线控制动盘式制动器&One-Box&轻量化解析,国产替代迎来新机会
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摘要:
随着盘式制动器成本的降低,目前市场上的经济型汽车也开始在后轮采用盘式制动器。 目前传统四轮乘用车四个轮子都安装了制动器,应用在前轮为前盘式制动器,后轮为后盘式制动器。根据QYResearch 测算, 2023 年全球汽车盘式制动器市场销售额为963 亿元,预计 2030 年将达到 1179 亿元。 相比传统的浮钳和铸铁定钳,铝合金定钳具有结构紧凑、重量轻、反应灵敏、美观等优点,电动车制动钳从铁浮钳开始逐步被铝合金定钳取代,尤其是中高端电动车。
国外企业掌握技术优势,近几年垄断定钳市场。 国内也有不少企业,包括伯特利、弗迪科技、亚太股份、万安科技等,也在逐步布局高端制动卡钳赛道, 以获得新的市场红利。弗迪科技在国内率先量产固定式卡钳,成为国内首个实现(定钳)大批量生产的本土零部件公司。
01
盘式制动器业务稳健发展,进军高端制动卡钳赛道
制动器按照形态分主要可以分为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是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。 结构上,鼓式制动器是工作在一个相对封闭的环境,制动过程中产生的热量不易散出,频繁制动影响制动效果。 不过鼓式制动器可提供很高的制动力,广泛应用于重型车上。
盘式制动器主要由制动盘、制动钳、制动块等部件组成,是由摩擦衬块从两侧夹紧与车轮一起旋转的制动盘后产生制动的装置。 盘式制动器可分为两类:1)液压盘式制动器依赖于制动液(液压油)作为压力介质,当驾驶员踩下制动踏板时,制动总泵会将踏板力转换为液压压力,从而实现制动。2)气压盘式制动器使用压缩空气作为动力源,当驾驶员踩下制动踏板时,制动总阀会控制压缩空气流入制动气缸,推动气缸内的活塞,实现制动。与封闭式的鼓式制动器不同的是,盘式制动器是敞开式的。制动过程中产生的热量可以很快散去,拥有很好的制动效能,现在已广泛应用于轿车上。
早期汽车制动系统多采用鼓式制动器。鼓式制动器造价便宜,主要用于重型车,使用四轮鼓式的设计。 与鼓式制动器相比,盘式制动器具有散热快、制动反应迅速、重量轻、结构简单等优势,抗热衰减和水衰减的性能优良,制动效果稳定,但由于价格高,所以中低端汽车一般也在后轮采用鼓式制动器来降低整车成本。 随着盘式制动器成本的降低,目前市场上的经济型汽车也开始在后轮采用盘式制动器。目前传统四轮乘用车四个轮子都安装了制动器,应用在前轮为前盘式制动器,后轮为后盘式制动器。
根据QYResearch 测算, 2023 年全球汽车盘式制动器市场销售额为963 亿元,预计 2030 年将达到 1179 亿元 ,年复合增长率(CAGR)为 2.9%,这一增长主要得益于汽车市场的持续需求,2023 年中国汽车市场约占全球市场 32%的份额。 根据高工智能汽车研究院测算,以2022 年中国市场(不含进出口)乘用车新车交付搭载制动器为例,前轮盘式制动器新车搭载占比接近 100%,后轮盘式制动器占比约为90% 。
以伯特利为例,在盘式制动器领域的发展呈现出稳步上升趋势。 尽管2020 年受到宏观经济因素的影响,销量有所下降,但从 2021 年开始,公司的销量开始逐步恢复并持续增长。到了 2023 年,伯特利的盘式制动器销量达到了284.77 万套,与前一年相比实现了 27%的同比增长。这一增长势头在 2024 年一季度有所放缓,但销量依然保持了 13%的同比增长,达到68.51 万套。在价格方面,伯特利的盘式制动器单价保持稳定,大约在 720 元人民币左右。
