汽车线控底盘行业深度报告:行业方兴未艾,国产曙光将至

2022-05-30 10:39:04 江苏省企业技术改造协会 115

线控底盘:从机械世界到电信号的智能化升级

底盘线控化为更高级别自动驾驶奠定基础

汽车底盘是传动、行驶、转向与制动子系统的总和,通过操作机构与执行机构实现车辆 按驾驶员所要求的正常运动。底盘是汽车的重要组成部分,负责接受发动机的动力,按 照驾驶员的操作指令使得轮胎与地面产生相应的力的作用,进而实现行驶、转向与制动 等功能。汽车底盘包括四大子系统:1)传动系统,进行从发动机到驱动轮的动力传递, 通常由离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器与半轴等构成;2)行驶系 统,将传动系统传来的转矩转化为行驶的驱动力,配合转向系保证操纵的稳定性,缓和 由路面不平带来的震动感,通常由车架、车桥、车轮和悬架等构成;3)转向系统,按照 驾驶员指令改变汽车的行驶方向,通常由转向操纵机构、转向器、转向传动结构等构成; 4)制动系统,使行驶中的汽车减速或在最短距离内停车,保持车辆停放在原地,通常由 制动操纵装置、制动控制装置与制动器等构成。

底盘线控技术是以电信号取代传统底盘中的机械联结和机械能量传递的技术。在传统底 盘中,操作机构与执行机构之间通过机械联结传递机械能量,底盘的早期发展历程也是 各机械系统不断完善的过程。随着技术的发展,电子技术在汽车上的应用得到增强,底 盘系统的电子化程度逐步提升。底盘线控技术(X-by-wire)是指将输入的驾驶指令利用 传感器传递到中央处理器,通过中央处理器的控制逻辑发送电信号给相应的执行机构, 完成驾驶操作。与传统底盘相比,传递与控制的实现方式由机械变为电信号。

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线控底盘具备响应速度快与控制精度高的特点,是实现更高级别自动驾驶技术的关键。 由于以电信号取代机械联结与机械能量传递,线控系统具备以下优势:1)以电信号的 方式传输,系统的响应速度更快;2)应用传感器收集与记录信息,控制精度与子系统间 的协调性大幅提升;3)以线控系统取代机械装置,减轻整备质量,提升轻量化水平,同 时节省大量空间,有利于实现模块化设计。从控制流的角度来看,自动驾驶技术本质是 对“驾驶员指令输入-底盘子系统影响轮胎力-达到相应运动状态-驾驶员操作修正”控制 闭环中的人工控制实现部分(甚至完全的)取代,线控技术的应用增强了底盘系统的电 子化程度,是实现自动驾驶的关键技术。这也是本篇报告,后续围绕线控底盘中核心部 件做深入探讨的关键所在,尤其是在包括转向与制动两个环节等。

部件:技术成熟度与渗透率水平不一,线控制动与转向 未来空间更大

底盘属于整体概念,具体而言,线控技术在底盘上的应用主要指线控转向、线控制动、 线控换挡、线控油门、线控悬挂五部分。对比来看,各部分的技术成熟度与渗透率水平 呈现不同特点:

线控油门:技术成熟,渗透率高,国内外竞争格局稳定。与传统的机械油门相比,线控 油门取消了油门踏板与节气门之间的机械连接,而以传感器与控制单元实现信号的传递 与节气门开度量的计算,由电动机实现对节气门的控制。线控油门于上世纪末实现量产, 技术成熟度高,现已基本成为各车型的标准配置,目前线控油门的渗透率已将近 100%, 单车价值量在 300 元左右。

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线控换挡:技术成熟,渗透率仍有提升空间,国内供应商参与度较低。线控换挡取消了 挡位与变速器之间的机械连接,简化了换挡操作,安全性与科技感得到增强。线控换挡 的技术难度不高,与其他底盘线控系统相比,渗透率处于中等水平,目前线控换挡渗透 率在 25%左右,单车价值量在 400-500 元之间,预计随着燃油车自动挡渗透率的提升, 线控换挡渗透率将持续向上。

线控悬架:技术成熟,渗透率低。线控悬架主要由空气弹簧、高度传感器、电控单元、 储气罐、减震器、气泵等构成,根据行驶路况自动调节悬架的高度、刚度与阻尼,实现 驾驶的操控性与舒适性。目前技术发展比较成熟,但成本比较高,主要搭载于高端车型, 近年来随着自主崛起与悬架核心部件国产化进程推动,空气悬架搭载车型价格持续下探, 2021 年中国乘用车空气悬架实现销量约 46 万辆,占乘用车市场的渗透率从 2018 年的 1.27%提升到了 2.2%。

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国内空气悬架市场长期被外资供应商控制,但随着行业快速爆发,外资企业服务和资源 上难以跟上,国产突破有望加速。空气悬架前期一直处于外资垄断,究其原因是燃油车 时代自主乘用车车企困于中低端市场,而空气悬架系统的高昂成本使其难以应用在低端 乘用车型上,导致自主车企难有需求。造车势力、自主高端品牌品牌升级带来空气悬架 配置的旺盛需求,外资在开发资源和响应速度上无法满足市场井喷的空气悬架开发项目。 车企自身对于空气悬架也缺少开发经验,需要第三方配合实现空气悬架的研发,给予国 内企业配套的黄金窗口期。

线控制动:技术仍处于完善阶段,渗透率低。线控制动系统是指以电子元件实现对传统 制动系统中机械部件的部分或全部取代,以电信号传递指令,实现相应的制动功能。对 比而言,线控制动的技术发展成熟度偏低,当前主要有液压式(EHB)与机械式(EMB) 两种类型的技术路线,其中 EHB 仍然以传统的液压制动为基础,而 EMB 将完全实现电 子化,未来更可能成为主流技术方案。

线控转向:技术仍处于发展阶段,渗透率最低,以概念车型应用为主。与其他线控底盘 系统的原理类似,线控转向系统的特点是以电子控制单元与传感器等电子部件取代转向 盘与转向轮之间的机械连接,具备质量更轻,路面冲击更小,噪声更低且隔振效果更强 等优点。但由于转向系统对安全性与可靠性的要求高,且早期各国相关法规对转向系统 的机械连接有强制性要求,技术成熟度仍有待提升,仍然以概念车型搭载为主。

