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汽車底盤:智電底盤,下一個(gè)風(fēng)口

 tftmtgh 2020-08-06
導(dǎo)讀/ 汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化、輕量化。面對(duì)這些發(fā)展趨勢(shì),零部件子系統(tǒng)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(jià)值量等影響。

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車底盤系統(tǒng)全面受益

汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化、輕量化。面對(duì)這些發(fā)展趨勢(shì),零部件子系統(tǒng)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(jià)值量等影響。
電動(dòng)化對(duì)于底盤(新增電池殼)、空調(diào)冷卻(電動(dòng)空調(diào)、電池冷卻系統(tǒng))、電子電氣等子系統(tǒng)具有增量作用,對(duì)于動(dòng)力總成則有增(電動(dòng)車新增電池電機(jī)電控等)有減(電動(dòng)車無(wú)需發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱燃油系統(tǒng)等)。智能化主要對(duì)底盤系統(tǒng)(線控底盤)、通訊控制系統(tǒng)、電子電氣系統(tǒng)等具有增量作用。網(wǎng)聯(lián)化主要對(duì)通訊控制(增加 T-box 等聯(lián)網(wǎng)零件)、電子電氣系統(tǒng)具有增量作用。共享化則主要側(cè)重于汽車商業(yè)模式的改變,同時(shí)對(duì)通訊控制(增加聯(lián)網(wǎng)及控制零件)、電子電氣系統(tǒng)具有增量作用。輕量化應(yīng)用范圍較廣,對(duì)動(dòng)力總成、底盤、內(nèi)飾、車身、外飾等都具有增量作用。對(duì)于底盤系統(tǒng),電動(dòng)化、
智能化、輕量化都將帶來(lái)底盤系統(tǒng)的單車價(jià)值量大幅提升,相關(guān)供應(yīng)商有望受益。

電動(dòng)化催生電池盒百億增量空間

電池盒是電動(dòng)化底盤主要新增產(chǎn)品
電動(dòng)化是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,新能源汽車的市場(chǎng)份額快速提升,也將為底盤零部件帶來(lái)新的機(jī)遇。對(duì)比傳統(tǒng)燃油車和新能源汽車的底盤系統(tǒng),我們可以發(fā)現(xiàn),傳動(dòng)系將會(huì)發(fā)生較大變化,制動(dòng)系需要將機(jī)械真空泵替換成電子真空泵,行駛系和轉(zhuǎn)向系基本一致,此外需要新增電池盒等零件。
下方左圖為大眾某平臺(tái)燃油車底盤,右圖為大眾某新能源車底盤。傳統(tǒng)燃油車底盤中部一般是傳動(dòng)軸、排氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)等,而新能源車底盤中部一般是電池系統(tǒng)。我們對(duì)比兩圖,可以看到最明顯的區(qū)別就是新能源車新增的電池系統(tǒng)。

新能源汽車的底盤設(shè)計(jì)有兩種途徑,一種是由傳統(tǒng)底盤改制設(shè)計(jì),盡可能地沿用原有設(shè)計(jì),根據(jù)需要進(jìn)行部分的改制工作,開發(fā)難度小、開發(fā)成本低、開發(fā)周期短,并且能夠與傳統(tǒng)車共用平臺(tái),并在很大程度上沿用傳統(tǒng)車的成熟零部件。但是考慮到公用性等,在開發(fā)設(shè)計(jì)的過(guò)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(diǎn)。另外一種是新能源專有平臺(tái)開發(fā),沒有燃油車公用等眾多限制,新能源專有底盤的設(shè)計(jì)可以更優(yōu)化、集成度更高、性能更卓越,因此專有平臺(tái)已經(jīng)成為新能源汽車底盤設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)。
除了大眾外,我們搜集了特斯拉、寶馬等部分車型的底盤,可以看到電動(dòng)化對(duì)于底盤最大的改變就來(lái)自于動(dòng)力電池系統(tǒng)。
動(dòng)力電池系統(tǒng)是新能源汽車的核心動(dòng)力來(lái)源,為整車提供驅(qū)動(dòng)電能,主要由電芯、模塊、電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、箱體和電池管理系統(tǒng) BMS 等組成。
其中電池殼體是新能源汽車動(dòng)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(hù)鋰電池在受到外界碰撞、擠壓時(shí)不會(huì)損壞。電池包殼體作為電池模塊的承載體,對(duì)電池模塊的安全工作和防護(hù)起著關(guān)鍵作用。
一般電芯由專業(yè)的動(dòng)力電池供應(yīng)商提供,Pack 系統(tǒng)一般由動(dòng)力電池供應(yīng)商、主機(jī)廠、第三方供應(yīng)商提供。而電池盒體積較大,對(duì)于加工設(shè)備、工藝、設(shè)計(jì)能力等要求相對(duì)較高,因此目前主要由專業(yè)供應(yīng)商提供,如凌云股份、華域汽車等。
電池盒市場(chǎng)空間增量超過(guò)百億
按照材料來(lái)看,電池盒主要有鋼板、鋁板(包括壓鑄、擠壓等)、復(fù)合材料(碳纖維等)等幾種形式,目前應(yīng)用較多的是鋼制、鋁制。
傳統(tǒng)的燃油車主要以鋼制車身為主,整車企業(yè)對(duì)鋼鐵的研究及技術(shù)的應(yīng)用較為熟悉,所以電池包箱體開始是鋼制件。隨著續(xù)航里程要求推動(dòng)輕量化需求提升,鋁合金產(chǎn)品使用越來(lái)越多。
不同材料各有特點(diǎn),其中鋁板(擠壓/壓鑄)具有重量輕、成本適中等優(yōu)點(diǎn),未來(lái)有望占據(jù)主流。
電池盒根據(jù)大小和材料及工藝等不同,價(jià)格有一定差異。對(duì)于鋁合金電池盒,一般純電動(dòng)車的單車價(jià)值約 3,000-5,000 元,混動(dòng)車約 1,500-3,000 元,在汽車零部件中屬于較高的水平。按照 2020 年、2025年國(guó)內(nèi)新能源乘用車銷量分別為 160 萬(wàn)、440 萬(wàn)輛進(jìn)行測(cè)算,電池盒的市場(chǎng)空間將分別達(dá)到 58 億、136億元。
