汽车悬架是车架与车轴之间所有力传递连接装置的总称,它能保证车辆的正常行驶,使车轮在不平坦的路面和载荷变化的运动状态下具有理想的运动特性,保证汽车的操控稳定性,使汽车获得高速行驶的能力。 汽车悬架正在从被动悬架升级为主动悬架。 空气悬架作为一种主动悬架结构,比较复杂,但随着消费者对汽车驾驶舒适性和操控性的要求逐渐提高,以及汽车电动化和智能化的快速提升,空气悬架市场空间也将进一步提升。
一、汽车空气悬架介绍
车辆悬架是汽车车架(或承重体)与车轴(或车轮)之间所有力传递连接装置的总称,用于传递作用在车轮与车架之间的力和力矩,缓冲路面传递到车架或车身的冲击力, 并减少由它引起的振动,从而保证汽车的平稳性。
悬架一般由弹性元件、导向机构和减震器组成。 弹性元件用于支撑垂直载荷,并作为缓冲和阻尼,以应对不平坦的路面引起的振动和冲击。 汽车悬架上的弹性元件通常可分为: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档家用汽车。 减震器的作用是快速减弱汽车的振动,提高汽车的行驶平稳性,增强车轮与地面的附着力。 导向机构的作用是传递力和扭矩,同时起到导向作用,在行驶过程中,可以控制车轮的运动轨迹。
1.1 主动悬架考虑了舒适性和操控稳定性
根据结构形式的不同,悬架可分为独立悬架和非独立悬架。 独立悬架是指车轮的每一侧通过弹性元件单独悬挂在车身或车架下方,而在非独立悬架中,车轮的两侧由单个轴连接。 当车轮一侧遇到突出的路面时,独立悬架只有在遇到突出的路面时才会跳跃,而另一侧车轮不会受到影响; 当非独立悬架遇到突起时,另一侧的车轮会跳跃。 为了保证乘坐舒适性,乘用车一般采用独立悬架,分为麦弗逊式、双叉臂式、多连杆式等形式。
悬架类型根据工作原理的不同可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。 三种悬架之间的主要区别在于弹性元件的刚度和减震器的阻尼是否可以根据外部输入进行主动优化控制和调整。
1)被动悬架:刚度和阻尼系数在出厂时设定,不可调,乘坐舒适性差。优点是结构简单,成本低,常用于经济型汽车。
2)半主动悬架:其中弹簧刚度和减震器阻尼可调。
3)主动悬架:弹簧刚度和减震器阻尼可调,一般采用空气弹簧+电磁减震器结构。主动悬架系统配有加速度、位移、高度传感器等测量元件和控制元件,车辆可根据负载、行驶速度、路面状况等外部条件,通过控制单元自动调节悬架刚度和阻尼力,使汽车具有良好的乘坐舒适性、操控稳定性和通行性。
传统的悬架弹簧难以平衡操控性和舒适性。 汽车悬架不仅要满足车辆舒适性的要求,还要满足车辆操控稳定性的要求,舒适性和控制性是一回事,要达到良好的舒适性,需要缓冲汽车的振动,使弹簧设计得更软一些,但弹簧设计太软,导致车辆制动“点头”, 加速“抬头”和严重左右侧倾的不良体验,从而影响车辆转向,导致汽车操控不稳定等。
空气弹簧的使用解决了传统悬架弹簧带来的困境。 空气悬架与传统悬架最大的区别在于弹性元件的升级,即弹簧的软硬度可以根据需求自动调节,加上电控系统和气泵等部件,赋予悬架智能调节功能。 例如,悬架可以在高速时加固以提高车身稳定性,在低速或颠簸道路上可以长时间软化悬架以提高减震舒适性。
1.2 乘用车空气悬架的工作原理及优点
空气悬架可根据驾驶情况自动调节弹簧的弹性系数和减震器的阻尼系数,保持车辆高度,提高车辆的通过性、操控性和稳定性,并配备汽车智能悬架系统,帮助电动汽车更加节能舒适。 这种配置成为消费者购买乘用车的新卖点,既是汽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、主副储气罐、管路等组成。 高度传感器固定在车架上,另一端固定在悬挂后摇臂上。 在车轮上下跳跃的过程中,驱动摆臂,导致传感器一端和另一端的相对角度变化,使高度传感器产生信号高度差信息,并将车身状态信号(速度、加速度、路面碰撞等)传送到电控单元, 电控单元根据一系列既定算法发出指令,如当车辆高度需要调整时,控制器发出指令,打开分配阀的相应阀门。当需要降低车辆高度时,打开排气阀和空气弹簧分配阀,降低车身高度,使车身高度可以手动调节,车身高度可以随速度动态调节,车身调平,方便上下车的功能可以rea。
