空气悬架和普通悬架有什么优点(汽车空气悬架行业深度研究)
(报告出品方/作者:中银证券,朱朋)
汽车悬架主动化进展迅速,供需双端推动空悬普及汽车悬架是车身与车轮间重要的传力连接装臵
汽车悬架是汽车车身(车架)与车轮之间的连接装臵,主要作用是传递车身与车轮之间的力矩,比 如支撑力、制动力和转向力,并且减少崎岖路对车身的冲击、吸收由车轮运动产生的振动,保证汽 车乘坐的舒适性以及减小货物运输的损耗。通常汽车悬架结构由弹性元件、减振器以及导向机构组 成,这三部分分别起缓冲振动、吸收振动和传递力矩的作用。
弹性元件与减振器共同构成悬架的减振系统,是汽车悬架系统中最重要的部件。弹性元件具有一定 的缓冲作用,能够延长冲击的作用时间,将单位时间内的受力变小,实现缓冲的效果。而减振器可 以吸收能量,将冲击的动能转化为热能,将多余的振动消耗掉,从而实现减振的效果。弹性元件和 减振器一般并联放臵,在弹性元件压缩与回弹的过程中,减振器同时去吸收能量,之后弹性元件恢 复到原长,把车辆支撑到正常高度。
悬架系统经历从被动悬架到主动悬架的演进
悬架按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。被动悬架刚度和阻尼不可调控, 出厂时即设定好了悬架的刚度与阻尼系数,难以适应不同路况,乘坐舒适性与稳定性较差。但结构 简单,成本较低,通常主要使用于低端车型上。常见方案有螺旋弹簧加被动减震器。20 世纪 80 年代 后期,以无源控制技术改变悬架阻尼为主的半主动悬架趋于成熟。半主动悬架可以改变阻尼和刚度 之一,主要有两种产品:其一是阻尼可变减振器,可以通过残值车体震动来随时改变系统的阻尼, 抵消车体扰动,提升乘坐舒适性。其二是空气弹簧,可以改变车辆刚度,不改变阻尼。只配臵空气 弹簧的车型主要为载重需求较高的车型,如皮卡、面包车。
主动悬架能有效提升用户舒适度,是目前发展方向。主动悬架的概念在 1954 年由美国通用汽车提出, 它在被动悬架的基础上,增加了可调节刚度和阻尼的控制装臵,让汽车能适应不同的载重、路况以 及操作性需求。汽车悬架系统的主要目标有三个:减小车身垂直加速度、悬架动变形及轮胎动载荷。 主动悬架可以兼顾汽车的平顺性和操作的稳定性。当道路环境变化,主动悬架可以调整刚度和阻尼 等参数,将车身与地面之间的距离保持在合理高度,从而提升汽车的平顺性和稳定性,降低车轮载 荷波动。通常弹性部件使用空气弹簧,并需要能量输入装臵进行调节。主动悬架结构复杂,重量较 高,且主动调整参数能耗高,成本大。目前主动悬架主要难点一方面在于机械系统,需要在小空间 下提供较大的驱动力,保证底盘调试的高频率。国内产品相对较少且成熟度较低,大部分产品仅能 解决 5Hz 以下平顺性,BBA 部分产品可覆盖 20Hz。另一方面难点在于控制逻辑。
空气悬架广泛应用于商用车,乘用车领域定位高端市场
商用车空气悬架相比传统悬架更稳定、更舒适。早期的空气悬挂并未引入电控系统,在欧美国家普 遍搭载于货车、牵引车、客车等商用车上。对于商用车而言,通常采用空气弹簧替换钢制螺旋弹簧 或者钢板簧作为弹性元件的空气悬架,以便获得相比钢板弹簧更大的上下行程,更加均匀的轴荷, 有效的保护了车轴和路面;并且空气悬架的自重比钢板弹簧更轻,提高了整车的承载能力与行驶稳 定性。同时空气悬架可缓和汽车所受冲击力、减轻震动从而优化驾乘体验、保护货物免受强震动损 坏。2017 年发布的新版《机动车运行安全技术条件》GB7258-2017 首次提出,总质量大于等于 12000kg 的危货运输车的后轴,及所有危货运输半挂车、三轴栏板式、仓栅式半挂车应装备空气悬架。
乘用车通常搭载电控空气悬架(ECAS),目前主要针对高端市场。乘用车采用的空气悬架属于电 控主动悬架的一种。1957 年,装备空气悬架的首个乘用车车型——凯迪拉克 Eldorado Brougham 诞生; 1962 年,奔驰推出了自研的空气悬架系统,并将其搭载在代号为 W112 的 300SE 车型之上;1986 年, 丰田首次在空气悬架上引入电控系统和有源主动调节功能,并将其搭载于 Supra(A70)车型之上。 1992 年起,路虎第一代揽胜开始搭载了成熟的电控空气悬架系统(ECAS)。
