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云开(Kaiyun):《汽车智能底盘系列-:乘高阶智驾东风线控转向有望加速渗透》钛祺智库报告分享

2024-09-01 11:36

  政策松绑,2030 年全球 SBW 线控转向市场规模有望超千亿元。2022 年初,汽车转向新国标删除了执行 20 年的不得装用全动力转向机构 的要求(线控转向即为全动力转向),线控转向有望在智能化趋势下逐 步取代传统转向系统。据电动汽车联盟发布的《智能电动底盘技术路 线 年全球线 亿元,期间 GAGR 为 40.2%;2025 年中国线 亿元,期间 GAGR 为 42.8%。

  政策松绑,2030 年全球 SBW 线控转向市场规模有望超千亿元。2022 年初,汽车转向新国标删除了执行 20 年的不得装用全动力转向机构 的要求(线控转向即为全动力转向),线控转向有望在智能化趋势下逐 步取代传统转向系统。据电动汽车联盟发布的《智能电动底盘技术路 线 年全球线 亿元,期间 GAGR 为 40.2%;2025 年中国线 亿元,期间 GAGR 为 42.8%。

  线控底盘是汽车电动化、智能化的基础和支撑,更是未来高阶自动驾驶实现的基础。汽车底盘由传动系统,转向系统,行驶系统,制动系统四大系统组成。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。随着自动驾驶等级的提升,人工参与程度逐渐下降,对底盘产品的要求也 逐级递增。L3 及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。相较于传统底盘系统,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,大幅提升 汽车能量利用效率,提升新能源汽车的续航能力。

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  线控底盘搭起汽车电动化及智能化的桥梁。汽车电子电气架构随着电动化以及辅助驾驶等技术的迅速推广而迎来改变,高阶自动驾驶的到来使得汽车底盘域以往多个通过机械传动进行控制的部分已经无法满足自动化控制的需求,线控底盘是汽车电动化、智能化的基础和支撑,更是未来高阶自动驾驶实现的 基础。线控底盘技术主要包括线控转向、线控油门、线控换挡、线控制动、线控悬挂等五大系统。其中,线控转向技术难度较大,安全冗余要求较高,当前渗透率极低。

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  线控转向难度较大,优势较为显著。底盘域中的转向环节技术难度大且安全冗余要求较高,线控转向取消了方向盘与转向结构之间的机械连接,代之以电信号连接,因此相对于传统机械结构存在一系列优势,如提升安全性、舒适性等。

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  2030 年线%。根据电动汽车联盟发布的《智能电动底盘技术路线图》,乘用车线+级自动驾驶的线控转向系统国际领先,L3+级核心零部件具备自主设计能力进入小批量试装阶段,线+级自动驾驶的线控转向系统 国际领先,L4+级核心零部件具备自主设计能力进入小批量试装阶段,线%。

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  政策环境对线控转向呈放松趋势。线控转向的发展一是受底盘智能化需求驱动,二是受政策端刺激。从转向新国标的实施到《线控转向技术路线图》的发布,线控转向在政策端已具备量产条件。

   2022 年 1 月,汽车转向新国标正式实施,删除了执行 20 年的不得装用 全动力转向机构的要求(线控转向即为全动力转向);

   2022 年 4 月,《线控转向技术路线图》征求意见稿正式发布,总体目标是在 2025 年、2030 年实现国际领先的 L3+、L4+级自动驾驶的线%,核心零部件(控制器、电机等)自主化率达到 20%、50%以上;

   2023 年 6 月,工信部等五部门进一步提出“汽车行业重点聚焦线 从机械系统到线控系统,汽车转向不断迭代

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  自20世纪50年代提出以来,线控转向经历了多次重要的技术突破和应用。1950 年,美国天合公司首次提出 SBW 的概念,标志着线 Carving 概念车,首次应用线 年,丰田在 Lexus-HPX 车型中应用线控转向技术,展示了其在量产车中的潜力;2017 年,耐世特公司推出 SBW 系统,进一步提升了线控转向技术的成熟度。线控转向系统的发展不仅展示了其在提升驾驶体验和 车辆性能方面的巨大潜力,也为未来自动驾驶技术的普及奠定了坚实的基础。