從發(fā)展階段來(lái)看,2018 年國(guó)內(nèi)新能源汽車銷售 125.6 萬(wàn)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(zhǎng)階段。隨著新能源汽車產(chǎn)銷量逐步擴(kuò)大,電池殼產(chǎn)品市場(chǎng)空間有望快速增長(zhǎng),根據(jù)測(cè)算,2020-2025 年電池殼市場(chǎng)空間年均復(fù)合增速高達(dá) 19%。
目前國(guó)內(nèi)外電池盒供應(yīng)商主要有凌云股份(收購(gòu)德國(guó) WAG)、華域汽車(賽科利)、華達(dá)科技、金鴻順、拓普集團(tuán)、本特勒等,配套關(guān)系如下表。從市場(chǎng)格局來(lái)看,目前電池盒尚處于發(fā)展早期階段,市場(chǎng)格局尚不明朗。目前凌云股份、華域汽車等獲得訂單相對(duì)較多,暫時(shí)占據(jù)領(lǐng)先位置。
從競(jìng)爭(zhēng)要素來(lái)看,在早期階段,電池盒的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、量產(chǎn)能力、客戶關(guān)系是獲取訂單主要的考量因素。后續(xù)隨著產(chǎn)品逐漸成熟,預(yù)計(jì)價(jià)格逐步降低,成本控制將成為主要的考量因素。因此對(duì)于電池盒供應(yīng)商而言,前期的核心競(jìng)爭(zhēng)力在于工程技術(shù)和客戶關(guān)系,后期則在于成本控制能力,國(guó)內(nèi)凌云股份、華域汽車、拓普集團(tuán)等有望獲得較好的發(fā)展機(jī)會(huì)。

智能化推動(dòng)線控底盤發(fā)展

汽車行業(yè)另外一個(gè)重要發(fā)展方向就是智能化。智能汽車的感知識(shí)別、決策規(guī)劃、控制執(zhí)行三個(gè)核心系統(tǒng)中,與底盤相關(guān)的主要是控制執(zhí)行,需要對(duì)傳統(tǒng)汽車的底盤進(jìn)行線控改造以適用于自動(dòng)駕駛。
線控制動(dòng)是未來(lái)趨勢(shì)
近一百年來(lái),汽車制動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)歷了從機(jī)械到液壓再到電子(ABS/ESC)的進(jìn)化過(guò)程,未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將是線控制動(dòng)。
最原始的制動(dòng)是機(jī)械制動(dòng),駕駛員操縱一組簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置向制動(dòng)器施加作用力,從而達(dá)到制動(dòng)的效果。后來(lái)隨著汽車質(zhì)量的增加,開始出現(xiàn)真空助力裝置。
隨著技術(shù)不斷進(jìn)步,液壓制動(dòng)技術(shù)開始發(fā)展,但到 20 世紀(jì) 50 年代液壓助力制動(dòng)器才成為現(xiàn)實(shí)。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板,力經(jīng)過(guò)推桿傳到主缸活塞從而壓縮制動(dòng)液,制動(dòng)液經(jīng)過(guò)油管加大制動(dòng)輪缸的壓力,輪缸活塞在壓力作用下驅(qū)使制動(dòng)蹄片壓向制動(dòng)鼓,在摩擦片的作用下使制動(dòng)鼓減小轉(zhuǎn)速或者停止轉(zhuǎn)動(dòng),達(dá)到制動(dòng)的效果。
隨著電子技術(shù)的發(fā)展,防抱制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)逐步開始量產(chǎn)應(yīng)用和推廣。1978 年 8 月,奔馳與博世在德國(guó)發(fā)布了全球首款 ABS,并且率先應(yīng)用在 W116 世代的 S 級(jí)車上。
ABS 主要由 ECU 控制單元、車輪轉(zhuǎn)速傳感器、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置和制動(dòng)控制電路等部分組成。在制動(dòng)過(guò)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(hào),并進(jìn)行處理,進(jìn)而判斷車輪是否即將被抱死。當(dāng)車輪趨近于抱死臨界點(diǎn)時(shí),制動(dòng)分泵壓力不隨制動(dòng)主泵壓力增加而增高,壓力在抱死臨界點(diǎn)附近變化,從而避免車輪抱死,減少了危險(xiǎn)事故的發(fā)生。
另外一項(xiàng)重要的發(fā)明就是車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ESP),這也是博世的專利技術(shù)。其他公司也有類似的系統(tǒng)但叫法略有不同,如寶馬的 DSC、豐田的 VSC、通用的 ESC 等。ESP 系統(tǒng)其實(shí)是一組車身穩(wěn)定性控制的綜合策略,是 ABS(防抱死系統(tǒng))和 ASR(驅(qū)動(dòng)輪防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng))功能上的延伸。ESP 主要由控制總成 ECU、轉(zhuǎn)向傳感器、車輪傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器等組成。
當(dāng)汽車快速行駛或者轉(zhuǎn)向時(shí),產(chǎn)生的橫向作用力會(huì)使汽車不穩(wěn)定,易發(fā)生事故,而 ESP 系統(tǒng)可以將這種情況防患于未然。例如當(dāng)車輛前面突然出現(xiàn)障礙物時(shí),駕駛員必須快速向左轉(zhuǎn)彎,此時(shí)轉(zhuǎn)向傳感器將此信號(hào)傳遞到 ESP 控制總成,側(cè)滑傳感器和橫向加速度傳感器發(fā)出汽車轉(zhuǎn)向不足的信號(hào),這就意味著汽車將會(huì)直接沖向障礙物。那么這時(shí) ESP 系統(tǒng)將會(huì)瞬間將后輪緊急制動(dòng),這樣就能產(chǎn)生轉(zhuǎn)向需要的反作用力,使汽車按照轉(zhuǎn)向意圖行駛,避免直接撞向障礙物的事故發(fā)生。
電動(dòng)化和智能化推動(dòng)線控制動(dòng)發(fā)展。對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車,一般利用發(fā)動(dòng)機(jī)提供真空助力;而電動(dòng)車沒有發(fā)動(dòng)機(jī)提供真空助力,需要使用電子真空泵,或者使用線控制動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于智能汽車,尤其是L3 及以上等級(jí)自動(dòng)駕駛汽車,制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間尤為重要,線控制動(dòng)響應(yīng)更快,是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛安全的重要保障。