电控空气悬架(ECAS)的减振结构相对复杂,除了空气弹簧、可变阻尼减振器,还包括一套完整的 空气供给系统(空气压缩机、储气罐、空气阀等)以及对应的车载 ECU、传感器等。空气悬架系统 工作时,ECU 通过高度传感器实时检测车身高度,获得车身垂直加速度,同时通过速度传感器检测 车辆行驶速度。ECU 内保存若干指标高度和多级可调阻尼值,空气压缩机将压缩空气储存在储气罐 中。ECU 比较高度传感器检测结果和指标高度,若高度差超过了设定范围,气阀组就会被激发,通 过储气罐充放气将实际高度调整到指标高度。电磁减振器根据车身高度、行车速度、加速度执行相 应的阻尼力,从而满足汽车行驶平顺性和乘坐舒适型的要求。
空气悬架系统优势明显,但应用范围受成本、技术限制
乘用车电控空气悬架(ECAS)优势表现为车高、阻尼、刚度可调,可以针对不同道路情况和使用需 求灵活改变悬架状态。 车身高度可主动调节,适应不同道路驾驶情况。根据不同的路况或主动输入信号,ECU 通过控制空 气压缩机和排气阀门,使弹簧自动压缩或伸长,从而降低或升高底盘离地间隙。比如,在高速行驶 时,降低底盘和车身高度以减小风阻;在越野行驶或者通过复杂路段时,抬高车身高度以保护底盘 和提升复杂路段通过性。此外,空气悬架还可以通过手动输入信号,使得车身高度在不同载重时保 持恒定,或者单独调节前桥后桥高度以满足乘员和载货的需求。
空气悬架减振器实现阻尼连续可调,灵活改变悬架软硬。相比于传统悬架,空气悬架减振器可以调 整阻尼大小。阻尼越大,悬架系统偏硬,车辆更加容易保持车身姿态、减小过弯侧倾,车辆操纵性 表现更好;阻尼越小,悬架系统偏软,传导到车身的震动就更小,舒适性有所提升。空气悬架通过 车速、转向等传感器,对道路情况进行实时监测,对悬架的阻尼及刚度进行调节,来满足不同情况 下对舒适性和操纵性的不同要求。主要调节方式有两种,一种是改变减振器结构,在活塞或减震器 内外腔室间增加电磁阀,通过控制阀门开度以改变减振器工作时内部液体流动的阻力,从而改变阻 尼大小。另一种是改变减振器油液,通过加装电磁线圈以使减振器油液带磁性,通电后电磁线圈产 生的磁场力会改变减振器油液受到的阻力,从而改变阻尼大小。
空气弹簧刚度较低、可调带来更舒适的驾乘体验。悬架偏频与弹簧刚度成正比,与簧载质量成反比。 偏频越小,车身振动加速度越小,驾乘舒适度越高。空气弹簧具有“反 S”型的刚度曲线,可以在额定 载荷附近维持较低的刚度值。同时,空气弹簧可以通过改变气体压强调节刚度,让偏频处于一个较 小的稳定值,提升驾乘舒适度。此外,通过引入多腔室空气弹簧,不同的气室搭配可以改变空气弹 簧体积以实现更大的刚度调节范围。
国产化、新能源等多重因素驱动,价格下探开拓增量市场欧美商用车市场渗透充分,国内乘用车市场渗透率上升空间大
成本、技术等多因素限制,空气悬架长期被限制在高端乘用车。在传统燃油车中,空气悬架系统被 限制在高端车型主要有以下几点原因:1)空气弹簧密封工艺复杂,皮囊制造难度高等,所以空气悬 架的成本非常高昂。2)空气悬架系统体积较大、很难集成到体积更小的乘用车上,系统集成与轻量 化技术就需要花费高额的附加开发成本。3)早期电控系统不成熟,电控系统调节车身高度与减振器 阻尼带来的效用不及直接改进悬架连杆结构或者加固底盘强度等技术方向,并且还需要消耗燃油车 电力。
在渗透率方面,欧美市场起步早渗透高,国内市场渗透率仍有大幅提升空间。欧美商用车市场空气 悬架业务发展起步较早。由于空气悬架可缓和汽车所受冲击力、减轻震动从而优化驾乘体验、保护 货物免受强震动损坏,其在大巴、公交车以及货车领域逐步得到普及。据中国商用汽车网,截至 2020 年,欧美重型载货车市场空气悬架渗透率可达到 80%,挂车市场空气悬架渗透率可达到 40%。在乘 用车市场,根据欧洲汽车制造商协会(ACEA)公布的数据,2021 年欧洲汽车销量为 1177.5 万辆。国内 在售的传统燃油车中,以前只有售价在 70 万以上的豪华车会配臵空气悬架系统。近年来部分新能源 造车新势力将空气悬架车型售价下探至中高端市场区间,但国内空气悬架市场仍刚刚起步,总体渗 透率仍有大幅提升空间。