  (2)线控转向渗透率:据《电动汽车智能底盘路线+级自动驾驶的线控转向系统国际领先,线+级自动驾驶线控转向系统国际领先,线 年全球及中国线 年全球及中国线)线控转向单车价值:据华经产业研究院数据,2025 年单车价值量 4000 元;随规模效应及技术降本,假设 2030 年单车价值降为 3500 元。

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  萝卜快跑(RoboTaxi) 的推出和推广标志着自动驾驶技术从研发走向了实际应用。在自动驾驶中,车辆需要根据大量传感器数据进行实时调整。线控转向技术的高精度和快速响应能够确保车辆在各种复杂路况下保持平稳和安全的行驶。线控转向系统能够与车辆的其他电子控制系统无缝集成,支持高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶功能。

  SBW 线控转向可以完全脱离驾驶员而实现转向控制。SBW与 EPS 最大的区别在于去掉了方向盘和齿条间的机械连接,采用 ECU 传递指令。从本质上看,EPS 转向信号还是来自于驾驶员,而 SBW 则来源于算法,因此,SBW 可以完全脱离驾驶员而实现转向控制。

  SBW 线控转向暂未大规模普及,冗余 EPS 成为当前 L3+自动驾驶场景下的核心技术。

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  由于取消了机械连接,可靠性明显降低,来自系统失效和随机硬件 失效的风险也随之增加,所以通过冗余与容错的安全机制实现系统的功能安全至关重要。冗余 EPS 已经成为当前 L3+自动驾驶场景下的核心技术,相比传统的非冗余 EPS,冗余 EPS 需要更加复杂的系统架构和更加复杂的功能来保证车 辆的安全性、可靠性和驾驶体验,因此云开官网也有更高的技术壁垒。

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  当前,线控转向主要面临着安全性尚未得到大规模验证、控制算法性能不够好、路感模拟等技术不够成熟、成本仍然居高不下等问题。短期,在线控转向还未大规模量产上车之前,冗余 EPS 将成为 L3+智能驾驶场景下的核心技术。从中长期来看,随着高阶智驾的推进,SBW 有望凭借其省空间、低能耗、易操纵等特性得到更广泛的应用。

  SBW 线控转向功能实现的主要过程可分为转向输入、转向输出、转向反馈 三个阶段。(1)转向输入:驾驶员转动方向盘时,转角传感器和力矩传感器 记录信号,同时车速、横摆角速度和侧向加速度等数据将通过数据总线传输至 SBW 控制器。(2)转向输出:SBW 控制器根据前轮转角控制算法计算出信号, 并传递至转向电机,驱动转向器实现车轮的目标转角。(3)转向反馈:SBW 控制器监测转向电机的助力电流,利用路感反馈算法确定回正力矩,并传递至路感电机,提供驾驶员真实的路感反馈。

  实现线控转向的关键技术难度较大,主要有变传动比控制、路感反馈和容错技术。

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  (2)路感反馈:提供真实的路面信 息反馈,以模拟传统机械转向系统中的路感。SBW 系统通过监测转向电机的助 力电流,并结合预设的路感反馈算法,确定适当的回正力矩。这一力矩信号被 传递至方向盘总成中的路感电机,路感电机产生相应的回正力矩,使驾驶员在 操作方向盘时能够感受到路面的阻力和反馈,从而提升驾驶的舒适性和安全性。

  线控转向硬件结构与 R-EPS 相似,主要区别在于软件算法复杂度大幅提升。

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  SBW 线控转向取消了方向盘与车轮之间的机械连接,用传感器获得方向盘的转 角数据,然后ECU将其折算为具体的驱动力数据,用电机推动转向机转动车轮。而电动助力转向系统在传统机械转向系统的基础上,增加了传感器装置、电子 控制装置和转向助力机构等,通过控制电动机产生助力进而实现转向。