参考伯特利在盘式制动器产品上的量价表现, 我们测算,2023 年伯特利盘式制动器销售额约为 21 亿元,占比国内 9.85%,占比全球 2.13%。展望中国盘式制动器销售额至 2026 年将达到 225 亿元。随着销量的持续增长,伯特利的份额将逐步提升,进一步加强其在行业中的领先地位。
作为中国本土底盘系统供应商最早切入的细分市场之一,中国市场仍为外资合资品牌主导,国产替代空间大。 2022 年,在国内乘用车盘式制动器(前轮卡钳)供应商市场份额方面,大陆集团、日立安斯泰莫(收购泛博制动)、采埃孚排名前三位,伯特利排名第八,占总份额的 5.33%。TOP10 供应商合计份额超过 90%,市场集中度高。
相比传统的浮钳和铸铁定钳,铝合金定钳具有结构紧凑、重量轻、反应灵敏、美观等优点,电动车制动钳从铁浮钳开始逐步被铝合金定钳取代,尤其是中高端电动车。 国外企业掌握技术优势,近几年垄断定钳市场。国内也有不少企业,包括伯特利、弗迪科技、亚太股份、万安科技等,也在逐步布局高端制动卡钳赛道,以获得新的市场红利。2022 年的弗迪科技在国内率先量产固定式卡钳,成为国内首个实现(定钳)大批量生产的本土零部件公司。
制造盘式制动器上市公司主要有伯特利、亚太股份和万安科技。 伯特利机械制动产品业务主要包括盘式制动器,轻量化零部件和制动卡钳等,受智能电控产品发展的影响,2023 年占比低于50%。亚太股份的汽车基础制动,主要产品包括盘式制动器,鼓式制动器,制动泵和真空助力器等,其中盘式制动器是汽车基础系统的重要收入来源,2020 年占比超 60%。
万安科技产品 按应用领域划分主要包括商用车、乘用车及新能源汽车领域,主要产品包括:气压盘式制动器、气压ABS、EBS、AEBS、 ESC、EPB、ECAS、XEPS、液压盘式制动器、液压 EPB/EPBi、EHB、电动真空泵、钢、铝合金底盘模块、铝合金固定卡钳等。
亚太股份为传统基础制动器领先企业 ,由于制动产品结构差异影响,亚太股份的汽车基础制动器业务营收和毛利率较低,2023 年毛利率为15%。万安科技的气压,液压制动系统业务同样受到行业周期影响,原材料价格的波动给公司成本带来一定压力,同时受国内同行的竞争压力,公司产品的销售价格呈下降趋势。
伯特利盘式制动器主要为液压盘式,包括前盘式制动器总成、后盘式综合驻车制动器总成及后盘中鼓制动器总成,主要用于乘用车 。公司的盘式制动器以正向设计开发为主,可根据整车参数及安装要求设计出相应的产品,具有协同客户同步开发的能力,具有重量轻、低拖滞、低噪音、刹车灵敏、散热快、安全系数高等优势,广泛适配轿车、SUV、轻卡、商务车型。公司生产的盘式制动器零配件主要包括卡钳总成、转向节、轮毂、轮毂轴承单元(或轴承)、制动盘、挡泥板等。
其中核心零配件卡钳总成由
伯特利
自主研发和生产;转向节、轮毂及制动盘为部分由伯特利采购毛坯进行机加、部分直接采购成品;制动片、轮毂轴承单元(或轴承)及挡泥板等零配件全部为外购。除盘式制动器总成外,伯特利也以散件方式对外销售卡钳总成、制动盘等部分零配件。其卡钳总成产品系列齐全,基本涵盖了轿车、SUV、轻卡、商务车的所有型号卡钳。
低拖滞阻力卡钳能有效降低拖滞,提高电动车续航里程,其应用或将随新能源汽车的快速发展加速渗透; 低跳动制动器能降低制动系统在制动过程中产生的振动和噪音的制动器,有助于提升车辆的制动性能和乘坐舒适性。伯特利全面开发更低拖滞力矩卡钳总成及低跳动制动器产品,推动固定式卡钳的开发和推广,降低整车能耗,增强为中高端乘用车的配套能力。