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线控转向与线控制动是自动驾驶的核心技术,渗透率提升空间广。线控油门已实现较高 渗透率,对比而言,线控悬架与驾驶舒适性相关,线控换挡是实现智能化泊车的基础, 而线控转向与线控制动涉及底盘两大子系统,是自动驾驶的核心技术,渗透率有望随着 自动驾驶的推进大幅提升。从已有趋势来看,随着行业的智能化升级,越来越多的车型 (特别是新能源车)开始配置线控制动系统;线控转向的法规限制逐步放开,中汽研标 准所线控转向工作组也于 2021 年 12 月宣布由集度、蔚来与吉利牵头研究、制定线控 转向相关标准,未来有望实现更多量产应用。

因子:智能化升级催化线控底盘市场扩容

智能化升级成为汽车重要发展趋势,自动驾驶是关键之一。随着消费者意识觉醒与智能 化技术的发展,汽车的智能化升级趋势明显,逐步由机械化的交通运输工具转向智能化 的移动空间与应用终端。自动驾驶是汽车智能化发展的重要体现之一,按照《智能汽车 创新发展战略》的定义,智能汽车的特点是搭载有先进的传感器等装置,运用了人工智 能等新技术,具有自动驾驶功能。在汽车智能化相关支持政策中,明确提出了要在 2025 年制定更为完善的标准体系支持自动驾驶的应用,实现有条件的自动驾驶智能汽车达到 规模化生产、高度自动驾驶智能汽车在特定环境下市场化应用。

自动驾驶技术处于快速发展期,L2 级别辅助驾驶渗透率快速提升。据现行的《汽车驾驶 自动化分级》标准,自动驾驶技术可划分为 L0-L5 六个级别。其中 L2 级别(组合驾驶 辅助)系统能在设计运行的条件下持续地执行动态驾驶任务中的车辆横向和纵向运动控 制,且具备与所执行的车辆横向和纵向运动控制相适应的部分目标和事件探测与响应能 力。从实际应用的最高级别来看,仍然以 L2 级为主,主要包括自适应巡航、车道保持、 自动刹车辅助与自动泊车等功能。从渗透率来看,2021 年全球 L1 及以上级别自动驾驶 乘用车渗透率超过 7 成,L2 级别渗透率提升了约 8.4pct;据 IDC 统计,2022Q1 中国 L2 级别在乘用车新车渗透率达到 23.2%,其中新能源市场已达到 35%。

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各车企积极推进更高级别自动驾驶的研发,打造智能化核心竞争力。L2 级别渗透率快 速提升的同时,各车企均积极布局更高级别自动驾驶技术。造车新势力中,小鹏于 2021 年发布智能驾驶新技术 XPILOT 4.0,成立自动驾驶科技公司,计划于 2023 年上半年实 现全场景智能辅助驾驶;理想计划于 2022 年起所有车型标配自主开发的 L4 级自动驾 驶兼容硬件;合众新能源与商汤科技、华为就自动驾驶领域达成合作,发布全栈自研 TA PILOT 智能驾驶系统。传统车企同样加快了自动驾驶布局,与国内自动驾驶领域公司展 开战略合作,适应智能化新趋势,其中广汽已与禾多科技合作开展 L3 及以上级别自动 驾驶的研发,吉利计划在 2024 年推出具备 L4 级别智能驾驶能力的电动汽车,奇瑞与 酷哇机器人开展对 L4-L5 级自动驾驶车辆的开发,上汽投资 Momenta,共同推动 L4 级 自动驾驶在国内的落地。

作为汽车电动智能化的执行基础,线控底盘市场将有望持续扩容,关注线控制动与线控 转向环节。相较于传统底盘系统,机械零部件更少的线控底盘整体重量更轻,同时在响 应速度以及控制精度方面具备优势。随着汽车电气化与智能化程度持续提升,具备硬件 属性的线控底盘系统将先于高阶自动驾驶技术导入。从目前线控底盘技术发展情况来看, 线控油门、线控换挡渗透率已有一定规模,线控悬架技术成熟,整体竞争格局由外资厂 商主导。线控制动、线控转向等技术含量较高的部分目前尚未成熟,渗透率较低,处于 快速迭代发展的时期,是未来几年线控底盘技术发展的关键环节。

线控制动:底盘核心,线控制动稳步落地

线控制动作为底盘执行端的核心组件,是线控底盘的核心系统之一。制动系统升级与自 动驾驶演进节奏匹配。制动系统包括驻车制动和行车制动两大部分。行车制动发展至今 经历机械制动系统、液压制动系统、液压电控制动系统、线控制动系统等多个阶段;驻 车制动包括机械式驻车制动、电子驻车制动和自动驻车制动阶段。伴随着电动化、智能 化水平逐渐提高,制动系统操作性能逐步提升,响应速度变快,制动距离变短,安全性 能更高。并且制动系统结构逐渐简化,与其他系统的协同性和维护便利性攀升,制动系 统轻量化的同时减少整车线束需求。未来,随着自动驾驶渗透率的逐步提升,制动系统 将加速向线控制动系统演进。

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驻车制动:EPB 成为市场主流,逐步延伸至自动驻车

在驻车制动系统中,经历了机械驻车制动系统、电子驻车制动系统(EPB)和自动驻车 制动系统三个阶段。机械驻车制动系统在进行驻车制动系统时,制动杆拉到制动位置, 棘瓜嵌入齿扇上的棘齿内,启到锁止的作用。在电子驻车制动系统中,通过自带 ECU 发 出指令来驱动卡钳进行相关动作。从工作原理看,机械式、EPB 的工作原理均是通过刹 车片与刹车盘产生摩擦力完成停车制动,自动驻车制动系统是在EPB系统的拓展功能, 通过 EPB 中的 ECU 和传感器完成计算和控制,最终实现四轮刹车控制。

卡钳式 EPB 通过电机驱动减速齿轮增加刹车卡钳的刹车力,从而实现对四轮的驻车制 动。在电子驻车制动可以根据车速选择适当的制动力,比如大众迈腾在 7KM/h 的速度 之上时通过 ESP 控制单元以略小于全力刹车的力道对全部四个车轮进行液压制动,在 7KM/h 的速度之下时直接施以驻车手刹制动。