国产降本、消费升级与电气化发展,带动空气悬架需求提升
国内厂商零部件成本优势明显。相比于进口原厂零部件,由于技术成熟附加值下降导致研发成本降 低,以及关税、运输费用降低等原因,国产空气悬架系统相关零部件的采购单价会明显降低。以奔 驰S级空气悬架零件为例,据相关经销商报价,德国进口原厂 OEM W220 前空气悬架减振器总成价格 约为 2250 元,而相同型号的国产配件市场售价约为 1600 元,比进口零部件降低约 30%。此外,路虎 第四代发现配备的大陆集团空气压缩机原装拆车件单价为 1500 元,整套空气供给单元价格在 2000 元左右,而被中鼎集团收购的 AMK 公司研发的同类产品报价约为 1200 元,其技术被引入国产压缩机 生产线后,国产化空气供给单元采购价格可下降至 1700 元左右。
国产化加速趋势下,空气悬架整套系统价格将下降至万元内。目前市场上全系统进口的空气悬挂系 统,单车价值约 12300 元左右。最先实现国产化的零部件为空气弹簧,国产化后零部件价格降低 25%, 空气弹簧整车配套价格由 4000 元降低至 3000 元左右。在空气压缩机、空气供给单元实现国产化后, 空气供给单元价格将由 2200 元左右降低至 1700 元左右。后续随着可变阻尼减振器、空气悬架控制系 统与 ECU 国产化,我们预计国产空气悬架系统单车价值量将降低至 9500 元以内,比进口空悬系统降 低约 25%。目前市场上配备进口空气悬架价格较低车型为极氪 001(空气悬架供应商为威巴克),最 低配臵空气悬架款参考价格为 31.9 万元,国产化空悬系统对应整车售价或将下探至 20-30 万元区间。
新能源车对空气悬架需求增长。一方面,新能源车对续航里程较为敏感,空气悬架能在一定程度上 提升其续航里程。新能源车高速行驶时,需要消耗大量能源对抗风阻。空气悬架可以调整汽车底盘 高度,从而降低新能源车风阻。据蔚来 ET7 数据,其主动式空气悬架可以优化 0.7%左右的空气阻力, 使得续航里程提升 1.6km。另一方面,新能源车重量较高,传统悬架影响驾乘体验。新能源车受电池 重量等因素影响,相比于燃油车普遍重量更高,同时目前新能源车型普遍重量逐渐增加,如果使用 螺旋弹簧悬架,钢丝直径会非常大,影响整车设计和驾乘舒适性。空气悬架可以有效平衡高承载和 舒适度的要求。
消费升级带来空气悬架需求上升。近年来国内豪华自主品牌乘用车销量增速显著,中国消费者消费 升级趋势明显。国内品牌向高端化发展需要座舱、智驾、底盘等多个领域的全面提升。空气悬架作 为底盘升级的重要部件之一,也成为部分主机厂提升产品舒适度的重要方向。目前空气悬架逐渐渗 透 30 万~40 万区间车型,相比于过去 70 万及以上品牌车型有明显下探,符合自主高端品牌价格带, 带来更广阔市场空间。
2025 年中国乘用车空气悬架市场规模有望迅速增长
2025 年中国乘用车空气悬架市场规模有望迅速增长。2021 年空气悬架渗透率受成本、技术、产能等 因素限制,仍处于低位,我们测算渗透率为 2.9%,对应乘用车空气悬架整体市场规模约为 91.8 亿元。 随着核心零部件国产化进度加快,空气悬架成本会出现显著降低,空悬系统平均单车价值有望下降 超过 40%;同时,伴随着本土厂商生产线的投产以及适配车型的增多,空气悬架市场规模预计在未 来几年出现迅速增长。我们预测,2025 年空气悬架整体渗透率达到 15%,市场规模预计将达到 314 亿元,21~25 年 CAGR 达 36%。
上游零件技术壁垒明显,“拆分采购”打开中游行业空间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。近年来, 本土新能源品牌配臵空气悬架的意愿逐渐提升,蔚来、岚图、极氪等纷纷入局,为行业下游带来增 量空间。
供应端:欧美巨头深度积累,本土厂商多点突破