線控制動(dòng)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)上發(fā)展而來(lái)的,使用電系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的機(jī)械或液壓系統(tǒng),是汽車制動(dòng)技術(shù)長(zhǎng)期的發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)由制動(dòng)踏板施加能量,經(jīng)液壓或氣壓管路傳遞至制動(dòng)器;而線控制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行信息由電信號(hào)傳遞,制動(dòng)壓力響應(yīng)更快,因此剎車距離更短更安全。
線控制動(dòng)系統(tǒng)也分為 EHB/EMB 兩種類型。
1) 液壓式線控制動(dòng) EHB(Electro Hydraulic Brake),以傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ),用電子器件代了一部分機(jī)械部件的功能,使用制動(dòng)液作為動(dòng)力傳遞媒介,控制單元及執(zhí)行機(jī)構(gòu)布置的比較集中,有液壓備份系統(tǒng),也可以稱之為集中式、濕式制動(dòng)系統(tǒng)。
EHB 的工作原理:正常工作時(shí),制動(dòng)踏板與制動(dòng)器之間的液壓連接斷開,備用閥處于關(guān)閉狀態(tài)。電子踏板配有踏板感覺模擬器和電子傳感器,ECU 可以通過(guò)傳感器信號(hào)判斷駕駛員的制動(dòng)意圖,并通過(guò)點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)液壓泵進(jìn)行制動(dòng)。電子系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),備用閥打開,EHB 系統(tǒng)變成傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)。
EHB 根據(jù)技術(shù)方向可以分為三類:a)電動(dòng)伺服,電機(jī)驅(qū)動(dòng)主缸提供制動(dòng)液壓力源,代表產(chǎn)品 BoschIbooster、NSK;b)電液伺服,采用電機(jī)+泵提供制動(dòng)壓力源,代表產(chǎn)品 Continental MK C1、日立;c)電機(jī)+高壓蓄能器電液伺服,代表產(chǎn)品 ADVICS ECB。
按照結(jié)構(gòu)集成程度,EHB 可以分為分立式(two-box)和整體式(one-box),其主要區(qū)別是主動(dòng)增壓模塊(一般由電機(jī)驅(qū)動(dòng))和分泵壓力調(diào)節(jié)模塊(ABS/ESC 總成)是否集成在一起。
博世的 iBooster+ESP Hev 屬于 Two-box 方案,分成主動(dòng)建壓?jiǎn)卧洼喐组y控單元 2 個(gè)功能模塊。大陸MKC1 和 ZF TRW 公司的 IBC 進(jìn)一步把主動(dòng)建壓?jiǎn)卧洼喐组y控單元集成,形成更為緊湊、成本更低的 One-box 方案,已經(jīng)成為制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。
2)機(jī)械式線控制動(dòng) EMB(Electro Mechanical Brake),采用電子機(jī)械裝置代替液壓管路,執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常安在輪邊,也可稱為分布式、干式制動(dòng)系統(tǒng)。
EMB 的工作原理:EMB 系統(tǒng)的 ECU 根據(jù)制動(dòng)踏板傳感器信號(hào)及車速等車輛狀態(tài)信號(hào),驅(qū)動(dòng)和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)來(lái)產(chǎn)生所需要的制動(dòng)力。
總體來(lái)看, EHB 系統(tǒng)由于具有備用制動(dòng)系統(tǒng),安全性較高,因此接受度更高,是目前主要推廣量產(chǎn)的方案。EMB 系統(tǒng)雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn),但缺少備用制動(dòng)系統(tǒng)且缺少技術(shù)支持,短期內(nèi)很難大批量應(yīng)用,是未來(lái)發(fā)展的方向。
L2時(shí)代的線控制動(dòng)可以分為燃油車、混動(dòng)、純電三大類,燃油車大都采用 ESP(ESC),混動(dòng)車基本都采用高壓蓄能器為核心的間接型 EHB(電液壓制動(dòng)),純電車基本都采用直接型 EHB,以電機(jī)直接推動(dòng)主缸活塞。
目前線控制動(dòng)系統(tǒng)單價(jià)約 2,500 元,未來(lái)隨著產(chǎn)銷量上升帶來(lái)成本降低,價(jià)格有望下降至 2,000 元左右。按照 2020 年、2025 年國(guó)內(nèi)乘用車銷量分別為 2,300 萬(wàn)、2,700 萬(wàn)輛,線控制動(dòng)系統(tǒng)滲透率分別為10%、30%進(jìn)行估算,2020 年、2025 年國(guó)內(nèi)線控制動(dòng)系統(tǒng)的市場(chǎng)空間分別為 58 億、162 億元。
從發(fā)展階段來(lái)看,線控制動(dòng)尚處于發(fā)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(duì)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(dòng)有望爆發(fā)。根據(jù)上述預(yù)測(cè),線控制動(dòng) 2020-2025 年市場(chǎng)空間年均復(fù)合增速高達(dá) 23%。
EHB 國(guó)外廠商技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟,國(guó)內(nèi)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(dòng)系統(tǒng)的主要供應(yīng)商包括博世、采埃孚、大陸等國(guó)際零部件巨頭企業(yè),大都從 20世紀(jì) 90 年底開始研發(fā),在底盤控制領(lǐng)域具有豐富的技術(shù)積累和供貨經(jīng)驗(yàn),具有一定的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。
從 2000 年開始,國(guó)內(nèi)一些自主整車企業(yè)和零部件供應(yīng)商就開始進(jìn)行 EHB 的研發(fā),目前已取得一定成果。雖然與博世等國(guó)際巨頭仍存在一定差距,但產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展早期階段,還有較大的追趕機(jī)會(huì)。