02
国内EPB 龙头,国产替代下迎来新机遇
驻车制动系统逐渐从传统的机械手刹转变为电子驻车制动系统。 EPB,即电子驻车制动系统,是指利用电子控制方式实现驻车制动的技术,也叫电子手刹。电子驻车制动系统由电子按钮手动操作,并兼备自动控制功能。整个驻车制动系统是由行星减速机构、电机的左、右卡钳和电子控制单元组成。 当需要停车时,电子驻车制动系统按钮被按下,按钮操控信号传递给电子控制单元,并由电子控制单元来控制电机和行星减速齿轮机构工作,通过左右卡钳实施制动。
相对于机械手刹,EPB 更便捷,能减少频繁驻车的烦恼,辅助坡道起步,防止溜车;并且能与 ABS/ESC 系统集成,实现紧急制动、AutoHold 等功能。随着自动驾驶技术的快速发展,EPB 已经具有线控驻车的执行层,可以扩展全自动泊车辅助系统(APA)、代客泊车(AVP)等功能,使智能驾驶成为可能。
独立式 EPB 和集成式EPBi 是现代汽车中替代传统手刹的两种电子驻车制动系统。 根据是否有单独 EPB ECU 划分,EPB 可分为独立型和集成型。1)独立式EPB 具有自己的控制单元和执行机构,不依赖于车辆的 ABS 或 ESC 系统,结构简单、成本低,但功能基础且集成度低; 2)而集成式 EPBi 与 ESC 系统共享资源,提供高级功能如自动驻车和坡道辅助,成本较高。 随着技术发展,集成式EPBi 因高度集成化和附加安全功能成为市场主流。
伯特利公司推出了独立式 EPB、集成式 EPBi、双控 D-EPB、前置 EPB、 WCBS-EPB、ELGS-EPB 等产品系列,以满足广泛市场需求。 公司最新研发的双控电子驻车制动系统,基于成熟的 smart EPB 技术,关键控制模块全部采用冗余结构,系统有两个独立的电子控制单元,提供双重保障,电控单元任一部件失效(包括MCU),系统仍可满足法规驻车要求,提高了安全性、可靠性和驾驶舒适性,同时节省成本。
从搭载率数据来看,目前 EPB 市场正在进入传统产品增长“天花板”,并进入底盘线控及集成融合“新”增长赛道。 由乘用车前装标配搭载 EPB 上险量可见,自2020 年起 EPB 前装搭载率快速提升,2022 年已实现 83.96%,预计 2025 年中国EPB 市场规模将达到 239 亿元。而价格也随着产品的结构性升级保持相对稳定,据公司于 2019 年,2024 年发布的招股说明书和可转债说明书展望,2019 年、2024年EPB 产品计算单价分别为950 元、970 元,变化幅度不大,仍具备价格优势。
从市场竞争方面来看,国内 EPB 市场目前以国际品牌汽车零部件企业为主导,大陆、采埃孚等全球Tier1 在制动领域布局较早,技术和产品性能领先 ,同时与客户形成较深绑定,在 EPB 领域占据较大市场份额。2021-2022 年,采埃孚、大陆集团、 ADVICS 排名前三,在我国 EPB 市场中占比较高,超过50%。国产品牌以伯特利、弗迪动力为例,2021 年在国内的 EPB 市场份额分别为 8.30%和 4.20%,到 2022年已经达到 9.38%和 9.56%,而头部的采埃孚、大陆等 Tier1 的市场份额都有一定幅度下滑。随着近几年国内品牌整车行业的发展以及国内乘用车制动系统企业的技术提升,如伯特利等大型本土凭借性价比的优势,实现部分领域的进口替代,且逐渐向高端乘用车领域发展 。