空气弹簧:空悬系统标志性部件,国产化已初步实现
空气弹簧调节车身高度以及保持刚度稳定。通过控制空气弹簧的充气量,可以调整气囊的长度,以 调整车身高度。对于汽车的不同载重,还可调节空气弹簧的压强以保证弹簧的刚度稳定。根据结构 的不同,汽车悬架所使用的空气弹簧主要可以分为囊式和膜式两种。囊式空气弹簧由夹有帘线的橡 胶气囊和密闭在其中的压缩空气所组成,主要依靠橡胶气囊的挠曲获得形变。膜式空气弹簧的密闭 气囊由橡胶膜片和金属压制件组成。囊式空气弹簧由于气囊之间有帘线使得中间部分无法径向扩张, 通常承力更大,精度较难控制,主要用于商用车中。膜式空气弹簧刚度较小,车身自然振动频率较 低;尺寸较小,在车上便于布臵,多用在乘用车上。
空气弹簧按照气室的数量主要有单腔、双腔和三腔,通常气室越多,弹性和综合性能越好,结构更 复杂,成本更高。单腔空气弹簧只有一个气室,结构、工艺相对简单,成本较低,是目前国内乘用 车较为广泛使用的类型。其主要由上顶座总成、扣压环、气囊、铝护筒、防尘罩、活塞、缓冲块、 减振器等部件组成。单腔空气弹簧在静载荷状态下充放气时可使车身升高或降低,但充放气时空簧 内部受力面积并没有太大变化,故刚度的变化范围比较有限。多腔空气弹簧性能表现更优,随着气 室的增多,刚度调节范围更大,综合性能更优,但更复杂的结构、额外的执行器等部件带来了更高 的成本。
空气弹簧为空悬系统标志性部件,皮囊制造是核心壁垒。空气弹簧开发难度主要体现在橡胶件上, 橡胶件需要保证足够的强度和比较低的刚度,同时其耐用性决定空气悬架使用寿命。早在 20 世纪五 十至六十年代,被动空气弹簧已经出现在公交、货车等商用车上,海外空气弹簧主要供应商大多拥 有深厚的橡胶产品制造技术积累,并瓜分了大部分商用车和高端乘用车的市场份额。国内橡胶技术 起步较早,具有较好的工业基础,目前在空气弹簧的研发、制造、实验验证上均已实现。但相比海 外公司产品仍在耐久性、可靠性上稍显逊色。
空气弹簧主要由海外企业供应,本土厂商孔辉科技和保隆科技已有产品量产上车。目前商用车领域 空气弹簧主要供应商为美国凡士通,乘用车领域主要生产商为大陆集团和威巴克。国内方面产品加 速追赶。孔辉科技目前提供前后空气弹簧总成产品,自有空气弹簧装配生产线,一期规划年产 15 万 套,产品质量执行严格的 DV&PV 实验标准。保隆科技传统业务积累了丰富的橡胶生产经验,为公司 提供了技术优势。其采用国际先进供应商提供的原胶及帘布材料,橡胶材料屈挠试验 50 万次无裂口, 优于 GB/T 13061 等标准。保隆科技膜式弹簧满足 500 万次常温疲劳试验,达到并超过行业标准的台架 疲劳试验次数和整车疲劳试验里程,处于行业领先水平。中鼎股份积极布局,一方面通过收购普利 司通收获商用车空气弹簧业务,另一方面自研乘用车空气弹簧产品,依托于 AMK 对空悬整体的技术 优势及橡胶业务的技术积累,在研产品性能出色,并实现全部零件自产。
空气压缩机:技术门槛最高的核心部件,中鼎股份通过海外并购入局
空气压缩机是空气悬架空气的供给部件。空气供给单元由空气压缩机、气门阀与储气罐的零部件组 成。空气压缩机是整个空气供给单元的核心部件,主要功能是压缩空气来向高压空气罐充气,再由 空气阀组调节储气罐与空气弹簧的气压与气量。空气压缩机不直接连接空气弹簧,因为空气压缩机 工作时会有一定的噪音,而且频繁工作也会缩短压缩机使用寿命。并且由于压缩空气会产生冷凝水, 空气压缩机还需配备空气干燥器,以防止空气冷凝产生水汽腐蚀金属原件。
空气供给单元技术门槛最高,本土厂商海外并购获取核心技术。车载空气压缩机主要有三大技术难 点: 1)能耗较高。空气悬架使用过程中需要频繁压缩空气,故需要持续输入能量,部分车载空气压缩机 会采取封闭式结构将排出空气弹簧的空气回收以减少压缩机工作次数以降低能耗。根据华南理工大 学、江苏大学的数据模拟,当设定簧载质量为 2269kg、簧下质量为 825kg 的参数下,空气悬架车辆使 得车身升高 40mm 一次所需的能量就为 7729.9J-11537.2J,并且空气悬架工作中需要持续多次升高或降 低车身,故能耗较高。 2)体积要求高。空气悬架的空气供给单元通常安装在前轴机舱或者后轴中央,需要与发动机、变速 器、悬架连杆等部位共享空间,所以空气压缩机需要在功率足够的情况下保证体积小和装载的便利 性。 3)空气质量要求高。空气悬架对于压缩空气的压强有极高的要求,不同的“气压 气腔体积”组合才能 实现空气悬架的非线性刚度曲线,而在这期间空气压缩机不仅要持续提供高压空气,还需要对压缩 空气进行干燥处理。
