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国内外汽车底盘空气悬架产业链最新解析

2024/1/26 14:32:26 来源:聚风传媒 关键词:聚风塑料网

汽车悬架是车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称,可以保证车辆的正常行驶,使车轮在路面不平和载荷变化的运动状态下有理想的运动特性,保证汽车的操纵稳定性使汽车获得高速行驶的能力。汽车悬架正在由被动悬架向主动悬架升级。空气悬架作为主动悬架结构较为复杂,但随着消费者对汽车行驶的舒适性、操控性等要求逐渐增加,叠加汽车电动化智能化快速提升,空气悬架市场空间也将进一步提升。


一、汽车空气悬架介绍

整车悬架是汽车的车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的总称,其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩,并缓冲路面传给车架或车身的冲击力,并减少由此引起的震动,以保证汽车行驶平顺度。


悬架一般由弹性元件、导向机构以及减震器等组成。弹性元件用于支撑垂直载荷,起到缓冲和抑止不平路面引起的振动和冲击的作用。汽车悬架上的弹性元件通常可以分为:钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧等5种,乘用车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧,空气弹簧一般用于高端家用车。减震器的作用是迅速衰减汽车的振动,改善汽车的行驶平顺性,增强车轮和地面的附着力。导向机构的作用是传递力和力矩,同时兼起导向作用,在汽车的行驶过程当中,能够控制车轮的运动轨迹。


1.1 主动悬架兼顾舒适与操控稳定性
按照结构形式不同可将悬架分为独立式悬架和非独立式悬架。独立悬架是每一侧车轮都单独地通过弹性元件挂在车身或车架下面,而非独立悬架则是两侧的车轮以一根整体式的车桥连接。当一侧车轮遇到突起的路面,独立悬挂只有遇到突起路面侧的车轮会跳动,另一侧的车轮不受影响;而非独立悬挂遇到突起的那一侧车轮会带动另一侧车轮跳动。为保障乘坐舒适性,乘用车一般采用独立悬架,独立悬架又分为麦弗逊、双叉臂、多连杆等多种形式。


悬架类型按照工作原理的不同可以分为被动悬架,半主动悬架和主动悬架。三种类型悬架的主要区别在于弹性元件的刚度和减震器的阻尼能否根据外界输入来进行主动的最优控制和调节。


1) 被动悬架:刚度和阻尼系数出厂时已设定,不可调,乘坐舒适性较差。优点是结构简单成本较低,常用于经济型车。

2) 半主动悬架:弹簧刚度与减震器阻尼其中之一可调。

3)主动悬架:弹簧刚度和减震器阻尼均可调,一般为空气弹簧+电磁减震器结构。主动悬架系统中配备加速度、位移、高度传感器等测量元件和控制元件,车辆能够根据载荷、行驶速度、路面状况等外部条件通过控制单元自动调整悬架刚度和阻尼力大小,使汽车具有良好的乘坐舒适性、操纵稳定性以及通过性。


传统悬架弹簧难以平衡操控与舒适。汽车悬架既要满足车辆舒适性要求,又要满足车辆操纵稳定性的要求,而舒适与操控又是此消彼长的,为取得良好的舒适性,需要缓冲汽车的震动,这样弹簧就要设计得软些,但弹簧设计得过软容易导致车辆发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重等不良体验,从而影响车辆转向,导致汽车操纵不稳等。空气弹簧的搭载能解决传统悬架弹簧导致的两难问题。空气悬架与传统悬架的最大差异在于弹性元件的升级,即弹簧的软硬能够按需自动调节,并新增电子控制系统及气泵等部件,赋予悬架智能调节功能。例如,高速行驶时悬挂可以变硬,以提高车身稳定性,长时间低速行驶或经过颠簸路面,悬挂可变软来提高减震舒适性。