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电子驻车制动只有松开和刹车两种状态,刹车力道不具有线性,自动驻车制动系统通过 EPB 的延展实现主动安全,避免对驻车系统的高频复杂操作。自动驻车系统在车辆临时 停驻,并在很短时间重新起动时,驻车交由 ESP 控制的刹车来完成,电脑通过传感器 来测量车身数据,包括水平度、车轮扭矩,对车身状态进行判定,并对车轮实施一个适 当的刹车力度,使车辆静止。

从市场规模来看,EPB 稳定爬坡,2025 年或将实现乘用车全覆盖,市场规模或将达到 200 亿。EPB 目前渗透率较高,根据高工产研的测算,2021 年前装市场 EPB 销量在 1600 万套左右,渗透率超过 70%。我们预计到 2025 年前装市场中,EPB 或将实现乘 用车全面覆盖。由于 EPB 市场稳定,产品技术成熟,EPB 价格或将保持相对稳定。我 们认为到 2025 年,EPB 细分市场规模或将接近 200 亿。

细分赛道玩家众多,大陆、采埃孚领跑,头部趋势显著,国内伯特利领先。从行业格局 来看,细分赛道玩家众多,行业竞争格局清晰。其中,采埃孚、大陆作为细分赛道领头 羊,与第三名形成断档,头部集中效应明显。伯特利作为国内领先供应商,与国际知名 Tier 1 水平接近,在国内供应商中保持绝对领先。比亚迪、亚太股份作为领先的国内供 应商,与国际大厂仍有差距。

行车制动:制动系统逐级提升,线控制动未来可期

行车制动系统的发展由不同因素驱动。早期纯机械式制动系统制动距离长,制动力完全 由人力提供,制动噪声大,使用寿命短。液压制动系统在安全性上有质的提升,驾乘体 验更优秀,维护成本较低。液压电控系统引入防抱死制动系统(ABS)或车身电子稳定 性控制系统(ESC),使车身在紧急制动的情况下依旧具备转向能力,制动安全性和稳 定性更高。线控制动系统是制动系统的进一步突破,建压速度更快,制动距离更短,冗 余系统逐步完善,安全性出众。线控制动系统由电信号替代传统的机械连接,减轻车身重量,具备轻量化优势,同时,高效率回收能量,节能减排。线控制动与自动驾驶契合 度高,协同性强,是汽车智能化发展中的重要一环。

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技术:液压电控为主,多重因素为线控保驾护航

线控制动稳定性有待提升,技术成为制约因素

从组件来看,线控制动系统由踏板、传感器和制动执行端组成。在工作时,驾驶者踩踏 踏板后传感器将踏板开度电信号传向域控制器,经过计算后域控制器把输出的电信号发 给执行端,使制动卡钳锁住车轮完成制动。

线控制动系统包括两个技术路线:液压式线控制动(EHB)和机械式电控制动(EMB)。 两者的区别在于制动力来源,前者使用电机向液压制动中缸提供制动力,而后者直接使 用电机控制卡钳进行制动。EMB 技术难度高,目前尚处在研发阶段。

技术难度上,EMB>One-box>Two-box。EHB 线控制动有两种技术方案:Two-box 和 One-box。Two-box 产品将 ESC/ABS 与电子助力器分布式布局,One-box 将两者集合 形成系统,博世的 iBooster 系列采用 Two-box 方案,大陆的 MK C1 选择 One-box 路 线。未来 Two-box 线控制动系统会逐步向 One-box 和 EMB 演进。相比 Two-box, One-box 集成度更高,制造成本更低,能量回收效率更高,更加符合汽车电子集中化趋 势。相比 EHB,EMB 无液压系统,集成度更高,轻量化优势明显。EMB 没有制动液, 避免了制动液漏出的危险,且建压速度更快,安全性更高。

目前制动系统仍处在液压电控制动阶段。液压电控制动系统在液压制动的基础上融入了 ABS 或 ESC,ABS 和 ESC 可以作为液压电控制动系统的代表。从渗透率来看,ABS 已经完成渗透率爬坡,2016 年后实现在乘用车各价格段的标配。与 ABS 相比,ESC 系 统包含三相电机、功率 MOSFET 等高价值量组件,系统造价较高,对价格敏感的 20 万 以下车型仍处在渗透率爬坡阶段。

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线控制动目前仍处于技术导入期。由于所需技术水平较高且供应商技术尚未成熟,目前 已量产的线控制动系统事故频发。比如搭载博世 iBooster 的丰田 CR-V 曾发生刹车失灵 事故。2017 年 8 月至 9 月, CR-V 刹车失灵事故多达 17 起,东风本田也因此被迫召 回 30509 辆 CR-V。包括日产 Leaf、阿尔法罗密欧 Ciulia 等车型所配置的日立、大陆线 控制动都存在产品稳定性的问题。

技术是制约线控制动系统发展的一大因素。由于线控制动系统取消了传统的液压和机械 链接,取而代之的是传感器和 ECU。传感器的精度,ECU 硬件的可靠性、抗干扰性, 控制算法的容错性,执行机构的速度、可靠性都将成为影响线控制动稳定性,不同 ECU 之间通信的实时性,总线的容错性和仲裁能力,都制约着线控制动技术的发展和广泛应 用。未来通信技术、传感器精度、零部件稳定性将是各零部件厂商和整车厂的突破重点。(报告来源:未来智库)

与新能源相辅相成,自动驾驶新需求推动线控制动落地

新能源汽车与线控制动系统相辅相成。

新能源车缺乏的稳定真空源由线控制动的电子助力替代。燃油车的发动机进气歧管工作 时可以产生真空,通过真空助力器可为液压制动主缸提供制动力。随着新能源车的普及, 内燃机的缺失导致真空助力器失去动力来源,电子真空泵(EVP)使用电机旋转产生真 空,继续为新能源车提供制动力。然而 EVP 使用寿命较短,维护成本高。线控制动用 电子助力替代真空助力,解决了新能源车缺乏稳定真空源的问题,也可以更好地契合新 能源车底盘结构。

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线控制动共有三种能量回收策略:传统叠加式、单踏板式、协调式,协调式将成为未来 主流。由于在制动过程中,电机需要被动转动产生制动力,并在这一过程中可以作为发 电机给电池充电,从而实现能量回收。回收模式中,传统叠加式策略没有收油时的唐突 感,但能量回收效率较低,目前运用较少。单踏板式的制动体验异于燃油车,但能量回 收效率较高。协调式策略在维持制动体验和驾驶习惯不变的情况下,实现了高效率的能 量回收,将成为未来主流。