從競(jìng)爭(zhēng)要素來(lái)看,線控制動(dòng)產(chǎn)品技術(shù)含量較高,且需要較長(zhǎng)投入期,因此對(duì)于人才、技術(shù)和資本要求較高。目前國(guó)內(nèi)發(fā)展相對(duì)較好的有伯特利、拓普集團(tuán)、萬(wàn)安科技等,兼?zhèn)淙瞬?、技術(shù)和資本等優(yōu)勢(shì),有望在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得一席之地。
智能化推動(dòng)線控轉(zhuǎn)向發(fā)展
在汽車的發(fā)展歷程中,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段:從最初的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Manual Steering,簡(jiǎn)稱 MS)發(fā)展為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Hydraulic Power Steering,簡(jiǎn)稱HPS),然后又出現(xiàn)了電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electro Hydraulic Power Steering,簡(jiǎn)稱 EHPS)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering,簡(jiǎn)稱 EPS)。
最早汽車上使用的是機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng),由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成,以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源。駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤,隨后轉(zhuǎn)向器中的減速器放大力矩,通過(guò)拉桿控制轉(zhuǎn)向節(jié)完成車輛轉(zhuǎn)向。
裝配機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車,在泊車和低速行駛時(shí)駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱負(fù)擔(dān)過(guò)于沉重,為了解決這個(gè)問(wèn)題,美國(guó) GM 公司在 20 世紀(jì) 50 年代率先在轎車上采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS),主要由液壓泵、油管、壓力流體控制閥、傳動(dòng)皮帶、儲(chǔ)油罐等組成。HPS 系統(tǒng)動(dòng)力源是發(fā)動(dòng)機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵工作,轉(zhuǎn)向控制閥控制油液流動(dòng)的方向和油壓大小,提供轉(zhuǎn)向助力。HPS 系統(tǒng)在中低車速時(shí)有較好的助力性和操縱穩(wěn)定性,但在高速行駛時(shí),固定的助力效果會(huì)使轉(zhuǎn)向盤過(guò)于靈敏,駕駛員的路感較差。此外由于發(fā)動(dòng)機(jī)始終帶動(dòng)油泵旋轉(zhuǎn),造成了發(fā)動(dòng)機(jī)能量的浪費(fèi)。
1983年日本Koyo公司推出具備車速感應(yīng)功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHPS),解決了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無(wú)法兼顧車輛低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性的問(wèn)題。EHPS 在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了液壓反應(yīng)裝置和液流分配閥,而加設(shè)的電控系統(tǒng)則包括動(dòng)力轉(zhuǎn)向 ECU、電磁閥和車速傳感器等。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用電控單元根據(jù)車速調(diào)節(jié)作用在轉(zhuǎn)向盤上的助力,通過(guò)控制轉(zhuǎn)向控制閥的開啟程度改變液壓助力系統(tǒng)輔助力的大小,從而實(shí)現(xiàn)輔助轉(zhuǎn)向力隨車速而變化的助力特性。這種新型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以隨著車速的升高提供逐漸減小的轉(zhuǎn)向助力,但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高,而且無(wú)法克服液壓系統(tǒng)自身所具有的許多缺點(diǎn),是一種介于液壓助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向之間的過(guò)渡產(chǎn)品。
1988 年日本 Suzuki 公司首先在小型轎車 Cervo 上配備了 Koyo 公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS),揭開了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向在汽車上應(yīng)用的歷史。EPS 主要由扭矩傳感器、車速傳感器、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元(ECU)等組成。駕駛員在操縱方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí),轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小,將電壓信號(hào)輸送到電子控制單元,電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)矩電壓信號(hào)、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和車速信號(hào)等,向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令,使電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩,從而產(chǎn)生輔助動(dòng)力。