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1.2 乘用车空气悬架工作原理及优势
空气悬架可根据行驶工况自动调节弹簧的弹性系数及减振器的阻尼系数,保持车身高度,提升车辆的通过性、操控性及稳定性,配备汽车智能悬架系统能够助力电动汽车更加节能与舒适。该配置已成为消费者选购乘用车的新卖点,这不仅是整车消费升级的重要配置,也符合汽车智能化的发展方向。


空气悬架主要由前空气弹簧、后空气弹簧、控制器、气泵和分配阀总成、车身高度传感器、主副储气筒、管路等组成。高度传感器固定在车架上,另一端固定在悬架摆臂上。车轮上跳或下跳过程中,带动摆臂,导致传感器一端和另一端的相对角度变化,从而高度传感器产生信号高度差信息,车身状态信号(速度、加速度、路面冲击等)传给电控单元,电控单元根据一系列既定算法发出指令,比如当车辆高度需要调高时,控制器发出指令,分配阀对应阀门开启,储气筒内的高压气体会进入空气弹簧内(也可以由气泵直接对空气弹簧进行充气),当车辆高度需要降低时,泄气阀和空气弹簧分配阀打开,降低车身高度,由此可实现车身高度手动调节、车身高度动态随速调节、车身调平、便利上下车功能等。


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1) 空气悬架可灵活调整车身高度,从而降低风阻并改善能耗、提升操作稳定性,方便人/货上下车等。新能源车自重高于同级别燃油车(电动乘用车比同级别同尺寸燃油车重 0.6-1 吨),高速行驶时,为对抗风阻,电动车能耗较高,搭载空悬的电动车在高速行驶状态可自动调低车身,降低风阻,从而降低高速行驶状态下的车辆能耗。


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2) 通过调节空气弹簧气室容积,实现悬架刚度自动调节。电动车的簧上质量重于燃油车,相当于压缩了螺旋弹簧的行程,传统的螺旋弹簧行程变小后,路面起伏更容易传递到驾驶舱。空气弹簧靠空气作为介质,刚度可做得很小,将汽车悬架簧上质量的固有频率调整为 1Hz 左右,从而提高驾乘舒适性;且可在车辆负载变化时(空载和满载时),匹配不同的初始刚度,始终保证驾乘的舒适性。


3) 通过阻尼连续可调减振器,调整悬架阻尼力大小,提升不同路况的乘坐舒适性,并在启动、转弯、制动时更方便地控制车辆。


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以理想 L9 为例,作为理想汽车旗舰型 SUV, L9 进行了较多底盘悬架上的技术创新。理想 L9 标准姿态的空载最小离地间隙是 176 毫米,通过自研的空气弹簧控制系统,在运动模式或高速场景下,底盘可自动降低,以获得更好的能耗和高速稳定性表现。当乘客数量和位置发生变化时,理想 L9 会实时监测每个悬架的传感器数值,进行动态的调整,使得无论是 1 人还是 6 人乘坐,悬架的舒适性体验一致。利用空气弹簧高低可调的特点,理想 L9 还设计了其它智能化的便捷功能,例如当停车挂入 P 挡时,“便捷上下车功能”会自动启动,底盘高度会降低 40 毫米以方便乘客上下车,而当车速超过 5 公里/小时,便捷上下车功能会自动关闭。此外,后备厢装载模式下,后轴可以降低 50 毫米,方便日常装卸后备厢物品,此功能可在后备厢内手动开启。理想 L9 的智能空气弹簧还可通过 OTA 迭代升级。


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二、空气悬架发展历程及未开发展趋势

空气弹簧发明于二十世纪初期,起初,是用于机械设备的隔振,尤其是一些精密仪器。由于当时的空气弹簧的体积普遍较大,在对空间不敏感的客车上得到了很好的应用,大大提高了乘客的乘坐舒适性;后重型卡车、挂车上也采用了空气弹簧,一方面可提高车辆的承载能力,同时也减少路面颠簸对货物的冲击,降低振动频率,从而保护货物,特别是危险物品的安全性。在我国的高铁列车上,也大量采用了空气弹簧。


