控底盘行业趋势:商业化进程加速,单车价值量持续提升,自主开始替代
线控底盘伴随自动驾驶技术不断发展,实现更高效率、更加准确地操控。随着汽车行业的发展,消费者对汽车安全性的要求越来越高,汽车底盘中主要系统经历了从机械系统为主、迈向电子辅助机械系统再通往线控技术系统的技术发展阶段。
 
通过车规级芯片、传感器、功率半导体等电子件对机械件的不断替代,实现对汽车运行进行更精准的控制,能够更加主动地依据车辆状态和驾驶员操作来制定决策并执行,呈现出逐步电子化、智能化的趋势。线控技术进一步精简了机械物理链接,通过完全的电控实现对汽车执行机构的精密控制,从而提升汽车的稳定性和安全性,带给驾驶员更好的驾乘体验。
 
线控制动:从分散走向集成,国产供应商迎来机会
从分散走向集成,One-Box 料将成为主流技术方案。线控制动解决了电动车没有真空助力源的问题,且相较于使用电子真空泵,线控制动能进行能量回收,效率较高,因此,线控制动是汽车电动化、智能化的必然选择。根据集成度的高低,线控制动可以分为Two-Box 和 One-Box 两种技术方案,二者的主要区别在于 ABS/ESC 系统是否和电子助力器集成在一起。
 
相较于 Two-Box 方案,One-Box 方案的体积和重量大大缩小,成本更低,但由于技术问题量产时间更晚。博世第一代、第二代 iBooster 均采用 Two-Box 方案,最新一代 IPB 则采用 One-Box 方案;采埃孚 EBB 属于 Two-Box 方案,大陆 MKC1 和伯特利WCBS 均采用 One-Box 方案。
 
“One-Box”方案集成度高,在体积、重量上占优,其成本约为 2000 元,较 iBooster+ESP 便宜约 40%。我们认为,未来集成化的 One-Box 方案必然会取代 Two-Box 方案。
 
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线控制动显著提升单车价值量,推动行业不断发展。相较于传统制动产品,线控制动产品单车价值量为 2000-2500 元,显著高于传统制动产品 600-1000 元的单车价值量水平。随着汽车行业向更高级别的自动驾驶发展,预计线控制动渗透率将持续提升,行业将迎来量价齐升的发展轨道。
 
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主要厂商加速研发,以伯特利为代表的国内品牌迎来机会。如今的线控制动拥有两条
 
技术路线:EHB(Electric Hydraulic Brake,液压式线控制动)和 EMB(Electric Mechanical Brake,机械式线控制动)。EHB:只采用电机替换真空助力器,其余结构都不变。EMB:将电机直接集成在制动钳上,不再需要制动液和液压部件,大大简化制动系统的结构、便于布置、装配和维修。
 
现在市场上 EHB 的代表产品包括博世的 iBooster、大陆 MKC1、采埃孚天合 IBC、日立的 E-ACT 等线控制动产品。比较知名的 EHB 线控系统有两种:博世 iBooster+ESP 的“Two-Box”方案和以大陆、采埃孚为代表的“One-Box”方案。
 
各大厂商不断进行技术迭代,如伯特利正在研发线控制动 2.0,能够支持 L4 及以上的自动驾驶,同时还具备合成自身 EPB 的能力。我们认为随着行业的快速发展,国产供应商将迎来巨大机会。
 
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(转载请注明来源: 汽车制动网/chebrake.com 责任编辑:Jack)

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