电动化、智能化对汽车底盘系统的影响

AMEE底盘制造工程展览会 

在能源、环保、安全等因素推动下，汽车产业发展方向是电动化、智能化、轻量化等，底盘系统均有望受益。电动化方面新能源电池盒产品单车价值量高达3,000-5,000元，智能化方面线控制动和线控转向系统单车价值量分别约2,500元、4,000元，轻量化方面铝合金控制臂、副车架、转向节、制动钳等产品单车价值量近5,000元，2025年市场空间合计约763亿元，年均复合增速23%。国内伯特利、拓普集团、华域汽车在电动化、智能化、轻量化等领域均有布局，有望持续受益。

汽车底盘介绍

汽车一般由发动机、底盘、车身、电气等主要部分组成，其中底盘是指汽车上由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统等部分的组合，其功能包括支承、安装汽车车身、发动机及其它各部件及总成，形成汽车的整体造型，承受发动机动力，保证车辆正常行驶等。

底盘产业链上游主要包括钢铁、有色金属、塑料、橡胶、电子元器件等，经过产业链中游的底盘零部件企业进行组装制造生产，生产的传动、行驶、转向、制动等底盘子系统售予下游整车生产厂家。

上游钢铁、塑料、橡胶等原材料的价格波动对于底盘零部件的毛利率等具有较大影响。下游整车的生产决定了底盘零部件的需求，同时整车的技术升级也将带来底盘零部件的形态变化。

1）传动系统

汽车的传动系统主要由离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器以及半轴等部分组成，其功能是将发动机输出的动力送达驱动轮。

汽车传动系的布置形式与发动机的位置及驱动形式有关，一般可分为前置前驱、前置后驱、后置后驱、中置后驱、四驱等多种形式。

2）行驶系统

汽车行驶系统由车架、车桥、车轮和悬架组成，其功能包括：

1）接受由发动机经传动系传来的转矩，并通过驱动轮与路面间的附着作用，驱动汽车正常行驶；

2）传递并承受路面作用于车轮上的各种反力及其所形成的力矩；

3）尽量缓和不平路面对车身造成的冲击和振动，保证汽车的平顺行驶；

4）与汽车转向系协调配合，实现汽车行驶方向的正确控制，以保证汽车操纵稳定性。

a)车架

车架是跨接在汽车前后车桥上的框架式结构，一般由两根纵梁和数根横梁组成，经由悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。车架的功用是支撑、连接汽车的各总成，使各总成保持相对正确的位置，并承受汽车内外的各种载荷。

根据结构形式不同，车架可以分为边梁式车架、中梁式车架和综合式车架（前部边梁式、后部中梁式）等，其中边梁式车架应用最为广泛。

b)车桥

车桥（又称车轴）通过悬架与车架（或承载式车身）相连接，其两端安装车轮。车桥的作用是传递车架（或承载式车身）与车轮之间各方向的作用力及其力矩。

根据悬架结构的不同，车桥可以分为整体式与断开式两种。根据车桥上车轮的作用，车桥也分成转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥等四种，其中转向桥和支持桥都属于从动桥。

转向桥由前轴、转向节、主销和轮毂等组成，驱动桥由主减速器、差速器、半轴、桥壳等组成。

大多数乘用车采用前置前驱动，前桥成为转向驱动桥，后桥充当支持桥。部分汽车采用前置后驱动，因此前桥作为转向桥，后桥作为驱动桥。

c)车轮

车轮是固定轮胎内缘、支持轮胎并与轮胎共同承受负荷的刚性轮，一般由轮辋与轮辐组成。按轮辐的构造，可分为辐板式车轮和辐条式车轮。按车轮材质，可以分为钢制、铝合金、镁合金等车轮。

轮胎规格常用一组数字表示，前一个数字表示轮胎断面宽度，后一个表示轮辋直径，以英寸为单位。

例如165/70R14表示胎宽165毫米，扁平率70,轮辋直径14英寸。中间的字母或符号有特殊含义：“X”表示高压胎；“R”、“Z”表示子午胎；“一”表示低压胎。

d)悬挂

汽车悬挂是连接车轮与车身的机构，对车身起支撑和减振的作用。悬挂主要功能是传递作用在车轮和车架之间的力，并且缓冲由不平路面带来的冲击力，以保证汽车的平顺行驶。

典型的悬挂系统结构主要包括弹性元件（弹簧等）、减震器以及导向机构（连杆等）等部分，这三部分分别起缓冲、减振和力的传递作用。

弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬挂系统多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，部分高级轿车则使用空气弹簧。