1)空气悬架可以灵活调节车辆高度,从而降低风阻,改善能耗,提高运行稳定性,方便人员和货物上下车。新能源汽车重量高于同等级燃油车(电动乘用车比同等级同尺寸燃油车重06-1吨),高速行驶时,为了对抗风阻,电动汽车的能耗更高,搭载空气悬架的电动车在高速行驶状态下可以自动降低车身,降低风阻,从而降低车辆在高速行驶状态下的能耗。
2)通过调节空气弹簧气室的容积,自动调节悬架刚度。电动汽车的弹簧质量比汽油车重,相当于压缩了螺旋弹簧的行程,传统的螺旋弹簧行程变小,路面的起伏更容易传递到驾驶舱。 空气弹簧以空气为媒介,刚度可以做得很小,将汽车悬架弹簧上质量的固有频率调节到1Hz左右,从而提高驾驶舒适性; 并且当车辆负载发生变化(空载和满载)时,可以匹配不同的初始刚度,以保证驾驶和乘坐的舒适性。
3)通过阻尼连续可调减震器调节悬架的阻尼力,提高不同路况下的乘坐舒适性,在启动、转弯、制动时更方便地控制车辆。
以理想L9为例,作为理想汽车的旗舰SUV,L9在底盘悬架上经历了更多的技术创新。 理想L9标准姿态空载最小离地间隙为176mm,通过自主研发的空气弹簧控制系统,底盘可在运动模式或高速场景下自动降低,实现更好的能耗和高速稳定性能。
当乘客人数和位置发生变化时,理想L9会实时监控每个悬架的传感器值并进行动态调整,让无论是1人还是6人乘坐,悬架舒适体验都是一致的。
利用空气弹簧的可调节高度,理想L9还设计了其他智能便捷功能,例如当汽车停在P档时,“便上下车功能”将自动激活,底盘高度将降低40毫米,以方便乘客上下车, 当车速超过5公里/小时时,便捷登机和登机功能将自动关闭。 此外,在后备箱装载模式下,后桥可以降低 50 mm,用于日常装卸后备箱物品,该功能可在后备箱中手动激活。 Ideal L9 的智能氮气弹簧也可以通过 OTA 进行迭代升级。
二、空气悬架的发展历程及未开发的发展趋势
氮气弹簧发明于二十世纪初,最初用于机械设备,特别是一些精密仪器的隔振。 由于当时空气弹簧的体积普遍较大,因此在对空间不敏感的乘用车上得到了很好的应用,大大提高了乘客的乘坐舒适性; 空气弹簧也用于后重卡和拖车,一方面可以提高车辆的承载能力,减少道路颠簸对货物的影响,降低振动频率,保护货物,特别是危险品的安全。 在中国的高铁列车中,也使用了大量的空气弹簧。
随着空气弹簧的集成、体积的缩小以及传感器等技术的发展,高端乘用车也开始用空气弹簧代替螺旋弹簧,新能源汽车的渗透率逐渐提高,新势力推动空气悬架在国内的应用,以创造整车亮点, 这主要是由于新能源汽车的整备质量高于同级别的燃油汽车。空气悬架可以有效地平衡高承载和舒适性的要求,空气悬架可以通过在适当的时间调整底盘高度来降低风阻,从而降低能耗。
空气悬架配套车型明显下沉:由于空气悬架结构和控制系统比其他悬架更复杂,减震器、空压机等核心部件研发难度大,空气弹簧制造工艺复杂,导致空气悬架研发和生产成本高, 长期只配置在豪华车型上,市场规模较小。规模小导致车企自主开发成本高,空气悬架由大陆、Vibrator等海外一流厂商提供,软硬件绑定深度,单价高。 为了打造高端品牌形象,中国新造车势力通过配置空气悬架系统来提升产品竞争力和客户满意度,使空气悬架配置,配置6或70万元以上的豪华车,下沉到30万+车型,加速空气悬架配置向主流化。 首款为本地乘用车配备电控悬架系统总成的车型是VOYAH FREE(33.起)。360,000)。