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  据贝哲斯咨询数据,2023 年全球汽车 EPS 市场规模达到了 2615.34 亿元,其中国内市场规模达为 964.54 亿元。全球 EPS 生产商主要包括捷太格特、博世、耐世特、采埃孚、日本精工等,据 QYResearch 数据,2022 年前五大生产商共占据 80%的市 场份额,其中最大的生产商为捷太格特,占比为 30%,全球产地主要分布在北美、欧洲、中国、日本等地,其中中国是最大的生产地区,市场份额占比为 35%。目前,国产 EPS 供应商份额相对较小,浙江世宝、蜂巢转向、拿森科技等自主 EPS 厂商已具备较为成熟的量产能力,正在持续发力替代外资。

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  据 QYResearch 数据,按 EPS 全球下游 应用看,乘用车是最大的下游市场,占有 91.5%份额。据佐思汽研数据,从中 国乘用车汽车转向系统市场来看,2020-2022 年 EPS 在中国乘用车市场的渗透 率分别为 96.5%、97.6%、98.8%,基本已接近顶峰。

  各大车企均开始布局线 月,丰田在欧洲市场推出搭载线X 车型,该系统加入了备用供电模块,基于锂电池和电容在传统发电机和 12V 电源的基础上提高系统供电的稳定性和多样性。为保 证系统可靠性,在安全冗余的配置上,bZ4X 在电源、通信总线、扭矩传感器、 电机角度传感器、微处理器、功率驱动和电机线圈均加入了电子冗余,着力保证转向系统的高安全性。特斯拉 Cybertruck 取消了机械中间轴改为线控转向系统。这项专利使用了双冗余系统,即带有两个控制器的方向盘扭矩反馈执行器组件、两套区域隔离电机和控制器的前轮转向执行器组件、两个单独的电源组 件、两个独立的车辆通信网络和三个专用系统通信网络。这两套组件都能接收驾驶员的转向意图,并据此调整车轮的转向角度。除了丰田与特斯拉外,长城、 吉利、蔚来等国内自主车企也纷纷布局线控转向技术。

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  目前市场布局线控转向产品主要企业为博世、耐世特、捷太格特、舍弗勒、万都、采埃孚等。国内云开官网企业中,拓普集团、浙江世宝、伯特利、拿森科技、同驭科技等正在研发线控转 向系统,湘油泵、德昌股份大力布局核心部件。从市场格局看,德国、美国、 日本、韩国的转向供应商巨头仍然占据着当前转向系统的大部分市场,尤其是冗余 EPS 系统,国内企业仍然处于追赶的状态。随着中国智能汽车产业链日渐成熟,一些企业也开始逐步掌握转向系统乃至 SBW 的核心技术,未来有望打破 技术壁垒,抢占市场份额。

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  线控转向系统的产业链包括上游的 ECU(电 子控制单元)、扭矩传感器、电动机等零部件供应商,中游的转向系统方案提 供商,以及下游的整车制造商。据华经产业研究院,ECU 的成本占到了上游总成本的 44%,而 ECU 的核心技术大多被外资企业所垄断。随着国内厂商在 ECU 方面加大投入,预计未来国产 ECU 的市场份额将提高,推动线控转向系统的国产化进程。

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  从量产进度来看,当前无 论是国际厂商还是本土厂商均未实现 SBW 技术的大规模量产,双方并未在 SBW 技术上拉开较大差距。SBW 线控转向时代,国内外企业几乎同步开始研发,处于同一起跑线。随着自动驾驶水平进一步提高,SBW 的不断渗透给行业带来新的发展机遇。在本土企业大举研发投入的背景下,具备 EPS 量产经验和技术沉淀的厂商有望在 SBW 技术上有更好的表现。依托于中国强大的供应链优势及新能源车基本盘,SBW 国产化势不可挡。