悬挂可以分为独立悬挂和非独立悬挂，区别在于独立悬挂的左右两个车轮间没有硬轴进行刚性连接，一侧车轮的悬挂部件全部都只与车身相连，而非独立悬挂两个车轮间不是相互独立的，之间有硬轴进行刚性连接。

从结构上看，独立悬挂由于两个车轮间没有干涉，一般舒适性和操控性更好。而非独立悬挂结构简单，具有更好的刚性和通过性。

此外根据具体结构，还可以分为麦弗逊式悬挂、双叉臂式悬挂、扭转梁式悬挂、多连杆悬挂等。目前大多数乘用车前悬都采用独立式的麦弗逊悬挂，后悬多采用扭转梁式、多连杆式等。

3）转向系统

转向系统是用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置，其功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。

按照动力来源，汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。

机械转向系统以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。

动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系，一般是在机械转向系的基础上加设一套动力转向装置而成。

在正常情况下， 汽车转向所需能量只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机通过动力转向装置提供的。但在动力转向装置失效时，一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。

4）制动系统

制动系统是使汽车的行驶速度可以强制降低的一系列专门装置，主要由供能装置、控制装置、传动装置和制动器等部分组成，常见的制动器主要有鼓式制动器和盘式制动器。

鼓式制动器主要包括制动轮缸、制动蹄、制动鼓、摩擦片、回位弹簧等部分，主要是通过液压装置使摩擦片与岁车轮转动的制动鼓内侧面发生摩擦，从而起到制动的效果。

盘式制动器主要由制动盘、制动钳、摩擦片、分泵、油管等部分构成，主要通过液压系统把压力施加到制动钳上，使制动摩擦片与随车轮转动的制动盘发生摩擦，从而达到制动的目的。

汽车行业发展趋势

智能化

国内智能汽车发展相对较晚，目前仍处于L1/L2渗透过程中。

2020年驾驶辅助(DA)、部分自动驾驶(PA)车辆市场占有率约50%；中期重点形成网联式环境感知能力，实现可在复杂工况下的半自动驾驶，2025年高度自动驾驶(HA)车辆占有率约10%~20%；

远期推动可实现V2X协同控制、具备高度/完全自动驾驶功能的智能化技术，2030年完全自主驾驶(FA)车辆市场占有率近10%。

从企业规划来看，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。百度、谷歌、特斯拉等科技公司规划2020年前后实现L4/L5级别自动驾驶。

国内部分主机厂计划在2020年实现L3级自动驾驶，如北汽、广汽新能源等；2025年实现L4自动驾驶。但是国内造车新势力们则相对激进，部分企业提出在2020年就将自动驾驶达到L4级别。

底盘系统全面受益

汽车行业的发展趋势是电动化、智能化、网联化、共享化、轻量化。面对这些发展趋势，零部件子系统受到的影响各不相同，一般有增减零部件、提升或降低单车价值量等影响。

电动化对于底盘（新增电池壳）、空调冷却（电动空调、电池冷却系统）、电子电气等子系统具有增量作用，对于动力总成则有增（电动车新增电池电机电控等）有减（电动车无需发动机变速箱燃油系统等）。

智能化主要对底盘系统（线控底盘）、通讯控制系统、电子电气系统等具有增量作用。网联化主要对通讯控制（增加T-box等联网零件）、电子电气系统具有增量作用。

共享化则主要侧重于汽车商业模式的改变，同时对通讯控制（增加联网及控制零件）、电子电气系统具有增量作用。

轻量化应用范围较广，对动力总成、底盘、内饰、车身、外饰等都具有增量作用。

电动化催生电池盒百亿增量空间

电池盒是电动化底盘主要新增产品

电动化是汽车产业发展方向，新能源汽车的市场份额快速提升，也将为底盘零部件带来新的机遇。

对比传统燃油车和新能源汽车的底盘系统，我们可以发现，传动系将会发生较大变化，制动系需要将机械真空泵替换成电子真空泵，行驶系和转向系基本一致，此外需要新增电池盒等零件。

下方左图为大众某平台燃油车底盘，右图为大众某新能源车底盘。传统燃油车底盘中部一般是传动轴、排气系统、燃油系统等，而新能源车底盘中部一般是电池系统。

我们对比两图，可以看到最明显的区别就是新能源车新增的电池系统。

新能源汽车的底盘设计有两种途径，一种是由传统底盘改制设计，尽可能地沿用原有设计，根据需要进行部分的改制工作，开发难度小、开发成本低、开发周期短，并且能够与传统车共用平台，并在很大程度上沿用传统车的成熟零部件。