线控制动系统的能量回收提升新能源车的续航里程,缓解新能源车的燃眉之急。线控制 动系统通过制动卡钳产生的制动力和动力能量回收产生的制动力之间不同比例的配比, 从而实现动力回收。通过线控系统的能量回收增加续航里程,可以在行驶过程中减少能 量消耗,从而有效缓解目前电动车电池成本较高、续航里程较低的问题。

自动驾驶对于执行端的新需求将会推动线控制动落地。高级别辅助驾驶系统中,会将电 信号传导至执行层,从而实现自动驾驶的落地。线控制动系统的电子助力和系统中 ECU, 可以在无外力的情况下实现主 动制动。将线控制动系统中原有的踏板传输电信号替换 为自动驾驶系统中的电信号,从而实现高级别自动驾驶在执行端的落地。未来乘用车销 量将会快速攀升, 2025 年 L3+级别自动驾驶渗透率接近 20%,伴随着自动驾驶渗透率 提升,线控制动系统将实现逐步放量。

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国内政策刺激,海外市场线控制动先行。2015 年,欧盟强制商用车配备自动紧急制动 系统(AEB)。2016 年,美国主流车企承诺在 2022 年 9 月前实现所售新车标配 AEB 功 能。2022 年,日本和欧盟要求新车标配 AEB。我国目前已要求 9 米以上客运车配备 AEB 功能,未来涉及乘用车的政策也将落地。线控制动系统是 AEB 得以实现的载体,因此 强制搭载 AEB 功能将推动线控制动系统的发展。

空间:线控制动快速爬坡,国内企业持续追赶

行车制动:160 亿空间,线控制动快速渗透

线控制动快速爬坡,2025 年渗透率将达 37%。线控制动作为新兴技术,现阶段整体渗 透率不高。伴随着新能源车的快速放量和自动驾驶技术的稳定提升,我们认为到 2025 年线控制动在乘用车中渗透率将接近 40%,在新能源车型中将超过 50%。经测算,现 阶段国内线控制动市场在 18 亿左右,预计 2022-2025 年市场规模可以达到 44/77/114/168 亿元,YOY:146%/73%/48%/48%,增速较快,市场空间广阔。

各厂商集中发力,行车制动国外企业优势明显

未来,技术制约因素将逐步减弱,同时,随着新能源车和高级别自动驾驶的普及和政策 不断加码,汽车制动向线控制动系统演进路线清晰。目前,博世、大陆、伯特利、拿森 等零部件厂和比亚迪、长城、上汽等整车厂逐步加大对线控制动技术的研发投入,清华 大学、同济大学等高校也集中发力线控制动系统。从竞争格局来看,全球线控制动系统 以外资为主,博世、大陆、采埃孚等国际 Tier1 占据市场 96%以上份额。

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零部件厂商来看,外资领先,国产供应商正在逐步追赶。从配套车型和合作整车厂来看, 目前,外资 Tier1 覆盖了国内外重要整车厂,包括传统车厂、豪华品牌和造车新势力等。 国内供应商线控制动产品 2020 年逐步落地,技术路线以 EHB 为主,覆盖 Two-Box 和 One-Box 的技术方案,产品性能与国际大厂保持一致。

博世在全球线控制动市场占据 65%的份额,其线控制动产品在制动性能、冗余系统和动 能回收方面均具备优势。博世于 2013 年量产 EHB Two-box 产品 iBooster 1.0,2017 年 量产 iBooster 2.0。驾驶员踩下制动踏板,制动推杆产生位移,踏板行程传感器检测到 位移,将该信号发送至控制器,控制器计算出电机应产生的转矩,该转矩由减速传动装置转化为伺服制动力。源自踏板的制动推杆力与伺服制动力共同作用在制动主缸内的活 塞上,最终转化为制动管路油压。紧急情况下,iBooster 2.0 仅需 120ms 即可建立全制 动压力。

iBooster 采用三重安全失效模式。若 iBooster 2.0 失效,ESP 将提供制动力。若车载电 源能量不足,iBooster 将以节电模式工作,并启用发电机、直流变压器、电容蓄电器。 在完全断电时,驾驶员单通过纯液压模式对所有车轮施加制动。动能回收方面,iBooster 与 ESP 配合实现最高达 0.3g 减速度的能量回收,基本满足日常驾驶需要。

大陆于 2016 年量产 EHB One-box 产品 MK C1,该产品是最早实现量产的 One-box 产品。这一电子制动系统将串联主缸(TMC)、制动助力器、控制系统(ABS 和 ESC) 整合成一个结构紧凑、重量轻的制动模块。MK C1 制动系统可以在 150 毫秒内建立起 制动压力。

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大陆结合使用了 MK C1 和 MK 100 HBE 以达到制动冗余的要求。当 MK C1 完全失效 时,MK 100 HBE 将制动汽车前轮,并启用 ABS 功能。当 MK C1 部分失效时,协同制 动模式启动,MK 100 HBE 将激活后轮制动系统。能量回收方面,如果按照电动汽车 18kWh/100km 的能耗来计算,MK C1 可以通过动能回收提高 4%的效率,续航 400km 的车辆在 MK C1 的介入下,可提升 16km 的续航。

伯特利是国内线控制动行业的龙头,2020 年量产 EHB One-box 产品 WCBS。WCBS 集成了真空助力器、电子真空泵、主缸和 ESC 的功能,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。WCBS 在安全性、节能、成本、结构、噪声等五个 方面优点突出。

整车厂来看,国内整车厂正在积极布局线控制动。国内整车厂未来希望通过升级配置和 新能源车型的快速落地实现国际车厂的差异化。比亚迪、长城、吉利等自主品牌均推出 新一代线控制动产品,预计 2023-2025 年正式上车。蔚来、集度等造车新势力积极探 索,通过提前布局线控制动推动自动驾驶落地。

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线控转向:智能渗透加速,转向持续升级

转向系统逐步演进,线控转向大势所趋

转向系统升级与自动驾驶级别匹配。转向系统作为底盘的另一核心部分,发展至今,经 历了机械转向系统、液压助力转向系统(HPS)、电动助力转向系统(EPS)、冗余转向 系统(RSS)、线控转向系统(SBW)等多个阶段,逐步实现从机械件到电动化再到智 能化的转变,转向系统操作性能逐步提升,集成度、电动化、智能化水平持续变高。未 来,随着自动驾驶渗透率的逐步提升,转向系统将加速向线控转向系统演进。