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随着空气弹簧集成、体积的缩小及传感器等技术发展,高端乘用车也开始采用空气弹簧替代螺旋弹簧,新能源车渗透率逐步走高和新势力出于打造车辆亮点的诉求驱动了空气悬架在我国的应用,这主要是由于新能源车整备质量高于同级别燃油车,若仍使用螺旋弹簧悬架,需要较大直径的钢丝,影响整车空间设计和驾乘舒适性,空气悬架可以有效平衡高承载和舒适度的要求,此外空气悬架通过适时调整底盘高度,可以减少风阻,从而降低能耗。


空悬配套车型显著下沉:由于空气悬架结构及控制系统相较其他悬架更为复杂,核心部件如减振器、空气压缩机等研发难度高,空气弹簧制造工艺复杂,造成空气悬架研发及生产成本高昂,长期以来仅配置于豪华车型,市场规模小。规模小导致车企单独开发成本高昂,空气悬架由海外供应商如大陆、威巴克等提供总成方案,软硬件绑定深,单价较高。我国造车新势力出于打造品牌高端形象的需要,通过配置空气悬架系统以提升产品竞争力和客户满意度,使得空气悬架这一配置于六七十万元以上的豪华车的配置下沉到了 30 万+车型,加速了空悬配置走向主流。首个配套本土乘用车电控悬架系统总成的车型为岚图 FREE(起售价为 33.36 万)。


空悬与智能感知结合,提供更智能化的主动调节功能:随着自动驾驶技术的发展,整车已具有的环境感知系统可与空气悬架结合,空气悬架系统可调用车辆已搭载的摄像头,雷达等传感器,实现对路面状况更加精准、及时的识别,通过预置的算法,实现空悬系统的更加智能化主动调节功能,进一步提高车辆的驾乘舒适性。


如理想汽车 L9 自研的中央域控制器负责统合控制理想 L9 整套悬架系统,除了负责控制底盘系统,中央域控制器还负责增程电动系统、空调系统和座椅控制系统。其中 L9 的 CDC 减振器控制算法会根据包含轮端加速度传感器、方向盘转角、油门状态、ABS 状态在内的超过 15 个传感器的信号,实时地调整减振器阻尼,以此来控制车辆的俯仰,稳定控制车辆行驶过程中的车身姿态起伏,从而保障驾乘人员的舒适性。例如,俯仰控制算法能够解决车辆加速/制动点头导致的晕车问题;侧倾控制算法能够减轻车辆侧向晃动;起伏控制算法则让理想 L9 在通过起伏路面时能够保持车身平稳。


再比如岚图梦想家除采用前双叉臂+后五连杆+空气悬架的配备外,将“魔毯”功能引入 MPV,根据需求主动改变单个 CDC减振器的阻尼,可以有效改善转弯时的侧倾平衡,确保操纵稳定性。在加速或者刹车时,传统螺旋弹簧+普通减振器的组合可能导致自重较高的 MPV 出现加速抬头或者刹车点头等情况,梦想家“魔毯”功能可在毫秒级时间内,改变前后轴减振器阻尼力,大大改善了这一情况。甚至在紧急制动及电子稳定系统触发时,配备了“魔毯”功能的梦想家,由于悬架阻尼能够实时调整,还能控制车身姿态、缩短刹车距离、提高车辆瞬态稳定性。