空气悬架与智能感知相结合,提供更智能的主动调节功能:随着自动驾驶技术的发展,车辆拥有了可以与空气悬架相结合的环境感知系统,空气悬架系统可以调用车辆已配备的摄像头、雷达等传感器,实现对路况的更准确、更及时的识别, 通过预设算法,实现空气悬架系统更智能的主动调节功能,进一步提高车辆的驾驶舒适性。
例如,理想汽车L9自主研发的域控制器负责理想L9整个悬架系统的集成控制,除了控制底盘系统外,域控制器还负责增程电动系统、空调系统和座椅控制系统。 L9的CDC阻尼器控制算法根据超过15个传感器的信号实时调整减震器的阻尼,包括轮端加速度传感器、方向盘旋转角度、油门状态、ABS状态等,从而控制车辆的俯仰,稳定控制行驶过程中的车身姿态波动, 从而保证司机和乘客的舒适性。例如,俯仰控制算法可以解决车辆加速和制动点头引起的晕动病问题; 侧倾控制算法可以减少车辆的侧向摇摆; 升沉控制算法使 Ideal L9 在起伏的道路上行驶时能够保持车身稳定。
再比如,除了前双叉臂+后五连杆+空气悬架外,VOYAH Dreamer在MPV中引入了“魔毯”功能,并根据需要主动改变单个CDC减震器的阻尼,可有效提高转弯时的侧倾平衡,保证操控稳定性。 在加速或制动时,传统螺旋弹簧+普通减震器的组合可能会导致自重较高的MPV加速抬头或刹车点头等,而Dreamer的“魔毯”功能可以在几毫秒内改变前后桥减震器的阻尼力,大大改善了这种情况。 即使在触发紧急制动和电子稳定系统时,Dreamer也配备了“魔毯”功能,通过悬架阻尼的实时调节,可以控制车身姿态,缩短制动距离,提高车辆的瞬时稳定性。
除了需求侧驱动,空气悬架的商业模式也在发生变化。 以新生力量为代表的车企倾向于选择软硬件解耦的空气悬架采购模式,即自主研发的空气悬架算法并集成在底盘域控制器或域控制器中,而其他空气悬架硬件则被拆分购买,这是针对整车品牌,底盘部件可以通过软件灵活定义,保证后续OTA的范围和时效性。 业务迎来规模化工业化机会。
2025年,中国空气悬架市场规模有望达到200万至300万套。 2022年中国乘用车空气悬架渗透率在1%左右,出货量在28万套左右(+142%),2023年前五个月出货量为19辆56万套,同比增长222套9%。我们预计30万+乘用车将具有更高的空气悬架渗透率,预计2025年30万+车型的比例将上升到15%,假设30万+乘用车的空气悬架渗透率超过50%,2025年空气悬架市场规模将在200万辆左右, 假设单套空气悬架**8000元,对应金额为160亿元。在此基础上,进一步看好空气悬架配置将继续下沉至20-30万**波段,2025年空气悬架市场规模为300万台,对应240亿辆的销量(假设20-30万**与乘用车占18)。5%,空气悬浮渗透率约为30%)。
3、空气悬架产业链
3.1 空气悬架产业链
该产业链的环节包括:
上游 – 空气悬架部件,包括空气弹簧、供气装置、可变阻尼减震器、空气悬架系统 ECU。
中游 - 空气悬架系统总成。
下游 - 下游乘用车原始设备制造商。 空气悬架主要应用于燃油车,如奔驰、宝马等。 国产新能源汽车正在尝试使用空气悬架,使用的车型逐渐向中低端延伸,代表吉利汽车、蔚来、理想汽车等企业。
空气悬架系统结构复杂,主要包括空气弹簧、供气单元(空压机、储气罐、分配阀等)、ECU控制器、传感器(车高传感器、加速度传感器等)等,空气弹簧一般与可变阻尼减震器配套使用。
其中,价值最高、技术壁垒最高的部件是空压机和空气弹簧。
据高工智能汽车预测,2022年中国乘用车空气悬架系统前装厂商占比将排名为:振动器(4455%),孔辉科技(18%)。
3.2 主要业务提供商介绍
理想L系列、腾势N7、极氪009等标杆车型的火热销售,有望带动后续竞品意愿,空气悬架需求广泛。 中国本土一流企业主要集中在上游零部件制造领域,大量新能源主机厂加入行业下游。 从空气悬架综合产业链来看,本土一流厂商在上游实现多点突破,空气弹簧、空压机等核心零部件实现国产化,成本优势明显,比同类进口零部件低25%-30%。 在行业下游,传统的空气悬架汽车企业被欧美豪华品牌采用,如BBA、保时捷、路虎等,主要厂商仍是大陆和Vibrator。