线控转向系统作为目前最先进的转向系统,兼具机械转向和助力转向的优点,未来将会 在转向市场大放异彩。线控转向系统包括转向盘模块、转向执行模块和中央控制单元三 个部分。线控转向系统取消了方向盘与车轮之间的机械连接件,转向动作完全由电能实 现。在工作过程中通过传感器检测驾驶员的转向数据,通过数据传输传到给 ECU,并从 转向系统获得反馈命令。并且通过传感器获取车轮信息,在 ECU 中得到是否完成转向 命令的数据闭环。相较于 EPS 和 RSS,具有更好的操纵稳定性,兼具机械转向和助力 转向的优点,是目前最先进的转向系统。

路感电机、转向电机和系统稳定性是线控转向的护城河。1)路感电机。由于在线控转 向系统中的信号传输为电信号,对于驾驶者而言需要通过路感电机提供与机械件相同的 驾驶反馈,所以路感电机和路感模拟技术将成为线控转向技术的难点。2)转向电机。电 机短路、电机堵转等电机常见问题,能否将功能安全逐级分解至转向电机,将成为未来 线控转向技术的难点。并且噪音、电机发热等问题都是转向电机的关键。3)整体系统稳 定性。在线控转向系统出现故障时,冗余措施的稳定性和可靠性将成为线控转向系统的 难点,ECU 能否诊断故障和处理故障将成为线控转向性能稳定性的关键。

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政策驱动,自动驾驶&电动化助力落地

过去受制于政策和成本,线控转向系统仍处于研发阶段。在《GB 17675-1999 汽车转向 系基本要求》中,强制要求转向传动装置必须物理解耦,线控转向通过电信号传输的方 式不符合转向系基本要求。对于已经实现线控转向的英菲尼迪来说,配置 3 个 ECU 的 同时,仍需要保留机械结构,保证在 ECU 失效时转向系统的可靠性,线控转向+机械式 的方案将线控转向系统的成本大幅提升。

智能驾驶和新能源汽车进一步推动线控转向发展。1)智能驾驶技术升级,对于执行层 精度、响应速度要求全面提升。线控转向系统的工作原理中,可以完全脱离驾驶员,将 电信号的输入来源切换为决策层发出的电信号,便可以实现智能驾驶的最终落地。2) 电动化趋势显著,电机工作环境进一步改善,从油-电体系到纯电体系,电机稳定性和线 控转向的工作效率都将进一步提升。

未来线控转向系统增加安全冗余,增强路感模拟技术,契合整车架构提升环境电压,保 证系统稳定性和系统灵敏度。目前,线控转向系统受制于安全性和法律法规,仍保留了 部分机械件,以保证电子器件失灵时的转向安全。未来的线控系统将会增加安全冗余, 提高控制器在故障诊断和故障处理的能力。增强路感模拟技术的同时,并从目前的单路 感电机增加至双路感电机。在系统工作环境上,会从目前 12V 的环境跃进至 48V,进而 转向系统反应速度和灵敏度将进一步提升。

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格局:研发阶段为主,量产路在前方

转向市场:EPS 为主,线控制动仍在路上

从转向市场整体格局来看,目前 EPS 仍作为市场主流产品,线控转向仍处在样品期, 尚未实现大规模落地。根据智研咨询的测算,国内汽车 EPS 行业销量 2011 年为 410 万 套,渗透率 28.3%,2019 年增长到了 1820.4 万套,渗透率超过 80%。从渗透率来看, EPS 是转向细分赛道中的主流产品。

从 EPS 细分产品来看,根据转向电机布局位置不同包括四种技术方案,包括转向管柱 助力式 EPS(Column-EPS,C-EPS)、小齿轮助力式 EPS(Pinion-EPS,P-EPS)、双小齿 轮助力式 EPS(Double Pinion-EPS,DP-EPS)和齿条式助力式 EPS(Rack-EPS,R-EPS)。 工作原理上,C-EPS 将电机布置在转向管柱上,通过电机的转矩和驾驶员的转矩共同转 动转向管柱实现主力;P-EPS 将电机布置在小齿轮和齿条啮合处;DP-EPS 将转向机有 两个小齿轮与齿条啮合,一个是电机驱动,一个是人的受力驱动;R-EPS 将电机直接布 置在齿条上,通过滚珠丝杆和皮带将电机助力传到齿条上。

市场格局来看,EPS 市场趋向成熟,产品边际效应明显;C-EPS 和 P-EPS 由于性价比 领先,车型适用范围更广,作为市场主流方案。从产品单价来看,EPS 产品相对成熟, 产品单价边际效应明显,市场趋近完全竞争市场。从方案适配车型来看,C-EPS 适合助 力需求较小的紧凑型车型,P-EPS 适合助力需求不大的小型车,DP-EPS 和 R-EPS 由于助力效果更加,契合更大车型的助力需求。从市场格局和分布上来看,DP-EPS 和 REPS 由于价格分布在 2200 元以上区间,产品价格较高,价格相对敏感的车型将会选择 分布在 1200-1600 元之间的 C-EPS 和 P-EPS。

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线控转向:新技术未来试水,新能源车最先受益

未来新能源车将会更多配套线控转向系统,2025 年乘用车线控转向系统市场规模或将 超过 50 亿。结合整车厂、零部件厂商的配套节奏,我们认为 2023 年线控转向系统开始 渗透,以新能源车新上市的中高端车型为主,到 2025 年线控转向系统在新能源车、传 统燃油车渗透率分别为 10%、3%,乘用车总渗透率 5.9%,市场规模将超过 50 亿元。

整车厂端,车厂参与积极参与,提前布局。丰田率先落地车型,采用 e-TNGA 平台打造 的纯电动车型 bZ4X,在海外市场版本率先落地线控转向。长城推出咖啡智能 2.0 线控 转向系统,预计 2023 年实现配套量产。2021 年 12 月 1 日,中汽研标准所线控转向工 作组首次会议上宣布,集度、蔚来、吉利正式成为线控专项技术发展的牵头单位。各级 车厂均积极布局线控转向系统。

