今天小編分享的汽車經驗:智能駕駛的下一個藍海:懸挂系統路在何方?,歡迎閱讀。
本文來自:軒元資本,題圖來自:視覺中國
汽車的底盤主要由行駛系、傳動系、轉向系和制動系四部分組成,其中行駛系又由汽車的車架、車橋、車輪和懸架等系統組成。底盤的懸架系統不僅是汽車重要的組成部分,而且還關乎到一輛汽車在行駛過程中的質感,影響車輛的操控性能和舒适性能。
汽車產業正在進行電動化、智能化的轉型更新,底盤領網域也面臨着從傳統底盤、電動底盤到智能底盤的發展,帶動懸架系統向線控懸架迭代。作為汽車底盤核心之一的懸架系統如何引領智能化趨勢?又将帶來哪些新的投資機會?
智能化使得主動懸架成為趨勢
新能源汽車市場近年來快速發展,根據 5 月 11 日中國汽車工業協會發布數據顯示,4 月滲透率達到 29.5%,受到了全球範圍内的高度關注。這種快速發展的趨勢,一方面是由于環保和能源安全等全球性問題的日益凸顯,推動了市場對新能源汽車的需求;另一方面,也得益于技術的迅速進步和政策的積極扶持,使得新能源汽車的性能和可靠性不斷提升。
随着新能源汽車向電動化、智能化發展,汽車底盤也從傳統底盤、電動底盤到智能底盤進行發展迭代。智能底盤分為底盤網域控系統和底盤執行機構兩部分,軟硬體解耦,實現更精确、靈活的控制。底盤網域控系統正如人們的小腦,可以進行智能協同控制,負責狀态判斷、整車控制、功能驅動;而底盤執行機構,相當于人的四肢,負責執行具體的動作。智能底盤的執行機構又分為驅動、制動、轉向、懸架等幾個部分。
資料來源:中國汽車工程學會
懸架系統是将汽車與路面進行隔離的彈性元件系統。與傳統懸架系統不同,在汽車智能化的背景下,線控懸架采用主動或者半主動彈性元件,由傳感器幫助識别車輛行駛狀态,處理器處理輸出不同的彈性特性,通過線控方式給彈性元件系統執行,從而實現舒适或運動的懸架特性。
在懸架系統中,兩個最重要的參數為剛度和阻尼。
剛度是衡量懸架垂直抵抗變形能力的一種量度,等于懸架承受的載荷與該載荷引起的懸架的變形的比值。懸架系統的剛度越高,車輪的位移就越難,車輛就會越穩定,但是車輛的舒适性就會越低。反之,懸架的剛度越小,簧上的固有頻率越接近 1Hz ,車輛行駛過程中,路面衝擊帶來的共振越小,也就是舒适性越好,但是太小的剛度會使得車輛姿态難以保持,會帶來高速過彎側傾嚴重等問題。
懸架的阻尼是指車輛對車輪振動能力的抑制,阻尼器通過消耗振動的動能來減少車輛的彈跳。阻尼器的阻力越大,車輪的振動就越受到抑制,車輛的行駛舒适性就越好,車輛的轉向響應也會越好,但是如果阻尼力過高,就會使懸架變得僵硬。而懸架無法靈活地适應路面的變化,就會影響車輛的操控性能。
根據剛度和阻尼的可調節性,懸架又分為三種類型。
被動懸架系統:車輛設計的時候,剛度和阻尼參數就被設定好了的,叫做被動懸架系統,在這種懸架系統内,無能源供給裝置,很難兼顧汽車行駛的舒适性和對操控的穩定性要求。
半主動懸架系統:在車輛行駛過程中,可以适度調節一部分剛度或者一部分阻尼的,叫做半主動懸架系統。這種懸架系統會讓駕駛的舒适性和可操控性有所提高,但相對有限。
主動懸架系統:根據車輛行駛過程中的路況,通過 ECU 來控制相應的執行單元,提前主動調節系統的剛度和阻尼參數,從而達到提供更高的行駛安全性和舒适性要求。
資料來源:汽車維修技術網
由于主動懸架系統能夠帶來更好的行駛安全性和舒适性,在智能化的背景下愈加受到市場的關注,成為未來的發展趨勢。