目前市场上能自主研发生产空气压缩机的企业主要有大陆集团、威伯科和 AMK 三家公司,其中 AMK 于 2016 年被中鼎股份收购。大陆集团最新升级的空气供给系统(CAirS)将干燥器、电动机、ECU 结 合,实现了空气悬架系统能耗的降低,并降低了整体的装载体积。威伯科以制动系统业务起家,后 进入空气悬架和空气压缩机业务,2020 年采埃孚收购威伯科,作为其第十个独立的事业部运行。本 土厂商中鼎股份于 2016 年完成收购德国 AMK 公司 100%股权,获得其空气悬架领域所有核心技术, 2018 年成立 AMK 中国子公司安徽安美科,已获得多家主机厂空气供给单元定点。目前,由于技术门 槛的限制,鲜有其他外国厂商或本土厂商进入该领域。
可变阻尼减振器:调节悬架阻尼系数,重点关注空气弹簧 减振器集成
可变阻尼减振器改变阻尼力-速度曲线,以实现悬架软硬的变化。可变阻尼减振器通常和空气弹簧装 配在一起形成弹簧减振器总成,以实现主动悬架效果。空气弹簧和减振器连接同一个控制单元,可 实现车身高度、减振器阻尼以及弹簧刚度的同时可调,以及更高的调节频率和精度。弹簧主要负责 储存行驶中的垂向振动能量。此时减振器也会进行压缩,通过内部减振器油液的往复运动将机械能 转化为热能,传递到缸筒散热,以消耗振动能量,实现“减振”效果。
可变减振阻尼器产品方案多样,主流产品有以采埃孚为代表的电磁阀式减振器与以通用代表的的磁 流变减振器。电磁阀减振器式通过调节电磁阀门来改变减振器中油液工作腔孔的大小来调节阻尼; 磁流变减振器则是将减振器中的油液替换成“磁流变液”,之后通过改变磁场强度来改变“磁流变液”的 排列结构与紧密程度从而调节整体的阻尼系数。倍适登在自身 ADS(自适应阻尼系统)减振器技术 的基础上,与奔驰合作,并于 2013 年开始为奔驰提供 ADS 空气弹簧的集成模块,其通过两个连续可 调电磁阀来独立调节无限段位的压缩与回弹阻尼力,可以实现毫秒级别的自动阻尼力切换。大陆集 团也于 2019 年推出了自己的空气弹簧减振器模块,创新性地抛弃了阻尼油,通过空气弹簧 气阀组 的模式实现阻尼连续可调,并且减少了空气悬架系统的气体消耗。
可变阻尼减振器技术相对独立,目前较为成熟。可变阻尼减振器出现的时间早于空气悬架系统,减 振器的技术相对独立于空气悬架的其他零部件。采埃孚的 CDC(Continuous Damping Control)连续阻尼 控制技术与通用的 MRC 磁流变减振器技术已经经过三至四代更迭,目前已经可以达到 1000Hz 的工作 频率。在被动悬架向半主动悬架发展的过程中,为了实现悬架软硬可调(即减振器阻尼可调),部 分厂商在减振器上安装了电磁阀,通过输入不同的电信号来调整减振器阻尼的大小。可变阻尼减振 器可以单独使用,部分车型(如凯迪拉克 CT5、别克君越 GS)通过搭载可变阻尼减振器来实现半主 动悬架的效果。
空气悬架减振器市场被国际巨头瓜分,本土厂商集成方案未来可期。目前,全球主要减振器市场份 额被采埃孚、天纳克、倍适登等国际巨头瓜分,它们也是大部分空气悬架系统的可变阻尼减振器的 供应商。国内减振器厂商中实力较强的企业有正裕工业、天润工业和拓普集团,本土厂商在可变阻 尼减振器领域已经有产品投产,但是本土厂商目前尚未有空气弹簧 减振器的集成方案。
空悬系统 ECU:负责分配算力调节参数,研发自上游供应商逐渐转向主机厂