但是考虑到公用性等，在开发设计的过程中受到的限制较多，总布置的难度较大，模块集成化较低等缺点。

另外一种是新能源专有平台开发，没有燃油车公用等众多限制，新能源专有底盘的设计可以更优化、集成度更高、性能更卓越，因此专有平台已经成为新能源汽车底盘设计的新趋势。

除了大众外，我们搜集了特斯拉、宝马等部分车型的底盘，可以看到电动化对于底盘最大的改变就来自于动力电池系统。

动力电池系统是新能源汽车的核心动力来源，为整车提供驱动电能，主要由电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和电池管理系统BMS等组成。

其中电池壳体是新能源汽车动力电池的承载件，由上盖与下壳体两部分组成，主要用于保护锂电池在受到外界碰撞、挤压时不会损坏。

电池包壳体作为电池模块的承载体，对电池模块的安全工作和防护起着关键作用。

智能化推动线控底盘发展

汽车行业另外一个重要发展方向就是智能化。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。

线控制动是未来趋势

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，未来的发展趋势将是线控制动。

电动化和智能化推动线控制动发展。对于传统燃油汽车，一般利用发动机提供真空助力；而电动车没有发动机提供真空助力，需要使用电子真空泵，或者使用线控制动系统。

对于智能汽车，尤其是L3及以上等级自动驾驶汽车，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。

线控制动系统是在传统的制动系统上发展而来的，使用电系统替代传统的机械或液压系统，是汽车制动技术长期的发展趋势。

传统制动系统由制动踏板施加能量，经液压或气压管路传递至制动器；而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。

线控制动系统也分为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。

EHB的工作原理：正常工作时，制动踏板与制动器之间的液压连接断开，备用阀处于关闭状态。

电子踏板配有踏板感觉模拟器和电子传感器，ECU可以通过传感器信号判断驾驶员的制动意图，并通过点击驱动液压泵进行制动。电子系统发生故障时，备用阀打开，EHB系统变成传统的液压系统。

EHB根据技术方向可以分为三类：

a）电动伺服，电机驱动主缸提供制动液压力源，代表产品Bosch Ibooster、NSK；

b）电液伺服，采用电机+泵提供制动压力源，代表产品Continental MK C1、日立；

c）电机+高压蓄能器电液伺服，代表产品ADVICS ECB。

按照结构集成程度，EHB可以分为分立式（two-box）和整体式（one-box），其主要区别是主动增压模块（一般由电机驱动）和分泵压力调节模块（ABS/ESC总成）是否集成在一起。

博世的iBooster+ESP Hev属于Two-box方案，分成主动建压单元和轮缸阀控单元2个功能模块。

大陆MKC1和ZF TRW公司的IBC进一步把主动建压单元和轮缸阀控单元集成，形成更为紧凑、成本更低的One-box方案，已经成为制动系统的发展方向。

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的工作原理：EMB系统的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。

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，但缺少备用制动系统且缺少技术支持，短期内很难大批量应用，是未来发展的方向。

L2时代的线控制动可以分为燃油车、混动、纯电三大类，燃油车大都采用ESP(ESC)，混动车基本都采用高压蓄能器为核心的间接型EHB（电液压制动），纯电车基本都采用直接型EHB，以电机直接推动主缸活塞。

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。

从发展阶段来看，线控制动尚处于发展早期阶段，目前渗透率较低，仅有少量车型配备，新能源汽车配置率相对较高。随着新能源汽车、L3及以上智能驾驶的逐步渗透，线控制动有望爆发。根据上述预测，线控制动2020-2025年市场空间年均复合增速高达23%。

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。

从2000年开始，国内一些自主整车企业和零部件供应商就开始进行EHB的研发，目前已取得一定成果。

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。

从竞争要素来看，线控制动产品技术含量较高，且需要较长投入期，因此对于人才、技术和资本要求较高。目前国内发展相对较好的有伯特利、拓普集团、万安科技等，兼备人才、技术和资本等优势，有望在未来的市场竞争中获得一席之地。

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。

智能化推动线控转向发展

在汽车的发展历程中，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）。

最早汽车上使用的是机械式转向系统，由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成，以驾驶员的体力作为转向能源。

驾驶员转动方向盘，随后转向器中的减速器放大力矩，通过拉杆控制转向节完成车辆转向。

装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统（HPS），主要由液压泵、油管、压力流体控制阀、传动皮带、储油罐等组成。