供应商端,外资供应商为主,Demo 阶段为主,量产正在路上。从供应商角度看,除 Kayaba 配套英菲尼迪外,博世、捷太格特、采埃孚、泛亚等国际大厂仍在探索, 2018- 2020 年均推出线控转向产品原型机,泛亚与拥挤大学联合进行预研发。目前技术方案 上不完善,仍处在原型机阶段。国产厂商如拿森电子、伯特利研发规划明确,产品落地 未来可期。

底盘域:迈向全局线控,一体化方案或成主流

电子电气架构升级,底盘域横空出世

汽车 E/E 架构由分布式 ECU 向域控制/中央集中架构方向发展,域控制概念开始出现。 在汽车智能网联化发展趋势下,汽车功能日渐复杂,传统的分布式 ECU 架构难以满足 汽车电子电气架构的运算能力需求,同时,简化汽车电子电气架构,减少汽车线束数量 以降低整车总量的需求显现,带来汽车 E/E 架构由分布式 ECU 向中央集中架构发展。 根据博世对 E/E 架构升级的定义,分布式 ECU 将逐步模块化与集成化,向着域集中电 子电气架构发展,并最终实现中央集中电子电气架构。在此趋势之上,动力总成域、车 身域以及底盘域的软硬件架构升级成为目前技术的发展重点,其中底盘的执行层升级以 传统机械底盘向线控底盘为主。

线控底盘各部分技术成熟度不一致,由部分子系统向全局迈进。线控底盘目前主要有两 种实现形式:一是各系统分开研发,控制解耦,作为独立的线控执行部件存在;二是从 整体的底盘域设计入手,由域控制器实现上层驾驶指令与下层线控执行机构间系统性的 协调。目前,线控油门、线控换挡以及线控悬架技术较为成熟,而技术难度较高的线控制动与线控转向仍然在快速发展的过程中。由于各部分技术难度与发展水平不一致,量 产应用的进度有所不同,目前线控底盘实际的应用仍然以部分子系统的线控化为主。而 随着线控制动与线控转向两大关键技术的发展,底盘系统将向着全局线控化发展。(报告来源:未来智库)

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制动转向一体化,储备未来竞争力

在全局线控化的趋势下,相关供应商拓展产品线,加强在线控底盘领域的整体布局,从 而在未来保持强劲竞争力,尤其是对线控制动与线控转向两大核心领域的布局: 外资供应商:主流企业多同时布局线控制动与线控转向两大核心领域。线控制动技术虽 然尚处于完善阶段,但已实现量产化应用,博世、采埃孚、大陆、万都等企业在线控制 动领域均有量产产品,其中博世/大陆已推出第二代产品 iBooster 2.0 / MK C2。尽管线 控转向技术发展与应用进度不及线控制动,但以上线控制动供应商均同时布局了线控转 向领域,持续推进其研发与落地,其中,博世的线控转向技术曾亮相 2019 年上海车展, 计划在 2023 年落地;万都的线控转向技术获得 2021 年 CES 创新奖,计划于 2022 年 在北美开启量产。

国内供应商:拓普与拿森已有 EPS 产品,具备线控转向研发基础,伯特利通过收购完善线控转向布局。拓普、拿森、伯特利等国内供应商均已推出线控制动产品,实现对国 外企业的追赶。拓普、拿森同时已有电子助力转向(EPS)产品推出,虽未完全取消方 向盘与车轮之间的机械连接,但与线控转向已较为接近,在转向领域具备技术基础。伯特利则通过收购的方式完善在线控转向领域的布局,公司于 2022 年 4 月 8 日公告拟收 购浙江万达汽车方向机股份有限公司 45%的股权,后者专注转向系统,有助于伯特利横 向完善线控底盘布局。随着线控转向与线控制动技术的不断发展完善,率先突破线控转 向与线控制动技术的供应商有望实现从部分子系统向一体化线控底盘解决方案供应商 的转变。

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整车厂着手参与线控底盘研发,布局底盘系统全局线控化。除零部件供应商,各类整车 厂也开始通过自研或合作研发参与对线控底盘的布局。例如长城汽车于 2021 年 6 月发 布智慧线控底盘。该智慧线控底盘是以 L4 级及以上自动驾驶为目标搭建的技术平台, 将攻克线控底盘中最难的线控制动与线控转向系统,完全整合线控制动、线控转向、线 控换挡、线控油门和线控悬挂五个核心底盘系统,实现整车级自主协调控制。东风商用 车则与赢彻科技合作完成 L3 重卡 A 样验收,双方联合克诺尔从技术方案等方面论述并 经历多次调整优化,完成 L3 级线控制动和转向冗余方案。

投资分析

伯特利:国产制动龙头,布局线控制动与轻量化

国产汽车制动系统龙头。伯特利成立于 2004 年 6 月,2018 年 4 月上交所主板上市, 公司为专业从事汽车底盘件及车身件相关配套产品研发、制造与销售的国家级高新技术 企业。公司具备线控制动系统(WCBS)、高级驾驶辅助系统(ADAS)、电子驻车系统 (EPB)、汽车防抱死系统(ABS)、整车稳定控制系统(ESC)、电动尾门系统(PLG), 以及各类盘式制动器、综合驻车制动器(IPB)、盘带鼓制动器(DIH)、轻量化铸铝转向 节、控制臂等产品的自主开发与制造能力。芜湖伯特利是全球第二家 EPB 量产企业、 中国品牌首家 ESC 大批量投产企业、中国品牌首家 ONE-BOX 方案的线控制动系统发 布企业。

专注汽车制动系统,产品开发由浅入深。公司制动系统产品最早为相对简单的机械制动 产品,近年来产品结构向以汽车轻量化趋势下的轻量化零部件以及智能化趋势下的电控 制动产品等高附加值产品转化。例如在电控制动领域,公司先从相对容易的 ABS(防抱 死系统)以及 EPB(电子驻车系统)开始开发,并逐步推进到 ESC(电子稳定控制系 统)与 WCBS(线控制动系统),实现由易到难的产品开发与布局。在轻量化方面,公 司由铝制转向节开始,逐步推出铝制制动盘等底盘零部件。