3.2.1 中鼎股份有限公司——全资子公司AMK,是全球供气装置的领导者,市场占有率高
中鼎股份是中国非轮胎橡胶件龙头企业,2022年营收149亿元,净利润96亿,其中68亿(国内收入1.)4亿),占46%,毛利率214%。
自2008年以来,中鼎通过多项海外并购掌握了高端橡胶件的技术,并进入了全球高端奢侈品牌配套体系。 结合本土工程师的红利和海外先进的橡胶件技术,中鼎海外并购项目的本土实施取得了显著成效。
2016年,被中鼎股份收购的AMK是一家领先的空压机公司,是全球空气悬架系统的核心部件,全球市场份额超过60%。 AMK 于 1964 年进入驱动和控制技术领域,并于 1998 年进入汽车零部件领域,推出了带有轮胎密封剂的空气压缩机。 自进入空气悬架系统领域以来,AMK不断完善产品组装技术,深耕行业20余年,为捷豹路虎、沃尔沃、奥迪、梅赛德斯奔驰、宝马等全球顶级主机厂配套。 空气悬架的送风单元结构精密复杂,对可靠性、发热、噪声控制、充气效率等都有要求。
2022年是AMK落地中国元年,也是订单在手的量期
国内空气悬架市场处于起步阶段,AMK中国一直在加速完善第一链条系统,以优化中国乘用车市场空气悬架系统的性能和成本。 2021年初,AMK的工业业务剥离并轻动,围绕“国产化推进、技术迭代升级、产业加固完成”的战略目标。 2022年是AMK中国落地元年,营收量依旧不大,手头订单均处于量期,已获得国内多家新车制造力量和传统自主品牌龙头企业的订单,AMK中国已披露订单总产值7314亿美元。
在组装供气单元产品、上线生产线的同时,AMK中国持续推进空气弹簧、储气罐等其他自产空气悬架五金项目的落地,公司乘用车空气弹簧项目已完成样品生产。 空气弹簧的核心屏障在于皮包的制造,皮包的制造需要橡胶件来保证足够的强度,其耐久性很大程度上决定了空气悬架的使用寿命。有望为整车厂提供更好的成本解决方案。
公司空气悬架业务收入中期有望达到45亿元
目前,AMK在国产空压机领域竞争对手不多,有望占据空气悬架空压机的绝大部分份额,中期来看,AMK的供气单元有望占据国内70%左右的市场份额(全球市场份额的60%以上)。 目前,气弹簧有望从单腔向双腔突破,单价有所提升,稳态气弹簧价值预计为2500元。 假设AMK获得空气弹簧国内30%的市场份额(目前的竞争对手是宝龙科技、空辉科技、拓普集团),假设国内配备空气悬架的乘用车数量达到200万辆,AMK中国供气单元(不含储气罐)+空气弹簧的营收量有望达到40亿, 加上海外营收,中鼎空气悬架业务营收有望达到45亿左右。
3.2.2 宝龙科技——空气弹簧自制率高,领先优势突出
宝龙科技成立于1997年,2017年上市。 目前,公司主要产品有汽车胎压监测系统(TPMS)、汽车传感器(压力、光雨、速度、位置、加速度和电流)、ADAS(高级驾驶辅助系统)、汽车金属管件(轻量化底盘及车身结构件、排气系统管件及EGR管件)、气门及平衡重、空气悬架件等。
2022年,公司实现营收478亿,净利润21亿。 据投资者互动平台称,2022年,超过460,000套,1Q23公司空气弹簧月均出货量为8,000套。
公司于2012年开始开发空气弹簧产品,并于2018年开始组建研发团队,研发电控空气悬架系统一体化。 2022年前,公司空气悬架系统产品以商用车空气弹簧为主,2021年、2022年销售商用车空气弹簧125台39/50.88万件,单**接近40元,商用车空气弹簧客户包括采埃孚、长春富威安道拓、北京光华荣昌、上海科曼、中国路车机械***广州华金和赛福华兰德等。 2020年,该公司的前空气弹簧阻尼总成和后空气弹簧产品专门用于蔚来的ET7车型,2022年,超过46万套,据投资者互动平台信息显示,目前,宝龙科技空气悬架业务在手订单超100亿,客户覆盖理想汽车、比亚迪、小鹏汽车、蔚来汽车、奇瑞、红旗等,宝龙科技已实现8款车型项目的量产。 除空气弹簧外,公司还涉足空气悬架气藏、空气悬架ECU等领域,宝龙科技的空气悬架控制器产品预计将于2023年10月开始量产出货。