除了需求端的驱动外,空气悬架商业模式也在变化。以新势力为代表的车企倾向于选择软硬解耦的空悬采购模式,即自研空悬算法并集成于底盘域控制器或中央域控制器,其它空悬硬件则拆分采购,这对于整车品牌来说,可以通过软件去灵活定义底盘部件,保障后续 OTA 的范围和时效性,对于本土供应商来说,价格下沉带来更大规模,解耦采购可使得部件供应商发挥体制灵活、响应迅速等优势,空悬相关部件供应商迎来大规模产业化机遇。2025年我国空气悬架市场规模有望达200-300万套。2022年我国乘用车空悬渗透率约1%,出货量约28万套(+142%),2023年前5月出货19.56万套,同比增长222.9%。我们预计30万+乘用车将有较高的空悬渗透率,预计2025年30万+车型占比升至15%,假设30万+乘用车空悬渗透率超50%,则2025年空悬市场规模约200万台,假设空气悬架单套价格8000元,则对应金额规模为160亿。在此基础上,进一步乐观预期空气悬架配置继续下沉至20-30万价格带,则2025年空气悬架市场规模在300万台,对应240亿销售额(假设20-30万价格带乘用车占比为18.5%,空悬渗透率约30%)。


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三、空气悬架产业链

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图:乘用车空气悬架产业链  来源:并购优塾


这条产业链各环节包括:上游——空气悬架组件,包括空气弹簧、空气供给单元、可变阻尼减震器、空气悬挂系统ECU。中游——空气悬架系统总成。下游——下游乘用车主机厂商。燃油车采用空气悬架的主要是豪华车,如奔驰、宝马等。国内新能源汽车在尝试采用空气悬架,采用的车型价格逐渐向中低端延伸,代表公司有吉利汽车、蔚来、理想汽车等。空气悬架系统结构复杂,主要有空气弹簧、空气供给单元(空气压缩机、储气罐、分配阀等)、ECU 控制器、传感器(车身高度传感器、加速度传感器等)等,空气弹簧一般与可变阻尼减振器搭配使用。


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图:空气悬架成本结构 来源:华西证券


其中价值量最高、技术壁垒最高的部件是空气压缩机与空气弹簧。据高工智能汽车,2022 年中国乘用车空气悬架系统前装供应商份额排名为:威巴克(44.55%)、孔辉科技(18.


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3.2 重点供应商介绍

空气悬架助力品牌提供更好的驾乘体验,以新势力为代表的新能源品牌有较强搭载意愿,标杆车型如理想 L 系列、腾势 N7、极氪 009 等的热销有望带动后续相关竞品搭载意愿,空气悬架的需求空间广阔。我国本土供应商主要集中在上游零部件制造领域,行业下游新加入大量新能源主机厂。综合空气悬架产业链来看,本土供应商在上游已经实现多点突破,空气弹簧、空气压缩机等核心部件已经实现国产化,且在成本上拥有显著优势,价格比同类进口零件降低25%-30%。在行业下游,传统的空气悬架车企均在BBA、保时捷、路虎等欧美豪华品牌使用,主要的供应商仍是大陆和威巴克。


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3.2.1 中鼎股份——全资子公司 AMK 为空气供给单元全球龙头、市占率高

中鼎股份是我国非轮胎橡胶件龙头企业,2022 年实现收入 149 亿,净利润 9.6 亿,其中空气悬架业务收入 6.8 亿(国内收入 1.4 亿),收入占比 4.6%,毛利率 21.4%。
中鼎股份深耕非轮胎橡胶件领域,2008 年起通过多起海外并购掌握高端橡胶件技术,同时进入高端豪华品牌全球配套体系。结合本土工程师红利及海外先进橡胶件技术,中鼎的海外并购项目的本土落地成效显著。


2016 年中鼎股份收购的AMK 为全球空气悬架系统之核心部件——空气压缩机龙头企业,AMK 空气压缩机全球市占率 60%以上。AMK1964 年进入驱动与控制技术领域,1998 年进入汽车部件领域,带有轮胎密封胶的空气压缩机问世。AMK 自进入空悬系统业务领域以来,不断提升产品总成技术,深耕行业二十多年,为捷豹路虎、沃尔沃、奥迪、奔驰、宝马等世界顶级主机生产商配套。空气悬架的空气供给单元结构精密复杂,对可靠性、发热性、噪音控制、充气效率有要求,AMK 在电机领域深耕多年,设计、机加工均自制,具备核心 Know-how,AMK 在空气供给单元领域的龙头优势地位突出。