空悬 ECU 是空气悬架控制计算的核心单元。传感器将收集到的车身状态信号传给控制单元 ECU,悬 架 ECU 接受传感器输入信号,计算得到最佳控制输出信号,综合调节空气供给单元和空气弹簧充气 放气、减振器阀门,最后改变悬架系统各项参数与驾驶体验。随着汽车电子电气架构的不断演进, 车载 ECU 的功能会逐渐整合,未来悬架 ECU 可能与转向、制动等系统的控制单元进行整合,集中在 底盘域控制器上集中计算处理。
空气悬架 ECU 未来或将由主机厂自研为主。过去空气悬架系统总成和软硬件集成掌握在上游零部件 厂商手中,所以空气悬架 ECU 一般由生产空气弹簧和空气压缩机的核心零部件生产商研发。同时空 气弹簧 ECU 在国内起步比较晚,主要的控制技术掌握在合资供应商手中。大陆集团将 ECU 整合在空 气供给单元上,威巴克、威伯科都自研了空气悬架对应的 ECU 模块。本土厂商中,孔辉科技、保隆 科技推出了自研空气悬架 ECU。 国内主机厂在空气悬架系统上更倾向于“拆分采购,自主集成”,空气悬架 ECU 模块的设计将逐渐从 零部件厂商转向主机厂。主机厂自研空悬 ECU 优势在于后期调试空间更大,对于悬架性能的掌握和 控制更好,同时成本也得到优化。随着电子电气架构的演进,底盘域控制器成为发展趋势。未来 ECU 等控制硬件及控制软件算法有望全部集成到底盘域控制器中,这让主机厂更倾向于自己掌握控制模 块相关技术。目前研发实力较强的主机厂已经采用自研的 ECU,在国产化落地和控制权逐渐转向主 机厂之后,本土厂商有望打破软硬件绑定过深、控制系统后期调校困难等局面。
总成端:两大国际巨头利用先发优势,构建系统总成“护城河”
系统总成工艺复杂壁垒高,国际巨头垄断。空气悬架系统开发涉及多个子系统,且电控系统需要收 集处理多个传感器的信号并对零部件实施精准控制,对算法及控制系统要求很高。按照国家标准化 管理委员会颁布的《空气悬架系统设计规范》,空气悬架系统开发中需要考虑固有频率、悬架阻尼、 抗侧倾能里力、抗纵倾能力等数十个指标要求,验收标准十分严苛。目前能提供全套空气悬架系统 的供应商主要有德国的大陆集团和威巴克公司,几乎垄断了全球的豪华车市场。
大陆集团利用先发优势,提前构建集成技术壁垒。大陆集团空气弹簧产品种类丰富,功能针对性强, 覆盖乘用车、重型卡车、挂车、甚至是农用机械等领域。在空气弹簧的技术优势上,大陆集团逐渐 过渡为空气悬架系统供应商,可以生产和提供电控空气悬架悬架系统所需的所有部件,包括含有空 气弹簧、减振器以及电子空气供给系统的整合控制系统。大陆集团的技术优势主要体现在高度集成 性上,根据大陆集团数据,一套 CAirS 空气供给单元的整体重量为 3.6kg,比分散式布局零件的重量 之和轻了 1-1.5kg。体积方面,CAirS 的尺寸是 206mm*148mm*106mm,比传统布局降低 10%-25%,大小 类似一台数码单反。在功能方面,CAirS 模块可以同时控制空气流量和压力水平,如果搭配大陆提供 的 18bar 高压储气罐,配备该模块的悬架系统理论高度调节速度可达 7mm/s,而普通的空气悬架调节 速度在 5mm/s 左右。
威巴克对空气弹簧技术不断升级,产品对接高端整车厂。作为领先的空气悬架系统供应商,德国 NVH 专家威巴克(Vibracoustic)拥有超过 20 年的汽车空气弹簧开发和生产经验,能够提供最先进的空气 弹簧产品组合(单腔室、多腔室),也与乘用车主机厂合作,提供空气悬架系统集成服务。威巴克 空气悬架系统包括完整的电控系统、高度和加速度传感器、空气压缩机、控制阀、储气罐、空气弹 簧等。威巴克是奔驰、奥迪、保时捷等豪华品牌的稳定供应商,同时也为部分中国车企提供前后轴 空气弹簧总成、空气供给单元、ECU 等核心零部件,并可负责空气悬架系统的集成。