线控制动即取消机械连接,实现精准控制。 线控制动系统(Brake-By-Wire)是电子控制的制动系统,汽车底盘域的核心部件,其主要特征是取消了制动踏板和制动器之间的机械连接,以电子结构上的关联实现信号的传送、制动能量的传导,分为液压式线控制动系统(Electro-Hydraulic Brake,EHB)和机械式线控制动系统(Electro-Mechanical Brake,EMB)两种。
1. EHB 是目前主流的线控制动方案,液压线控制动以液压制动为基础,采用综合制动模块取代传统制动系统中的助力器、压 力调节器、防抱死系统(ABS)和电子稳定系统 (ESC)等。通过踏板传感器给电子控制单元(ECU)输入制动信号,ECU 根据踏板传感器信号及车速等信息,对制动电机输出命令使其通过制动液建压,产生所需制动力。
(1)EHB Two-Box 电子助力器与ESC 分立,能满足一定条件下的冗余要求,分为解耦方案和非解耦方案。非解耦方案成本相对低,解耦方案能够实现协调式能量回收策略。
(2)EHB One-Box 与EHB Two-Box 相比,减少了1 个 ECU 与1 个制动单元,集成度更高,成本更低;由于实现了踏板力与制动力的完全解耦,能够实现协调式回收,能量回收效率更高,可实现约10%~30%的续航里程的增长。同时 One-Box 叠加电子冗余模块能够满足高级别智能驾驶对冗余的要求,随智能驾驶的升级有望进一步发展。
2. 在 EMB 中,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,无液压备份制动系统 。EMB 完全摒弃了传统液压装置,采用电机直接给刹车碟施加制动力。EMB 包括制动执行机构、电子控制单元、中心控制单元、制动踏板模拟机构、传感器和电源等主要组成部分。EMB 具有响应速度极快、质量轻,集成度高的优势。但目前其技术成熟度不够高,综合成本较 EHB 方案较高,对底盘改造大,短期内难以在乘用车中实现大批量量产装车。
制动系统的技术发展路径可划分为三个发展阶段
第一阶段:传统制动技术和产品,主要为传统液压制动和电子真空助力泵;这种传统的制动系统,是通过机械连接,然后通过液压或者气压进行驱动,由于设计机构的元件较多,制动速度比较慢,机械制动容易产生滞后的现象。
第二阶段:在新能源和智能化的推动下,出现的EHB 线控制动技术方案:其中Two-Box 方案有较长时间技术积累且具有冗余优势,是目前的主流方案;而One-Box方案集成度更高,具有成本、能量回收(提升续航)的优势。
第三阶段:随着智能驾驶技术发展需要,EHB Two-Box 解耦方案、EHB One-Box+电子冗余方案、有冗余的 EMB 线控制动技术方案将是未来线控制动发展的主流方向。
目前市场主流线控制动产品均为 EHB 产品,EMB 产品虽然各方面优势更大,但受限于技术成熟度问题,当前尚未实现量产装车。Two-Box 方案技术最为成熟,实现难度最低,技术原理即存在天然制动冗余,因此当下被各大车企大规模采用。在满足当前制动核心需求的前提下,车企一致认为One-Box 方案才是目前线控制动的理想方案。
中国线控制动系统市场正在快速增长,2023 年前装搭载交付量已达到 759.77万辆,同比增长52.87%,搭载率达到 35.98%,较上年增长了11.04pct。我们测算2023 年线控制动市场规模为 127.52 亿元,随新能源车销售份额进一步提升,前装搭载率快速攀升,我们预计至 2026 年线控制动前装搭载率将达到 65%,市场规模为243 亿元,增长迅速。