我們比較了機(jī)械式、液壓助力、電液助力、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn),可以發(fā)現(xiàn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具備結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、能耗低等眾多優(yōu)點(diǎn),因此在目前量產(chǎn)乘用車上應(yīng)用越來(lái)越多。
與傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比,EPS 具有如下優(yōu)點(diǎn):1)電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)向柱或在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi),所占空間小,零部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便,維護(hù)費(fèi)用低;2)以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力,電動(dòng)機(jī)只在需要時(shí)才啟動(dòng),耗用電能較少,提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性;3)可實(shí)時(shí)地在不同的車速下為汽車轉(zhuǎn)向提供不同的助力,保證汽車在低速行駛時(shí)輕便靈活,高速行駛時(shí)穩(wěn)定可靠;4)EPS 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以通過(guò)調(diào)整 EPS 控制器的軟件,得到最佳的回正性,從而改善汽車操縱的穩(wěn)定性和舒適性。
根據(jù)助力參與的階段及助力電機(jī)布置位置的不同,EPS 可以分為 C-EPS (Column-EPS,管柱式)、P-EPS(Pinion-EPS,齒輪式)、DP-EPS(Dual-Pinion EPS,雙小齒輪)、RP-EPS(Rack-Parallel EPS,齒條平行式)和 RD-EPS(Rack-Direct EPS,齒條直接助力式)等不同類型。
以全球知名 EPS 供應(yīng)商捷太格特為例,下圖展示了不同類型 EPS 的適配車型,其中 C-EPS 由于成本、布置等優(yōu)勢(shì),在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向市場(chǎng)總量中占據(jù)了 60%以上份額。
智能化推動(dòng)線控轉(zhuǎn)向成為新趨勢(shì)。對(duì)于 L3 及以上等級(jí)智能汽車,部分或全程會(huì)脫離駕駛員的操控,因此智能駕駛控制系統(tǒng)對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等要求控制精確、可靠性高,只有線控轉(zhuǎn)向(Steering By Wire, SBW)可以滿足要求,因此成為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指,在駕駛員輸入接口(方向盤)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(轉(zhuǎn)向輪)之間是通過(guò)線控(電子信號(hào))連接和控制的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),即在它們之間沒有直接的液力或機(jī)械連接。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分:1)轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng),包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)裝置;2)電子控制系統(tǒng),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(wěn)定性;3)轉(zhuǎn)向系統(tǒng),包括角位移傳感器、轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和其他機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置等。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過(guò)給助力電機(jī)發(fā)送電信號(hào)指令,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行控制。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器將測(cè)量到的駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸入到電子控制器(ECU),ECU 依據(jù)車速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的位移傳感器的信號(hào)來(lái)控制轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向,并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬、生成反饋轉(zhuǎn)矩,控制轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)的角度,通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要有:1)省略車輛前艙一部分轉(zhuǎn)向機(jī)械結(jié)構(gòu)的占用空間;2)沒有機(jī)械的轉(zhuǎn)向管柱,提高車輛的碰撞安全性;3)方向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向力矩可以獨(dú)立設(shè)計(jì),適應(yīng)不同類型駕駛員對(duì)“手感”的要求。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點(diǎn)主要有:1)需要較高功率的力反饋電機(jī)和轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī);2)復(fù)雜的力反饋電機(jī)和轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的算法實(shí)現(xiàn);3)冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量。
SBW 系統(tǒng)在 EPS 系統(tǒng)上發(fā)展而來(lái),相對(duì)于 EPS 需要增加冗余功能。目前線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有兩種方式:1)取消方向盤與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械連接,通過(guò)多個(gè)電機(jī)和控制器來(lái)增加系統(tǒng)的冗余度;2)在方向盤與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間增加一個(gè)電磁離合器作為失效備份,來(lái)增加系統(tǒng)的冗余度。