一、主動懸架系統路線及發展方向
目前市場上主流的主動懸架分為三類:空氣懸架、CDC 懸架、MRC 電磁懸架。
空氣懸架
空氣懸架利用空氣的可壓縮性,用空氣彈簧實現類似于鋼制螺旋彈簧的作用,通過調節空氣壓力來改變懸架的高度和剛度。空氣彈簧調節剛度,電控減振器調節阻尼,從而實現對車輛行駛性能和舒适性能的調節。
空氣彈簧結構圖
資料來源:踢車幫
空氣懸架目前已經被廣泛地應用到豪華車和越野車等車型中,如保時捷 Cayenne、寶馬 7 系、奔馳 S 級、奧迪 A8 等,但是由于成本較高,價格在萬元左右,其滲透率一直較低。在我國重卡領網域,空氣懸架的滲透率為 5%;在乘用車領網域,滲透率僅為 0.7%;而在進口車市場,空氣懸架滲透率為 24%。
空氣懸架系統的優點是舒适性高、操控性好,缺點是結構復雜、成本高、耐久性有待考驗。
CDC 懸架
CDC(Continuous Damping Control)懸架又被稱為電子液力式可調懸架,它由中央控制單元、CDC 減振器、車身加速度傳感器、車輪加速度傳感器以及 CDC 控制閥構成。它的工作原理是控制減振器中閥門的開度,改變減振器油流動的速度,從而實現對減振器剛度的控制。國内有些中偏高端的車型配置 CDC 懸架,如星途瑤光、極氪 001 等車型。
CDC 減震器結構圖
資料來源:車經社
CDC 懸架的優點是響應快速,能夠以 1000 次 / 秒的高頻率控制,實現精細的控制;穩定性好、耐久性強;系統成本較低,一般情況下整套系統 3000 元以内,缺點是舒适性效果稍差些。
電磁 MRC 懸架
電磁 MRC(Magnetic Ride Control)懸架用磁流變材料充當阻尼介質。磁流變材料是由磁場控制的新型智能材料,其響應快(毫秒量級)、可逆性好(撤去磁場後,又恢復初始狀态),可以通過調節磁場大小來控制材料的力學性能連續變化。
其原理是通過控制電磁繞組中的電流來改變電磁力的大小和方向,從而改變磁流變材料狀态,進而調節懸架系統的剛度和阻尼,實現更加精細化的懸架調節效果,以适應不同路面和行駛條件。2002 年凱迪拉克 STS 作為首款搭載 MRC 電磁懸架的豪華商務轎車上市,後推出的凱迪拉克 CT5 也有配置 MRC 電磁懸架。
磁流變材料在磁場影響下狀态示意圖
資料來源:知乎
電磁 MRC 懸架工作原理動畫圖
電磁 MRC 懸架的優點是結構簡單、響應快(以 1000 次 / 秒的高頻率控制),缺點是舒适性效果稍差些、成本非常高(高達 2 萬元多)。電磁 MRC 懸架是個重要的發展方向,由于成本太高,目前只有少數高端車型采用。
就整個產業格局而言,三大懸架相關供應商大致分布如下:
空氣懸架:Porsche Eningeering、Vibracoustic、VOSS、拓撲集團、保隆科技、中鼎股份(AMK)、孔輝等。
CDC 懸架:采埃孚、天納克、京西重工、韓國萬都、弗迪科技,浙江森森,上海科曼、富奧,南陽淅川等。
電磁 MRC 懸架:德爾福、科億國際等。
二、線控懸架智能化的投資機會
随着新能源汽車電動化、智能化發展,線控主動懸架成為必然趨勢。智能化的底盤懸架系統能夠通過傳感器、控制單元和執行器等組件實現實時監測和自動調節,以适應不同路況和駕駛需求,提供更加舒适和安全的駕駛體驗。