2022 年是 AMK 中国落地元年,在手订单处放量期
国内空悬市场处于起步阶段,AMK 中国一直在加速推进完善中国乘用车市场空气悬架系统性能和成本最优化的供应链体系。2021 年年初 AMK 工业业务剥离,轻装上阵,围绕“国产化推进、技术迭代升级、产业补强补全”的战略目标稳健发展。2022年是 AMK 中国落地元年,收入体量尚小,在手订单处放量期,已取得国内多家造车新势力及传统自主品牌龙头企业订单, AMK 中国已披露订单总产值 73.14 亿元。


AMK 中国在空气供给单元产品组装及生产线相继落地的同时,继续推动空气弹簧、储气罐等其他空悬硬件自产项目的落地,目前公司乘用车空气弹簧项目已完成样品生产。空气弹簧的核心壁垒在于皮囊制造,皮囊制造要求橡胶件保证足够的强度,其耐用性很大程度上决定了空气悬架的使用寿命,目前国内外空气弹簧的主要供应商多具有深厚的橡胶产品制造技术积累,中鼎在车用非轮胎橡胶件领域积累深厚,预计中鼎的空气弹簧业务即将获得突破并有望获得快速发展,通过与其现有优势业务即空气供给单元打包销售,有望提供给主机厂更好的成本方案。


公司空悬业务收入规模中期有望达 45 亿元
当前 AMK 在国内空气压缩机领域鲜有竞争对手,预计将占据空气悬架之空气压缩机绝大部分份额,中期看 AMK 空气供给单元有望占据国内市场份额 70%左右(全球市占率 60%以上)。空气弹簧有望获得突破,目前空气弹簧从单腔走向双腔,单价有所提升,预计稳态下空气弹簧价值 2500 元。假设AMK 获得空气弹簧国内市场份额的 30%(目前竞争对手为保隆科技、孔辉科技、拓普集团),假设国内搭载空悬的乘用车达到 200 万台,则 AMK 中国的空气供给单元(不含储气罐)+空气弹簧收入体量有望达 40 亿,加上海外收入,则中鼎股份空悬业务收入有望达 45 亿左右。


3.2.2 保隆科技——空气弹簧自制率高、领先优势突出

保隆科技于 1997 年创立,2017 年上市。公司以汽车气门嘴业务起家,目前公司主要产品有汽车轮胎压力监测系统(TPMS)、车用传感器(压力、光雨量、速度、位置、加速度和电流类为主)、ADAS(高级辅助驾驶系统)、汽车金属管件(轻量化底盘与车身结构件、排气系统管件和 EGR 管件)、气门嘴以及平衡块、空气悬架部件等。


2022 年公司实现收入 47.8 亿,净利润 2.1 亿。据投资者互动平台,2022 年配套出货的高端新能源乘用车空气弹簧产品超过了 4.6 万台套,1Q23 公司空气弹簧出货月均 8000 台套。


公司于 2012 年启动空气弹簧产品的研制,2018 年开始组建研发团队进行电控空气悬架系统集成的攻关开发。2022 年以前公司空气悬架系统产品出货以商用车空气弹簧为主,2021 年/2022 年销售商用车空气弹簧 125.39/50.88 万支,单支价格接近 40 元,商用车空气弹簧客户有采埃孚、长春富维安道拓、北京光华荣昌、上海科曼、中国公路车辆机械有限公司、广州华劲和赛夫华兰德等。2020 年公司的前空簧减振总成和后空气弹簧产品获得蔚来 ET7 车型独家定点,2022 年配套出货的高端新能源乘用车空气弹簧产品超过了 4.6 万台套,据投资者互动平台信息,目前保隆科技空悬业务在手订单超 100 亿,客户覆盖了理想汽车、比亚迪、小鹏汽车、蔚来汽车、奇瑞、红旗等,保隆科技已经实现 8 个车型项目量产。除空气弹簧外,公司还介入空气悬架储气罐、空气悬架 ECU 等领域,保隆科技空气悬架控制器产品预计于 2023 年 10 月开始量产出货。