目前配備線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車型較少,其中英菲尼迪 Q50、Q50L 部分高配車型和 Q60 裝備了 DAS 線控轉(zhuǎn)向,這套線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似,不同之處在于它多了 3 組 ECU 電子控制單元、方向盤后的轉(zhuǎn)向動(dòng)作回饋器、離合器。當(dāng)任意一個(gè) ECU 被監(jiān)測(cè)到出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),備用模式將激活離合器,恢復(fù)至傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)轉(zhuǎn)向模式,確保駕駛員可以掌控車輛。
目前 EPS 單價(jià)約 1,500 元,線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以 EPS 為基礎(chǔ),短期產(chǎn)銷量較低,預(yù)計(jì)單價(jià)約 4,000 元,后期隨著應(yīng)用范圍擴(kuò)大,預(yù)計(jì)單價(jià)有望逐步降低至 3,000 元左右。
按照 2020 年、2025 年國(guó)內(nèi)乘用車銷量分別為 2,300 萬(wàn)、2,700 萬(wàn)輛,線控制動(dòng)系統(tǒng)滲透率分別為 0.1%、15%進(jìn)行估算,2020 年、2025 年國(guó)內(nèi)線控制動(dòng)系統(tǒng)的市場(chǎng)空間分別為 1 億、122 億元。
從發(fā)展階段來(lái)看,線控轉(zhuǎn)向尚處于發(fā)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(dòng)有望爆發(fā)。根據(jù)上述預(yù)測(cè),線控制動(dòng) 2020-2025 年市場(chǎng)空間年均復(fù)合增速高達(dá) 166%。
根據(jù)佐思產(chǎn)研數(shù)據(jù),2017 年中國(guó)乘用車轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)廠家中,Bosch、JTEKT、NSK、ZF、Nexteer 等國(guó)際巨頭市占率排名靠前。國(guó)內(nèi)企業(yè)主要有株洲易力達(dá)、湖北恒隆和浙江世寶等,但規(guī)模都比較小,技術(shù)相對(duì)落后。此外拓普集團(tuán)也積極拓展 EPS 等產(chǎn)品,有望憑借資金、效率、人才等優(yōu)勢(shì),獲得一定的市場(chǎng)空間。
EPS 關(guān)鍵技術(shù)在于控制器的設(shè)計(jì),核心內(nèi)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(jī)、電控、扭矩傳感器、角度傳感器基本都為各大主機(jī)廠內(nèi)部供應(yīng)。線控轉(zhuǎn)向技術(shù)需要在EPS 技術(shù)上發(fā)展,因此參與者絕大多數(shù)都是傳統(tǒng)的 EPS 系統(tǒng)供應(yīng)商,新廠商切入此領(lǐng)域比較困難。
從競(jìng)爭(zhēng)要素來(lái)看,線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)于技術(shù)、資本、安全等要求較高,預(yù)計(jì)短期內(nèi)線控轉(zhuǎn)向產(chǎn)品還將為博世、采埃孚等巨頭所把控。目前拓普集團(tuán)等企業(yè)在 EPS 等領(lǐng)域已有產(chǎn)品布局或量產(chǎn),通過(guò)持續(xù)投入,未來(lái)國(guó)內(nèi)企業(yè)或?qū)⒂瓉?lái)發(fā)展機(jī)會(huì)。
電子油門國(guó)產(chǎn)化是方向
除了轉(zhuǎn)向和制動(dòng),電子油門也是線控系統(tǒng)重要的應(yīng)用。電子油門也稱為電控油門(E-Gas)或線控駕駛(drive-by-wire)。
傳統(tǒng)節(jié)氣門操縱機(jī)構(gòu)是通過(guò)拉索或者拉桿對(duì)節(jié)氣門的開啟和關(guān)閉進(jìn)行操作,拉索或拉桿的一端連接油門踏板,另一端連接節(jié)氣門聯(lián)動(dòng)板。這種傳統(tǒng)油門的控制需要一系列的機(jī)械件進(jìn)行傳動(dòng),雖然比較可靠,但不夠精確。
電子油門控制系統(tǒng)是用線束(導(dǎo)線)來(lái)代替拉索或者拉桿,發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊根據(jù)加速踏板的位置信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)其它參數(shù)信號(hào)計(jì)算出節(jié)氣門的開度,然后向節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào),由電機(jī)來(lái)控制節(jié)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(dòng)機(jī)和節(jié)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。
位移傳感器安裝在油門踏板內(nèi)部,當(dāng)監(jiān)測(cè)到油門踏板高度位置有變化,將此信息送往 ECU,ECU 對(duì)該信息和其它系統(tǒng)傳來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行運(yùn)算處理,計(jì)算出一個(gè)控制信號(hào),通過(guò)線路送到伺服電動(dòng)機(jī)繼電氣,伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
目前電子油門踏板應(yīng)用相對(duì)成熟,乘用車產(chǎn)品單價(jià)約 50 元。按照 2020 年、2025 年國(guó)內(nèi)乘用車銷量分別為 2,300 萬(wàn)、2,700 萬(wàn)輛,電子油門滲透率按照 100%計(jì)算,2020 年、2025 年國(guó)內(nèi)線控制動(dòng)系統(tǒng)的市場(chǎng)空間分別為 11.5 億、12.2 億元,市場(chǎng)空間相對(duì)穩(wěn)定。
從發(fā)展階段來(lái)看,目前電子油門滲透率接近 100%,處于成熟階段。從市場(chǎng)空間來(lái)看,增長(zhǎng)主要來(lái)源于汽車產(chǎn)銷量的增長(zhǎng),整體走勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)。