新能源主机厂需求转变,“拆分采购、自主集成”路线优势明显。在传统采购模式中,Tier 1 供应商自 主生产或者购买零部件,自主研发控制系统、进行软硬件集成,最后把全套空气悬架系统出售给主 机厂。但一方面海外供应商依托技术壁垒主导空气悬架系统总成会导致软硬件绑定过深,难以自主 掌握软件控制策略,使空气悬架融入智能底盘系统。另一方面空气悬架整系统开发难度大,不仅硬 件成本高昂(空气弹簧、空气供给单元),而且控制系统开发、软硬件集成的研发成本也非常高, 平摊到每一套系统,导致采购成本高企。 在汽车尤其是新能源汽车日益强调多功能、智能化,增加各种配臵的趋势下,各个主机厂逐渐形成 了“拆分采购”的模式:在这种模式下,主机厂向不同供应商采购空气悬架系统的各个部件,自主研发 ECU 和控制软件,再进行软硬件的集成。主机厂掌握空气悬架的软件控制权和开发周期,与新车型 同步,并且在积累了空气悬架使用经验和底盘技术经验之后,部分主机厂已经掌握初步的系统集成 能力。所以更倾向于将大系统拆分为不同的零部件或者子系统,选取不同的供应商搭建供应链。
本土供应商逐渐融入新能源汽车空气悬架供应链,成本端、开发端优势开始显现。截至目前,基于 新能源主机厂“拆分采购,自主集成”的需求,不少本土供应商已经进入空气悬架供应链。从 2019 年 初开始,孔辉科技基于自身空气弹簧等产品优势,与东风汽车团队紧密合作共同开发,2021 年 6 月 完成空气悬架系统 SOP,突破了 Tier1 厂商集成限制。2022 年起,保隆科技开始向蔚来新车型 ET7 供 应空气弹簧产品;2022 年 6 月 21 日发布的理想 L9 的空气弹簧供应商除了威巴克,也包括孔辉科技与 保隆科技。相比国外厂商,本土供应商不仅成本端优势明显,而且研发团队专注于国内市场,能快 速相应需求,并在新车型底盘设计早期介入,最大程度匹配主机厂的开发进度。 本土零部件供应商逐渐转向“小集成”,迎来新发展机遇。本土厂商依托空气悬架部件细分领域(比 如空气弹簧、空气供给单元、减振器)的技术平移和成本优势,不仅向主机厂供应硬件零部件,也 在逐渐开发空气悬架子系统的“小集成”产品。天润工业、保隆科技都尝试结合空气弹簧与减振器,推 出乘用车空气弹簧 可变阻尼减振器一体化的产品;拓普集团也已经布局类似大陆集团 CairS 系统的 集成式空气单元(压缩机、阀组、ECU 一体化)。未来一段时间,“小集成” “拆分采购”趋势,不仅有 利于主机厂掌握后续车型调校的主动权,也使得本土供应商绕开了国际巨头系统集成的技术壁垒。 随着新能源车空气悬架市场规模的迅速增长,国内零部件企业也会迎来高速成长期。
投资分析在上游零部件国产化、中游新能源主机厂需求以及下游中高端市场扩张的三方推动下,空气悬架产 业链有望大幅受益。空气悬架可有效提升驾乘舒适性和操纵性,随着国产化价格迅速下探,加之消 费升级和汽车电气化趋势,有望迅速上量。目前核心部件空气弹簧、空气压缩机、可变阻尼减振器 等产品已实现国产化生产,空气悬架搭载率的增加有望带动相关公司业绩发展。我们预测,2025 年 空气悬架整体渗透率达到 15%,市场规模预计将达到 314 亿元,21~25 年 CAGR 达 36%。
保隆科技:立足自主研发空气弹簧,从零件到系统总成向上突破
深耕汽车零部件细分赛道,以智能化、轻量化为主要发展方向。保隆科技成立于 1997 年,早期以轮 胎气门嘴业务为主。后逐渐拓展,传统业务产品有、汽车金属管件、气门嘴以及汽车轮胎压力监测 系统(TPMS)。经二十年发展,公司已经成为气门嘴、TPMS 等细分赛道龙头公司。近年来,公司 把握智能化、轻量化战略方向,积极开拓新兴业务,包括车用传感器(压力、光雨量、速度、位臵、 加速度和电流类)、ADAS(高级辅助驾驶系统)、主动空气悬架等。 传统业务稳定增长,公司 TPMS、气门嘴、金属管件皆为细分领域业务龙头。其中 TPMS 业务市占率 较高,涵盖长城、比亚迪等自主品、理蔚鹏等新势力及部分日系、美系主机厂。同时政策助推前装 TPMS 搭载率提升,后装进入更换周期需求明显,业绩增长稳定。气门嘴及金属管件等产品市占率高, 业务增长稳定。