产能建设加速。面对快速增长的定单,保隆科技在安徽宁国建设新厂房,同时启动了合肥园区二期建设,复制已建成的自动化、信息化、智能化的标杆工厂,规划新的产能来满足快速增长的定单需求。预计 2023 年底建设 5-7 条空气弹簧全自动生产线,实现为 50 万台车配套的目标。


2022 年公司空气悬架业务实现收入 2.6 亿,假设 2025 年国内空悬系统装车量为 200 万套,保隆科技的空气弹簧市场份额预计 30%+,加上储气罐、空悬 ECU、传感器等其它部件,公司空悬业务收入规模有望突破 30 亿。


3.2.3 孔辉科技——空气弹簧份额领先

浙江孔辉汽车科技有限公司为国家级高新技术企业、国家级专精特新“小巨人”企业。由中国工程院郭孔辉院士、其子郭川于 2018 年联合创办,孔辉科技于 2021 年 6 月成为国内首家乘用车空气悬架系统供应商,打破了国外垄断。2023 年 4 月双腔空气弹簧总成于极氪 009 车型量产搭载,孔辉科技目前为理想汽车、东风岚图、极氪汽车等品牌供应空悬系统或空簧总成,截至 2023 年 3 月底孔辉科技累计供货量已突破 12 万台套。


据孔辉科技公众号,2023 年孔辉科技量产供货新车型将再增 7 款(总共达到 10 款)。孔辉获得的供货定点函已涉及理想、比亚迪、长安、岚图等 14 家车企的 30 余个车型,1Q23 实现 1.7 亿销售额,孔辉科技目前拥有空气弹簧总成年产能 60 万台套,预计 2023 年将为顾客交付超过 50 万台份的空气悬架产品。据高工智能汽车,2023 年 1-5 月孔辉科技空气弹簧国内份额达 39.1%,孔辉科技为当前本土乘用车空气悬架业务龙头。3.2.4 拓普集团——空气悬架业务获定点宁波拓普集团涵盖汽车底盘/车身轻量化业务、内饰功能件、减震器、热管理系统、机器人执行器、空悬系统等九大业务模块。2022 年实现收入 160 亿、归母净利润17 亿。


据公司公告,公司空气悬架系统获 7个正式定点,包括前空气弹簧总成、后空气弹簧总成、集成式空气供给单元(气泵、阀体、ECU 一体化)的研发与制造,预计于 2023 年 Q3 陆续批量交付。2021 年 11 月拓普集团首个空气悬架系统制造工厂落,工厂全部投产后可满足每年 50 万辆车的配套。


拓普集团自主研发的电控空气悬架系统采用的是闭式空气供给单元。与传统的开式空气供给单元相比,它将空气压缩机、分配阀和 ECU 等集成为一体。


3.2.5 天润工业:开辟空悬第二主业,乘用车市场逐步开拓

天润工业前身“天润曲轴”以曲轴业务、连杆业务和铸锻件业务为主。2020年更名为“天润工业”,与空悬专家张广世博士共同成立天润智能控制系统集成有限公司,张广世在空气悬架领域深耕多年,取得众多专利。公司主要产品包含商用车底盘空气悬架、半挂车空气悬架、工程车橡胶悬架、含ECAS的悬架总成等。


空气悬架业务作为第二主业,受益于传统业务:1)铸锻件生产加工能力,可实现空悬系统关键结构件的自制;另外公司有重卡客户基础,与潍柴、三一重工、上柴动力等客户有长期合作关系。2)明星技术团队助力。3)济南、上海研发中心将陆续成立,大力度的新产品开发投入。


同属商用车空悬领域,公司参考威巴克发展路径,逐步实现不同地区和不同层级的市场全覆盖。


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