電子油門領(lǐng)域,目前國(guó)內(nèi)主要的供應(yīng)商包括海拉、聯(lián)電、寧波高發(fā)、奧聯(lián)電子、凱眾股份等,其中海拉市占率相對(duì)較高,預(yù)計(jì)達(dá)到 60%。
從競(jìng)爭(zhēng)要素來(lái)看,電子油門產(chǎn)品相對(duì)成熟,產(chǎn)品選擇主要側(cè)重于質(zhì)量、價(jià)格、服務(wù)等。隨著寧波高發(fā)等國(guó)內(nèi)廠商技術(shù)逐漸進(jìn)步,有望憑借較低價(jià)格及更好服務(wù)獲得更多合資客戶訂單,國(guó)產(chǎn)化將是電子油門領(lǐng)域重要發(fā)展方向,國(guó)內(nèi)供應(yīng)商有望受益。
底盤輕量化潛力巨大
輕量化是發(fā)展方向
燃油車油耗排放和電動(dòng)車?yán)m(xù)航是國(guó)內(nèi)汽車廠商面臨的兩大挑戰(zhàn),輕量化是解決問(wèn)題的關(guān)鍵之一,因此也是汽車未來(lái)重要的發(fā)展方向。
汽車行業(yè)很早就開始探索輕量化技術(shù),主要手段包括選用輕質(zhì)材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇先進(jìn)制造工藝等。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和先進(jìn)制造工藝帶來(lái)的減重效果相對(duì)較小,因此目前輕量化研究的主要方向是輕質(zhì)材料,包括高強(qiáng)度鋼、鋁合金和碳纖維復(fù)合材料等。
輕量化材料主要有高強(qiáng)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(gè)因素。高強(qiáng)度鋼性能優(yōu)異,價(jià)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(lái)看,鋁合金具有減重效果好、安全性好、性價(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn),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(lái)十年內(nèi)汽車的各個(gè)主要部件用鋁滲透率都將明顯提高。根據(jù) Ducker Worldwide 的預(yù)測(cè),鋁制引擎蓋的滲透率會(huì)從 2015 年的 48%提升到 2025 年的 85%,鋁制車門滲透率會(huì)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(qū)每輛車平均用鋁量為 54kg,到 2010 年增長(zhǎng)到 154kg,預(yù)計(jì)到 2025 年每輛車的平均用鋁量將會(huì)達(dá)到 236kg,單車用鋁量的大幅上升,帶來(lái)對(duì)公司汽車鋁合金壓鑄件產(chǎn)品的增量需求。
汽車用鋁由來(lái)已久,根據(jù) The Aluminum Association 數(shù)據(jù),美國(guó) 2012 年變速器箱體、熱交換系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的鋁合金使用率已達(dá)到或接近 100%,發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、車輪也已達(dá)到較高水平,重點(diǎn)拓展的有底盤、車身等零部件。
底盤領(lǐng)域,目前鋁車輪應(yīng)用已較為廣泛,而鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂、副車架等產(chǎn)品還有較大發(fā)展空間,近年來(lái)滲透率快速增長(zhǎng),相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈有望持續(xù)受益。
對(duì)于一輛車,我們可以將其質(zhì)量分成簧下質(zhì)量和簧上質(zhì)量?jī)蓚€(gè)部分。簧下質(zhì)量指的是不由懸掛系統(tǒng)中彈性元件所支撐的重量,一般包括車輪、彈簧、減震器以及其它相關(guān)部件。底盤系統(tǒng)輕量化除了可以降低油耗、增加續(xù)航里程外,大都會(huì)降低簧下質(zhì)量,有助于改善車輛的舒適性、操控性等,具有額外的附加價(jià)值,有望得以大力推廣。
車輛在路面行駛時(shí),懸掛系統(tǒng)會(huì)不斷接受來(lái)自路面的沖擊。簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)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(zhì)量意味著懸掛系統(tǒng)擁有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力以及可操控性?;上沦|(zhì)量的降低,慣性也就變小,遇到坑洼不平的路面時(shí)懸架反應(yīng)更快,輪胎能夠更加貼伏地面,穩(wěn)定性及操控性上升。
底盤輕量化潛力巨大
根據(jù) 2016 年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》所述,汽車底盤系統(tǒng)核心零部件的輕量化技術(shù)路線圖如下,主要方向包括懸架系統(tǒng)的鋁合金控制臂、鋁合金副車架,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)、鋁合金轉(zhuǎn)向系統(tǒng)殼體及支架,制動(dòng)系統(tǒng)的鑄鋁制動(dòng)鉗,行駛系統(tǒng)的鋁制車輪等。
1)懸架系統(tǒng):懸架系統(tǒng)控制臂主要采用鑄鋁、鍛鋁或碳纖維復(fù)合材料控制臂實(shí)現(xiàn)輕量化;橫向穩(wěn)定桿主要采用空心或碳纖維復(fù)合材料橫向穩(wěn)定桿達(dá)到輕量化目標(biāo);螺旋彈簧主要采用高強(qiáng)度鋼空心螺旋彈簧或碳纖維復(fù)合材料螺旋彈簧實(shí)現(xiàn)輕量化;副車架由高強(qiáng)度鋼逐步轉(zhuǎn)為鋁鎂副車架。
控制臂是汽車懸架系統(tǒng)的主要組成部分,其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性和制造質(zhì)量的好壞對(duì)汽車的安全性和舒適性起著決定性作用。
目前控制臂以鋼制為主,部分車型逐步采用鍛鋁控制臂,未來(lái)鋁制控制臂滲透率有望逐步提升。
副車架是懸掛連接部件與車身之間的一種裝置,作用是阻隔振動(dòng)和噪聲,減少其直接進(jìn)入車廂,對(duì)車輛的舒適性、操控性有重要作用。
目前副車架主要以鋼制為主,部分豪華車型逐步采用鋁制副車架,未來(lái)鋁制副車架滲透率有望逐步提升。
