我国已成为世界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年我国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年我国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。为了进一步提升车型竞争力、扩大市场份额,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可以实现城市和高速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,为了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可以分为传感系统、决策控制系统、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;决策控制系统包括智能驾驶域、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。受益于新能源汽车快速发展,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自动驾驶的关键执行层。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。滑板底盘可以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,还可以提升续航里程。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。
1)2018年12月,工信部发布的《车联网(智能网联汽车)产业发展行动计划》强调要加快推动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《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景参数图片)目标纲要》明确指出,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,研究市场整体情况以及潜在的投资机遇。
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,可以避免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、牵引力控制系统TCS、稳定性控制系统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明显。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加迅速,线控制动中的EHB产品可以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自动驾驶需求。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简单、价格低廉,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份额主要由国外供应商占据,包括采埃孚、、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,迅速抢占市场份额,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,需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,协调并行处理能力出色,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,提升整车续航里程。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里程,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,可以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、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。