机械制动产品为基,轻量化与线控制动零部件带来收入增量。从公司收入结构来看,电 控制动产品、轻量化制动零部件以及机械制动产品为公司主要收入来源,2021 年占公 司营业收入额的比重 95%以上。从各业务的横向对比来看,2015-2019 年,公司盘式制 动器收入体量较为稳定,处于 10-15 亿元的区间;而公司轻量化与电控制动产品增长较 快,盘式制动器收入占比由 2015 年的 81%下降至 2019 年的 43%,轻量化与电控制动 产品占比持续提升。从公司的毛利率结构来看,公司整体毛利率稳定在在 25%左右,分 业务来看,轻量化制动零部件毛利率相对较高,在 30%以上,而机械制动产品与电控制 动产品毛利率在 20%与 25%左右,处于公司平均水平。

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线控制动产品竞争力较强,有望实现国产替代。线控制动系统是汽车智能电动化过程中, 智能驾驶执行层的核心产品,可以有效解决新能源汽车上真空助力器真空度不足的问题, 从而保证自动驾驶系统的安全性。伯特利为目前线控制动系统国产厂商中少数发布了 ONE-BOX 方案的线控制动产品的厂商,同时,公司的线控制动系统(WCBS)已于 2019 年 7 月完成新产品发布,并与多家主机厂客户签订开发协议,同步开发产品。公司在 机械制动系统产品和电控制动系统产品方面均具备自主正向开发能力,可根据客户整车 需求设计出相应的制动系统产品,具有协同客户同步开发、同步设计的能力。

轻量化零部件工艺先进,客户拓展进展良好。随着中国节能减排的要求日益提升,铝合 金汽车零部件在汽车上的应用占比将会逐步提升,伯特利轻量化产品采用差压铸造工艺, 差压铸造工艺具备凝固时间短、补缩能力强等优势,主要产品为铸铝转向节和铸铝控制 臂。公司轻量化业务目前客户包括沃尔沃、吉利、奇瑞、上汽等合资子自主厂商,新增 客户包括法国雪铁龙、印度马恒达、江铃福特和江铃自主等。

拓普集团:平台型零部件供应商,底盘领域产品线丰富

拓普集团为国产平台型零部件供应商。公司主营业务为汽车零部件的研发、生产及销售, 公司核心业务 NVH(减震+内饰)目前已形成较强的竞争力,为主要收入贡献来源,依 托在 NVH 产品上的研发、制造、销售的积累,公司持续扩充产品线,形成平台型企业。 目前公司主要产品包括汽车 NVH 减震系统、内外饰系统、轻量化车身、智能座舱部件、 热管理系统、底盘系统、空气悬架系统、智能驾驶系统共八大业务板块,单车配套产品 约 3 万元,且公司产品线仍具备扩大的空间。

底盘可以通向滑板底盘,拓普集团实现高集成配套。滑板底盘即整个底盘将行驶系统、 转向系统、传动系统、制动系统高度集成,使得机械结构件和电子结构件集成为一体。 1)对于整车厂:可大大节省车内空间,同时有利于实现车身和底盘的分开研发,有利于 降低造车成本与开发周期并实现上车体差异化延展。2)对于滑板底盘供应商:可高度 集成配套公司产品,提升公司供应产品的单车价值。拓普集团与 Rivian 探讨共同合作, 逐步建立滑板底盘能力,覆盖线控底盘核心能力,未来或将实现高集成配套供应模式。

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抓住行业变迁趋势持续增长,布局增量产品市场。从公司营业收入的发展阶段来看:(1) 2015 年之前,受益于上汽通用等核心客户的稳健增长,公司实现稳定的增长,2011-2015 年公司营业收入由 16.9 亿元增长至 30.1 亿元,5 年 CAGR 达 15.5%;(2)2016-2019 年,受益于自主品牌的快速崛起,叠加公司产品品类的快速扩张,公司收入进入新一轮 快速增长,2016-2018 年公司营业收入由 30.1 亿元上升至 59.8 亿元,2 年 CAGR 达 25.8%,且 2019 年受行业下行影响,收入下滑至 53.6 亿元;(3)2020 年开始,随着 公司新能源客户起量,商业模式清晰化,公司进入第三段增长曲线,2021 年公司实现 营业收入由 65.1 亿元上升至 114.63 亿元,同比增长 76.1%。

产品线横向扩张是拓普发展的主要动力,底盘领域产品丰富。减震隔音产品是公司最早 的拳头业务产品,公司借助在 NVH 领域的研发、生产、销售经验,不断拓宽其业务范 围,涉及底盘轻量化、制动部件等汽车底盘电子、热管理等领域。2021 年,依托公司在 线控刹车 IBS 研发过程中形成的机械、电控、软件能力以及底盘调校能力,结合公司在 橡胶方面和真空泵方面的多年经验积累,公司迅速开发空气悬架系统项目,并进入车身 轻量化、智能座舱等全新产品线。

规模效应与成本控制能力凸显,盈利能力有所回升。2017 年以前拓普毛利率长期保持 在 25%以上、净利率保持 12%以上,2017 年后由于下游行业需求下滑、产能建设压力 以及公司业务结构变化,毛利与净利率均有所下滑。2021 年起公司通过规模效应及降 本增效,盈利能力有明显提升。

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拓普工厂布局临近主要客户生产基地,区位优势巩固与配套响应能力。公司工厂布局于 宁波、重庆、武汉等地,以浙江为主,以主要客户的重要生产基地周边为辅,区位布局 合理。目前公司在浙江宁波、台州产能附近主要的周边车企为吉利汽车(临海+宁波春 晓+台州路桥+上海生产基地)、上汽通用(浦东金桥南、北工厂)、特斯拉(上海工厂)、 长安福特(杭州+南京上产基地)等客户;重庆基地和四川邻水工厂主要周边车企为长 安福特在重庆的两个主要工厂;在陕西宝鸡高新技术开发区也有投入,附近主要为吉利 宝鸡生产基地;另外在五大汽车城之一的柳州也建有柳州生产基地,附近的主要车企为 上海通用柳州生产基地和通用五菱的柳州总厂。海外方面,公司在美国、加拿大、巴西、 马来西亚等国家分别设立制造工厂或仓储中心,另于波兰和墨西哥有工厂在建。拓普构 建全面、多层次的工厂布局,从而提供高效的响应服务速度,且将有能力拓展全球平台 业务。

科博达:汽车灯控龙头企业,发力底盘域控技术

公司是汽车智能与节能系统方案提供商。公司始终立足全球汽车产业的市场平台,专注 于汽车电子及相关产品的技术研发与产业化,已成功融入全球汽车电子高端产业链体系, 是国内少数能与全球高端汽车品牌进行电子产品同步研发的企业。目前科博达有 LED 照明控制、电机控制、能源管理、车载电气与电子五大系列产品,公司拥有全球几十家 主流汽车品牌的客户渠道,同时拥有全球领先的供应链资源,与全球几十家知名半导体 供应商建立了战略合作关系。