2)轉(zhuǎn)向系統(tǒng):轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要采用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輕量化。對(duì)于采用鑄鐵材料的轉(zhuǎn)向節(jié)可通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拓?fù)鋬?yōu)化實(shí)現(xiàn)輕量化,或采用鑄鋁、鍛鋁及碳纖維復(fù)合材料轉(zhuǎn)向節(jié)實(shí)現(xiàn)輕量化。
轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向橋中的重要零件之一,能夠使汽車穩(wěn)定行駛并靈敏傳遞行駛方向。轉(zhuǎn)向節(jié)的功用是傳遞并承受汽車前部載荷,支承并帶動(dòng)前輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)而使汽車轉(zhuǎn)向。國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向節(jié)使用材料主要有鑄鐵、鍛鋼和鋁合金,目前鋁制轉(zhuǎn)向節(jié)滲透率相對(duì)較低,未來(lái)有望提升。
此外轉(zhuǎn)向器支架管柱、轉(zhuǎn)向電機(jī)殼體等也有部分使用鋁合金材料以達(dá)到減重效果。
3)制動(dòng)系統(tǒng):制動(dòng)系統(tǒng)集成化是未來(lái)制動(dòng)系統(tǒng)輕量化的方向??刹捎脗鹘y(tǒng)真空助力器、ESP、真空泵(真空度不足的條件下)組合的制動(dòng)系統(tǒng)形式或傳統(tǒng)真空助力器、ESP、真空泵組合的形式,少數(shù)車型采用無(wú)真空泵的液壓助力器系統(tǒng),或進(jìn)一步采用 ESP 與液壓助力器集成的制動(dòng)系統(tǒng)。制動(dòng)盤主要采用組合式制動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)輕量化,如鋼盤帽或鋁盤帽+陶瓷摩擦環(huán)制動(dòng)盤。制動(dòng)鉗主要采用鋁制制動(dòng)鉗實(shí)現(xiàn)輕量化。
盤式制動(dòng)鉗總成由鉗體、連接支架、活塞和摩擦材料組成,其中鉗體材料一般為鑄鐵或者鋁合金。在輕量化的推動(dòng)下,鋁合金材料使用越來(lái)越多。
4)行駛系統(tǒng):行駛系統(tǒng)車輪主要采用鋁合金鑄旋、鋁合金鍛造、鎂合金鍛造或碳纖維復(fù)合材料車輪實(shí)現(xiàn)輕量化。
目前世界上絕大部分乘用車選擇了鋁合金車輪,我國(guó)轎車的鋁合金車輪裝車率也已達(dá)到 70%以上,非鋁合金車輪已經(jīng)成為選裝件。
根據(jù)行業(yè)調(diào)研及相關(guān)資料,我們比較了控制臂、副車架等主要底盤零件的鋼制品及鋁制品區(qū)別,其中油耗降幅以重量降低 10%、油耗降低 7%及平均車重 1,415kg 進(jìn)行測(cè)算,油耗積分價(jià)值以 5,000 元/分進(jìn)行測(cè)算,全生命周期以 15 萬(wàn)公里進(jìn)行測(cè)算。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果,我們可以看到控制臂、副車架、轉(zhuǎn)向節(jié)等底盤產(chǎn)品使用鋁合金輕量化,盡管短期成本有所增加,但油耗降低帶來(lái)油費(fèi)節(jié)省,積分價(jià)值增加,此外還有舒適性、操控性改善,從成本收益角度來(lái)衡量是合理的措施,有望逐步得到推廣應(yīng)用。
此外在新能源汽車上,減重可以增加續(xù)航里程,因此新能源車的底盤輕量化發(fā)展迅速。以比亞迪為例,在其未來(lái)模塊化新能源車型技術(shù)平臺(tái)上,前制動(dòng)系統(tǒng)、前副車架、轉(zhuǎn)向機(jī)殼體等子系統(tǒng)上,都將進(jìn)行材質(zhì)或工藝層面的輕量化改進(jìn)。比亞迪秦 100 車型已經(jīng)完成了前懸架(轉(zhuǎn)向節(jié))、鎂鋁合金后副車架以及多連桿獨(dú)立后懸架的輕量化改進(jìn)。
目前鋁合金的控制臂、副車架、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動(dòng)鉗的單車價(jià)值量分別約 1,000 元、3,000 元、500 元、400元,預(yù)計(jì)隨著滲透率提升,規(guī)模效應(yīng)擴(kuò)大,成本有望小幅降低。
按照 2020 年、2025 年國(guó)內(nèi)乘用車銷量分別為 2,300 萬(wàn)、2,700 萬(wàn)輛,預(yù)計(jì) 2020 年鋁合金控制臂、副車架、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動(dòng)鉗滲透率分別為 15%、8%、40%、5%,2025 年鋁合金控制臂、副車架、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動(dòng)鉗滲透率分別為 30%、25%、80%、20%來(lái)計(jì)算,2020 年、2025 年國(guó)內(nèi)主要底盤部件輕量化市場(chǎng)空間分別為 140 億、330 億元,市場(chǎng)空間快速增長(zhǎng)。
從發(fā)展階段來(lái)看,底盤輕量化尚處于發(fā)展早期階段,目前滲透率均相對(duì)較低,仍有較大發(fā)展空間。根據(jù)上述預(yù)測(cè),主要底盤部件輕量化市場(chǎng)空間 2020-2025 年的年均復(fù)合增速高達(dá) 19%。
底盤輕量化產(chǎn)品種類較多,不同零件市場(chǎng)格局有所不同。鋁合金控制臂領(lǐng)域,供應(yīng)商主要有拓普集團(tuán)、駱氏集團(tuán)等。鋁合金副車架方面,供應(yīng)商主要有華域汽車、拓普集團(tuán)、萬(wàn)安科技等。鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)領(lǐng)域,供應(yīng)商主要有伯特利、中信戴卡、華域汽車、拓普集團(tuán)、蘇州安路特等。鋁合金制動(dòng)鉗領(lǐng)域,供應(yīng)商主要有百煉、華域汽車、京西國(guó)際等。
從競(jìng)爭(zhēng)要素來(lái)看,底盤零部件從鋼鐵制品到鋁合金,材料發(fā)生變化,相關(guān)的工藝等差別巨大,一方面單車價(jià)值量顯著提升,另一方面供應(yīng)鏈或?qū)⒅貥?gòu),新產(chǎn)品對(duì)于相關(guān)設(shè)備投入和技術(shù)要求較高,因此在鋁合金等產(chǎn)品上具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)和資金優(yōu)勢(shì)的供應(yīng)商有望受益。國(guó)內(nèi)拓普集團(tuán)、伯特利、華域汽車等供應(yīng)商有望獲得較好的發(fā)展機(jī)會(huì)。

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