目前,包括蔚来、理想、小鹏等新兴汽车品牌在内的多个车型已经实现了线控制动的标配。此外,一些燃油汽车品牌的车型,如坦克 300/500、瑞虎7/8、瑞虎7 Plus/8 Plus、凯迪拉克 XT4/5/6、凯迪拉克 CT4/5/6 等,也开始搭载这一先进的制动技术。
2024 年1-6 月线控制动(One-box 方案)供应商装机量排行榜中,博世以154万套的装机量遥遥领先, 占据市场半壁江山,显示出其在该领域的绝对领导地位。弗迪动力和伯特利占据第二、第三的位置,装机量约为55 万套和 32 万套。弗迪动力配套比亚迪,由于比亚迪终端销量增长强势,弗迪动力在 2024 上半年超越伯特利成为第二名。万都、大陆、采埃孚、利氪科技、菲格智能等供应商也积极参与市场竞争,但份额相对较低。随着新能源汽车市场的蓬勃发展以及自动驾驶技术的不断成熟,线控制动技术将成为车辆制动系统的重要发展方向。
2023 年,国内外供应商产品均已更新迭代到One-Box 方案。2016 年,大陆集团的 MKC1 最初在法兰克福工厂开始,面向欧洲市场量产。2019 年,博世在凯迪拉克XT4 上首次搭载量产IPB,并在次年上车比亚迪汉,自此线控制动拉开 One-Box大批量上车的序幕。同期国外量产的 One-Box 产品还有万都的IDB,以及采埃孚IBC等
国内厂商也在加速对 One-box 产品的布局 ,国内目前已经量产 One-Box 产品的厂商有伯特利、弗迪动力、利氪科技、亚太股份。其中,伯特利背靠奇瑞、弗迪动力背靠比亚迪,利氪科技为一汽、北汽、哪吒参股的科创公司,目前,利氪科技IHB-LK®产品已配套奇瑞、哪吒、江淮、海马等主机厂,亚太股份的 IBS 也配套东风、长城汽车等主机厂。
03
轻量化零部件 铸铝转向节可以减重约 40%-50%
引领出海新增长点
汽车轻量化是指在不牺牲汽车的强度、安全性能和乘坐舒适度的前提下,通过使用轻质材料、优化结构设计和改进制造工艺等手段,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。中国从 2023 年7 月1日起,全国范围全面实施轻型汽车国六排放标准 6B 阶段和重型柴油车国六排放标准6B阶段。与国五标准相比,重型车国六氮氧化物和颗粒物限值分别减低77%和67%。面对越来越严格的排放标准,轻量化成为主要的减排方式之一。
另外,在新能源汽车领域,轻量化对于提升续航里程和性能尤为重要。根据人民网的报道,新能源汽车每减重 10%,续航里程可提升5%-6%,轻量化是新能源汽车节能、降耗、增加续航里程的重要技术路径之一。 同时,新能源汽车的三电系统(电池、电机、电控)的轻量化是整车轻量化的关键点。新能源汽车的发展将带动汽车轻量化零部件的发展。
《中国制造 2025》 强调汽车轻量化重点工作领域包含推广应用铝合金、镁合金、高强度钢、塑料及非金属复合材料等整车轻量化材料和车身轻量化、底盘轻量化、动力系统以及核心部件的轻量化设计。由于铝合金的金属性能优越,加工工艺成熟,是短期内最有可能大规模使用的轻质材料。预计到 2025 年,单车用铝量将增至 250kg,相较于2020 年的 190kg 目标,有超过30%的增长。 在汽车制造领域,铸铝件因其轻质、高强度和易加工性,在发动机部件、变速器壳体、悬挂系统、车身结构件、轮毂、制动系统、动力电池部件以及内饰件等关键部位得到广泛应用,有效提升了汽车的性能和燃油效率。
目前,伯特利的主要产品包括铸铝转向节、铸铝支架及铸铝控制臂等,并且在逐步开发铸铝副车架、铸铝卡钳和铝合金制动盘等产品。 铸铝产品客户覆盖通用、 Stellantis、沃尔沃、福特、现代、马恒达、雷诺江铃、吉利、北汽、上汽、奇瑞、小鹏、蔚来等,产品直接出口美国、加拿大、英国、法国、德国、西班牙、比利时、瑞典、墨西哥、韩国等多个国家。