比如路面存在溝坎,那麼通過激光雷達或者攝像頭可進行感知,決策系統做出判斷,然後相應發出指令調整懸架剛度,提升駕乘感受。再比如車輛需要緊急轉向避讓時,線控懸架可以提升其剛度,抬高外側懸架,降低内側懸架,這些措施都可以保障車輛不失控。
近幾年,國内線控懸架的發展勢頭迅猛,眾多整車企業、零部件企業、高校和科研機構紛紛投入大量資源進行不同維度的研究開發工作,推動線控懸架系統國產化。
根據比亞迪 2021 年 12 月份申請的專利顯示,左右兩邊的液壓懸架系統上腔和下腔體互聯使得車輛在發生側傾的時候產生反向的反轉力矩,從而可以有效阻止車輛繼續側傾。我們從專利描述看,是 CDC 懸架相關專利,其 " 雲辇 " 技術應該跟此專利相關。
比亞迪專利:液壓懸架系統及具有其的車輛(CN217598271U)
資料來源:國家專利局
2023 年 3 月,世界知識產權組織(World Intellectual Patent Office)的一項新專利揭示了特斯拉下一代主動懸架系統。特斯拉的新專利根據當前和預期路況,幫助預測最佳的車輪位置和其他懸架設定,動态改變懸架支柱的長度,消除車輛加速和制動時的俯仰和下沉。從專利描述看,應該是空氣懸架的一種更新版本。
目前,國内市場上的線控懸架主要還是被大陸、威巴克、采埃孚、倍适登等國外系統供應商的產品所壟斷,新能源汽車時代的到來,國内造車新勢力和自主品牌紛紛增配空氣懸架、CDC 懸架系統。如東風岚圖、紅旗 HS7、高合 Hiphi X 全系、蔚來旗下的 ES8 和 ES6 均配置空氣懸架系統,星途瑤光、極氪 001、小鵬 P7 采用 CDC 懸架系統。
在技術迭代和規模效應的背景下,新能源汽車的滲透率有望逐步提高,線控懸架的市場空間被打開。如空氣懸架的車型售價原來基本在 70 萬左右,現在整車價格也開始逐步下探到 30 萬左右。自海外進口的空氣懸架的系統是 1.6 萬元左右,國產之後可以降到 0.8 萬元。搭載 CDC 懸架整車價格從原來的 40 萬元左右,已經下探到 15 萬元左右。目前進口的 MRC 電磁懸架系統是 2.5 萬左右,經過國產化有望降到 1.8 萬左右。
根據 QYResearch 研究報告預測,到 2025 年,國内乘用車包括空氣懸架、CDC 懸架、電磁 MRC 在内的智能電控懸架市場規模達到 288 億元。線控懸架領網域迎來确定性的國產替代投資機會。
但國内品牌車型正處于半主動懸架起步及快速普及階段,參考國外懸架系統的發展規律預測,未來國内線控懸架技術也會向着前饋半主動懸架系統和主動懸架系統的方向發展,進一步縮短與國外高端品牌車型線控懸架技術的差距。
我們看好未來線控懸架系統國產替代确定性的投資機會,對于不同的技術路線而言,短、中、長期有各自的機會。
空氣懸架由于其 BOM 材料以機械件為主,即便國產化後成本下降空間有限,整體系統價格還是偏高,其在中、高端車型有一定的市場機會;
CDC 懸架由于其絕對成本較低,在中端及中偏低端車型有更大的市場份額,可能會以更快的速度滲透,短中期值得關注;
電磁 MRC 懸架因成本因素,短期内滲透會較慢,但有望通過材料的持續迭代實現更大的降本想象空間,跟光伏的持續降本空間比風電更大相似的邏輯,長期空間值得關注。
至于行業細分方向的投資機會,可以關注和懸架相關的網域控制器、MCU 芯片、橡膠氣囊、電磁閥和電磁 MRC 磁流變材料等。
本文來自:軒元資本(專注于新能源汽車科技投資的產業投資機構,中國汽車工程學會會員部門)