HPS 系统动力源是发动机，发动机带动转向油泵工作，转向控制阀控制油液流动的方向和油压大小，提供转向助力。

HPS系统在中低车速时有较好的助力性和操纵稳定性，但在高速行驶时，固定的助力效果会使转向盘过于灵敏，驾驶员的路感较差。

此外由于发动机始终带动油泵旋转，造成了发动机能量的浪费。

我们比较了机械式、液压助力、电液助力、电动助力转向系统的特点，可以发现电动助力转向系统具备结构精简、能耗低等众多优点，因此在目前量产乘用车上应用越来越多。

与传统液压助力转向系统相比， EPS 具有如下优点：

1）电动机和减速机构安装在转向柱或在转向系统内，所占空间小，零部件结构简单、安装方便，维护费用低；

2）以电动机为动力，电动机只在需要时才启动，耗用电能较少，提高了汽车的燃油经济性；

3）可实时地在不同的车速下为汽车转向提供不同的助力，保证汽车在低速行驶时轻便灵活，高速行驶时稳定可靠；

4） EPS 系统硬件结构简单，可以通过调整 EPS 控制器的软件，得到最佳的回正性，从而改善汽车操纵的稳定性和舒适性。

根据助力参与的阶段及助力电机布置位置的不同，EPS可以分为C-EPS （Column-EPS，管柱式）、P-EPS（Pinion-EPS，齿轮式）、DP-EPS（Dual-Pinion EPS，双小齿轮）、RP-EPS（Rack-Parallel EPS，齿条平行式）和RD-EPS（Rack-Direct EPS，齿条直接助力式）等不同类型。

以全球知名EPS供应商捷太格特为例，下图展示了不同类型EPS的适配车型，其中C-EPS由于成本、布置等优势，在电动助力转向市场总量中占据了60%以上份额。

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。

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。

线控转向系统的优点主要有：

1）省略车辆前舱一部分转向机械结构的占用空间；

2）没有机械的转向管柱，提高车辆的碰撞安全性；

3)方向盘转角和转向力矩可以独立设计，适应不同类型驾驶员对“手感”的要求。

线控转向系统的缺点主要有：

1）需要较高功率的力反馈电机和转向执行电机；

2）复杂的力反馈电机和转向执行电机的算法实现；

3）冗余设备导致额外增加成本和重量。

SBW系统在EPS系统上发展而来，相对于EPS需要增加冗余功能。目前线控转向系统有两种方式：

1）取消方向盘与转向执行机构的机械连接，通过多个电机和控制器来增加系统的冗余度；

2）在方向盘与转向执行机构之间增加一个电磁离合器作为失效备份，来增加系统的冗余度。

目前配备线控转向系统的车型较少，其中英菲尼迪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。

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。

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。根据上述预测，线控制动2020-2025年市场空间年均复合增速高达166%。

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。

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。

底盘轻量化潜力巨大

轻量化是发展方向

燃油车油耗排放和电动车续航是国内汽车厂商面临的两大挑战，轻量化是解决问题的关键之一，因此也是汽车未来重要的发展方向。

汽车行业很早就开始探索轻量化技术，主要手段包括选用轻质材料、优化结构设计和选择先进制造工艺等。

优化结构设计和先进制造工艺带来的减重效果相对较小，因此目前轻量化研究的主要方向是轻质材料，包括高强度钢、铝合金和碳纤维复合材料等。

底盘轻量化产品种类较多，不同零件市场格局有所不同。铝合金控制臂领域，供应商主要有拓普集团、骆氏集团等。铝合金副车架方面，供应商主要有华域汽车、拓普集团、万安科技等。

铝合金转向节领域，供应商主要有伯特利、中信戴卡、华域汽车、拓普集团、苏州安路特等。铝合金制动钳领域，供应商主要有百炼、华域汽车、京西国际等。

从竞争要素来看，底盘零部件从钢铁制品到铝合金，材料发生变化，相关的工艺等差别巨大，一方面单车价值量显著提升，另一方面供应链或将重构，新产品对于相关设备投入和技术要求较高，因此在铝合金等产品上具有技术优势和资金优势的供应商有望受益。

AMEE2020上海国际汽车底盘系统与制造工程技术展览会定于2020 年10 月26-28 号在上海世博展览馆举办，预计将有350家世界各地企业参展，以及超过15000名汽车行业专业观众参观！

AMEE是全球汽车行业唯一专为汽车底盘系统产业链领域举办的专业技术展览会，展会将打造新能源汽车底盘系统智能化、电动化、电子化、轻量化，以及乘用车、商用车、特种车底盘设计开发工程、先进制造工程、底盘趋势工程、精益产品工程等产业链前沿技术与解决方案展示平台。

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