与传统的铸铁转向节相比,铸铝转向节可以减重约 40%-50%,符合汽车整车、零部件轻量化的发展趋势,能够降低油耗,更加环保 。威海伯特利在铸铝转向节等轻量化制动零部件的技术、制造、工艺、质量控制、市场营销方面建立的基础,将有助于公司在转向节、卡钳等基础制动零部件未来由铸铁向铸铝升级换代时,在技术、成本等方面获得领先优势。
随着国内汽车市场进入结构性竞争阶段,“出海”有望为国内汽车零部件上市公司提供新的发展机会。 根据伯特利可转债募集说明书,轻量化零部件如转向节、控制臂,公司展望其产品国内单价约为 122 和 265 元,而出口单价为 325.92 元和458.92 元,均高出200 元左右。海关总署的数据显示,我国汽车零配件出口额持续增长,2022 年出口额为 810.89 亿美元,同比增长 7.31%, 2023 年汽车零部件出口金额为 876.61 亿美元,同比增长 8.10%。汽车零部件公司‘出海’有助于扩大市场份额。
通过在全球范围内建立生产基地和采购网络,相关公司可以更好地利用各地的资源优势,降低生产成本,并提高供应链的灵活性和可靠性。轻量化零部件制造商在出海方面尤为积极,原因在于海外市场在轻量化领域存在明显的供需缺口,特别是在供给方面存在较大不足。目前,包括拓普集团、爱柯迪在内的多家企业都已制定了海外建厂的计划,当前伯特利的海外产能布局推进节奏较快。
代表企业:
伯特利是国内线控制动行业的龙头,2021 年率先量产 One-box 产品 WCBS。 WCBS 产品为客户提供 one box 一体式解决方案,该产品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。目前全球范围内与伯特利线控制动类似的产品,在伯特利之外,其技术主要集中于国际几大零部件行业巨头。芜湖伯特利与国际行业巨头同步向全球提供 one box 一体式解决方案,弥补了国内同类产品的欠缺。而且伯特利WCBS产品具备快速增压、高度集成、解耦制动、优良的噪音性能以及集成后重量更轻的技术优势。
新产品方面,WCBS 完成系统架构、技术途径的策划:WCBS 1.5 技术平台完成设计、开发及性能测试;针对自动驾驶的需求,伯特利在规模化量产的线控制动 WCBS 1.0 基础上,已完成具备制动冗余功能线控制动系统 WCBS 2.0 的研发工作,将于今年第三季度实现量产;并同时开展对电子机械制动(EMB)的研发工作, EMB A 轮首样已于 2023 年 8 月完成制作,并已进行冬季试验验证,预计 2026年实现量产;前湿后干技术方案(WCBS+EHC)获 得客户认可,通过 WCBS 控制两个前液压卡钳,EHC 控制两个电控机械后卡钳,满足整车制动性能的需求同时实现整车降本。 (来源:华安证券)
节选部分,篇幅有限,未完待续。 。 。
当前,全球汽车正站在向新能源转型的十字路口。在转型过程中,一些传统公司陷入销量锐减、边缘化的阵痛,而另一些公司凭借前瞻的战略,及早的技术储备,实现了较为顺利的转型,长城汽车便是其中之一。
我们特举办本次“走进长城汽车——创新技术进车企活动”专场技术展示交流会。 旨在邀请 汽车零部件领域优质供应商 参与并进行深入交流。我们相信通过这次活动,能够挖掘更多供应商,将来能够和长城汽车展开各个维度的深入合作。
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