与德国大众深度绑定,成就汽车照明控制领域龙头。公司前身上海瓯宝电子科技于 2003 年 9 月成立,公司创立伊始就以汽车电子作为公司核心业务,公司与德国大众在接下来 十余年进行了深度的绑定,公司于 2004 年以最优的技术方案首次获得上海大众汽车电 子国产化项目,2005 年为上海大众研发的首款汽车电子产品 HID-400 电子镇流器通过 德国大众检验并于次年批量生产,2008 年公司获得德国奥迪 LED 首个车灯控制器定点, 2015 年获得德国大众第三代 LED 灯控开发项目,成为大众全球灯控产品重要合作伙伴。 公司于 2019 年在上交所上市,2020 年进入中国汽车零部件企业百强。

公司营收结构较为稳定,照明控制系统为主要收入来源。从公司的营业收入构成情况来 看,公司营收结构较为稳定。2021 年,公司照明控制系统实现销售收入 13.80 亿元, 占总营收比重为 49%,为公司主要业务来源;电机控制系统实现销售收入 6.05 亿元, 占总营收比重的 22%;车载电气与电子实现销售收入 5.25 亿元,占总营收比重的 19%。 从毛利率来看,照明控制系统、电机控制系统以及车载电气电子毛利率较为稳定,均维 持在 30%以上,近年来公司整体销售毛利率维持在 35%左右。

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LED 车灯智能升级,公司作为灯控龙头持续受益。随着汽车车灯体系的不断发展,汽车 前照灯采用的形式也在不断迭代,随着原材料成本的逐年下降,LED 车灯的渗透率将会 持续上升,公司所生产的 LED 车灯控制器作为 LED 车灯产业链中壁垒较高的环节,有 望持续受益。公司照明控制系统产品包括 HID 电子镇流器、LED 控制器,随着 LED 车 灯渗透率的提升,LED 控制器占比逐渐提升,HID 电子整流器占比下降明显。

非灯控业务表现稳定,布局底盘控制域产品。公司生产的车载电器与电子产品主要包括 电磁阀以及汽车电器。其中电磁阀控制器、执行器、点烟器以及 USB 车载器为公司车 载电子电器主要产品。而公司的汽车电机控制系统则包括中小型控制系统和机电一体化 两类,具体为燃油泵控制系统、辅助电动泵等,从营业收入表现来看,较为稳定。在公 司现有业务较为稳定的情况下,科博达布局底盘控制器项目,2021 年在原底盘控制器 DCC 基础上,首次将产品延伸到底盘域控技术相关的 ASC 等产品,并先后获得比亚迪、 吉利、小鹏及某国内新势力头部主机厂等客户项目定点。(报告来源:未来智库)

经纬恒润:软件服务起家,布局底盘控制电子

经纬恒润成立于 2003 年,是电子系统的平台型服务商。其专注于为汽车、无人运输、 高端装备等领域的客户提供电子产品、研发服务和高级别智能驾驶整体解决方案。公司 业务可拆分为 1)软件服务业务,包括研发服务及解决方案、汽车电子产品开发服务。 2)汽车电子业务,包括车身和舒适域电子产品、新能源和动力系统电子产品、底盘控制 电子产品。3)智能驾驶业务,包括智能驾驶电子产品、智能网联电子产品、高级别智能 驾驶整体解决方案业务。4)高端装备业务,包括高端装备电子产品及配套研发服务。

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研发服务业务起家,近三年电子产品业务贡献成长主动力。公司于 2006 年成立汽车电 子产品业务部门,打开成长第二曲线。电子产品业务占主营业务收入逐年提升,从 2018 年的 59.49%大幅提升至 2021 年的 77.00%。2021 年公司实现营业收入 32.62 亿元, 同比增长 31.61%,归母净利润实现 1.46 亿元,同比增长 98.37%,成长主要由电子产 品业务带动。2021 年汽车行业复苏和公司智能驾驶电子产品和车身及舒适域电子产品 等业务收入快速增长使公司盈利能力有所增强。

汽车电子产品矩阵丰富,客户结构逐渐丰厚。公司汽车电子产品不断发展,产品矩阵清 晰,覆盖了包括车身和舒适域电子产品、底盘控制电子产品、新能源和动力系统电子产品等多维度产品。其中,防夹控制器(APCU)配套凯迪拉克 XT5、捷豹 F-PACE、现 代索兰托等车型,电动助力转向控制器(EPS)配套东风风神 D01、D02 等车型。公司 汽车电子产品,在进入了吉利、长城等自主品牌供应链。

配套车型销量稳定,分布式汽车电子需求稳定。公司产品配套车型销量较为稳定,以防 夹控制器为例,根据盖世汽车销量数据,其配套车型凯迪拉克 XT5、吉利博越在 2018- 2020 年累计销量分别为 33.78、30.10、30.29 万辆,销量保持稳定。2)车厂整车开发 周期在 3 年左右,分布式车型持续量产,分布式汽车电子产品需求持续存在。短期来看, 分布式汽车电子产品销量保持稳定,2018-2021H1 销量分别为 296.98、274.71、272.52、 185.94 万套。

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集中式产品落地,未来集中化产品提前布局。从专利数据来看,2018 年开始,经纬恒润 已经开始布局集中化汽车电子产品及算法,包括传感器信息融合方法及装置、EPS 控制 器和电机一体式动力组结构、组装方法及系统、一种软件在线升级方法及多核 ECU。通 过对一体化产品布局及多核 ECU 软硬件结合的研发,为未来集中式汽车电子产品落地 提供保障。

研发投入持续加大,专利积累较为浓厚。2018-2021 年,公司研发费用由 2.65 亿元提 升至 4.56 亿元,3 年 CAGR20%;从研发费用占比来看,公司研发费用率保持在 14% 左右。截至 2021 年 6 月 30 日,公司拥有专利 1477 项,其中发明专利 617 项。通过长 期的技术积累,公司已形成了先进辅助驾驶系统(ADAS)技术、基于 SOA 架构的车身 域控制技术等多项核心技术,并积极部署推动相关技术的产业化落地。


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