产能建设加快。 面对订单的快速增长,宝龙科技在安徽省宁国市建设新厂区,同时启动合肥园区二期建设,复制已经建成的自动化、信息化、智能化标杆工厂,规划新的产能,以满足快速增长的订单需求。 预计到2023年底,将建成5-7条空气弹簧全自动生产线,实现配套50万辆的目标。
2022年,公司空气悬架业务实现营收26亿,假设2025年国内空气悬架系统装载量为200万套,宝龙科技空气弹簧市场份额预计为30%+,加上储气罐、空气悬架ECU、传感器等零部件,公司空气悬架业务收入有望突破30亿。
3.2.3 孔辉科技——空气弹簧份额领先
浙江康辉汽车科技有限公司是国家高新技术企业,国家专精特新“小巨人”企业。 2018年由中国工程院院士郭空辉和儿子郭川共同创立,2021年6月成为国内首家乘用车空气悬架系统制造商,打破国外垄断。 2023年4月,双腔空气弹簧总成将量产并搭载在极氪009车型上,目前孔辉科技是理想汽车、东风蓝图、极氪汽车等品牌的首款空气悬架系统或空气弹簧总成,截至2023年3月底,孔辉科技累计供货量已突破12万套。
据孔辉科技***称,2023年,孔辉科技将量产供应7款新机型(共10款)。 孔辉拿到的供应定点函涉及理想、比亚迪、长安、VOYAH等14家车企的30余款车型,23年第一季度实现1款空辉科技销售额7亿元,目前成人空气弹簧总产能为60万套,预计2023年向客户交付空气悬架产品50万套以上。 据高工智能汽车消息,2023年1-5月,空辉科技空气弹簧国内份额将达到39个1%,孔辉科技目前是当地乘用车空气悬架业务的龙头。
3.2.4 拓普集团-空气悬架业务固定
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、空气悬架系统等九大业务模块。 2022年实现营收160亿元,归母净利润17亿元。
根据该公司的公告,该公司的空气悬架系统已正式指定7个官方名称,包括前空气弹簧总成、后空气弹簧总成和集成供气单元(气泵、阀体和ECU集成)的研发和制造,预计将于2023年第三季度批量交付。 2021年11月,拓普集团首家空气悬架系统制造工厂开业,全面投产后可满足50万辆/年的需求。
拓普集团自主研发的电控空气悬架系统采用封闭式送风机组。 与传统的开放式供气装置相比,它集成了空气压缩机、分配阀和 ECU 等。
3.2.5 天润实业:开拓空气悬架第二主营业务,逐步开拓乘用车市场
天润实业前身“天润曲轴”,主要从事曲轴业务、连杆业务和铸锻业务。 2020年更名为“天润实业”,与空气悬架专家张光石博士共同成立天润智能控制系统集成,张光石深耕空气悬架领域多年,获得多项专利。 公司主要产品包括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悬架总成等。
空气悬架业务作为第二主营业务,受益于传统业务:1)铸件、锻件的生产加工能力,可实现空气悬架系统关键结构件的自产;此外,公司拥有重卡客户群,与潍柴、三一重工、上柴动力等客户有着长期的合作关系。 2)由明星技术团队协助。3)济南、上海研发中心相继成立,大力投入新产品开发。
同样在商用车空气悬架领域,公司参考了Vibracoustic的发展路径,逐步实现不同地区、不同层次的全市场覆盖。
请参阅文章。 1]国内外空气悬架产业链最新分析,本土厂商迎来发展机遇,汽车行业一线观察2023-08-10
2]智能汽车系列、空气悬架产业链跟踪:宝龙科技、凯众股份、中鼎股份......(2023年-9月)并购及并购产业链图。
3] 空气悬架行业深度:商业模式、竞争格局、产业链及相关企业深度梳理海辉博信息2022-10-17
汽车材料网的精加工。