空气弹簧产品优势明显,需求旺盛有望带动利润增长。工艺方面,公司空簧技术积累深厚,2012 年, 公司开始研发商用车空气弹簧;2017 年,研发乘用车空气弹簧;2018,研发乘用车空悬系统。需求 方面,下游需求旺盛,订单不断获取。公司已为采埃孚、富维安道拓、上海科曼等商用车企业供应 空气弹簧,乘用车已供应蔚来 ET7。乘用车空气弹簧目前披露订单超过 20.3 亿元,涉及 4 个主机厂。 产能方面,公司产能积极布局,于 2021 年底在合肥园区实现了乘用车空气弹簧减振器支柱总成及独 立式空气弹簧的量产下线,建成了一条具备年产 10 万台车空气弹簧的产线,未来公司规划再建 6 条 产线,实现为年产超过 50 万台整车配套。 传感器及 ADAS 业务有望成为业绩新增长点。公司主要产品包括双目前视摄像头、360 环视摄像头、 超声波雷达、毫米波雷达、车内疲劳驾驶和 DMS 等,客户主要包括小鹏、一汽、东风、奇瑞、一汽 解放、上汽红岩、陕汽等。目前主要针对 L2 市场。公司空气悬架业务协同 ADAS 系统,有望带来业 务增长。传感器业务主要包括压力类、光雨量类,速度位臵加速度类以及电流类四大类,随着汽车 电动化及智能化的不断推进,电流类产品搭载量有望提升。公司目前形成了较为完整的产品组合和 产品矩阵,有望实现传感器的国产化替代。
传统业务提供稳定营收来源,新兴业务加速拓展放量在即。2021 年公司实现营业收入 39.0 亿元,较 上年同期增张 17.0%;实现归母净利润 2.7 亿元,较上年同期增长 46.5%。从收入结构来看,气门嘴、 汽车金属管件、TPMS 为公司传统业务,2021 年三者合计贡献公司近 85%营业收入,并且气门嘴业务 毛利率近年持续保持在 40%以上,TPMS 毛利率已经稳定在 20%以上,为公司持续稳定输入现金流。 新兴业务(如传感器、ADAS、空簧减振等)进入快速增长期,近四年 CAGR 约为 51%,后期随着相 关产业链完善,新兴业务存在巨大增长空间。
中鼎股份:国内橡胶密封行业龙头,收购 AMK 率先进入空悬核心技术圈
非轮胎橡胶业务及减震业务基本盘稳固,兼并收购加速智能化转型。公司早期主要业务为密封业务, 2011~2014 年先后收购国际优质密封技术公司美国库伯、ACUSHNET、德国 KACO,布局高端油封、密 封件等领域,推进新能源布局。公司不断拓展密封业务,产品配套沃尔沃、蔚来、上汽、广汽等公 司新能源汽车平台,在美系、自主品牌有所突破,市占率稳步上涨。橡胶减震业务先后收购美国 AB、 MRP&BRP、德国 WEGU,技术相对领先,业绩稳定小幅增长。2016-2019 年公司逐渐开始并购优质公 司,布局电动智能化方向。2016 年公司收购德国 AMK 公司,进军空气悬架业务;2017 年该公司收购 德国流体管路龙头 TFH 公司,进军热管理系统业务;2019 年公司收购四川锦望,拥有全球领先的球 头铰链总成技术,进军轻量化业务,形成“空气悬架 热管理系统 底盘轻量化”三大方向的智能化增量 业务。
空气供给单元订单充裕,空悬重要零部件多点布局。公司 2016 年收购空气压缩机龙头 AMK,进入技 术壁垒最高的空气供给单元领域。AMK 公司是全球空气悬架空气供给单元总成产品的高端供应商, AMK 德国公司主要配套捷豹路虎、沃尔沃、奔驰等高端客户。2018 年 AMK 子公司安徽安美科成立, 2021 年公司完成对 AMK 公司非核心业务的剥离,聚焦其空气压缩机的核心业务,推进空气悬架核心 零部件国产化。作为国内唯一一家空气压缩机供应商,公司客户覆盖主要本土新能源头部品牌,目 前在手订单量充裕。据深交所信息显示,AMK 中国已获订单总产值 52.7 个亿,收入稳健增长确定性 强。此外,公司积极布局空气悬架其他零部件生产:1)公司以非轮胎橡胶制品业务起家,目前在研 空气弹簧领域。2)公司 2021 年 12 月份公告将收购日本普利司通股份有限公司旗下减振业务公司 100%的股权,布局空悬减振器细分赛道。
整体业绩进入后疫情恢复期,智能化增量业务成重要增长点。2021 年,公司实现营业收入 125.8 亿元, 同比上涨 8.9%;实现归母净利润 9.7 亿元,同比上升 96.0%。2019 年起,公司受疫情影响 并购整合 期影响,营业收入与净利润出现下滑,2021 年以来,公司经营情况在汽车行业复苏的加持下快速恢 复。2022 年 H1 实现营业收入 65.7 亿元,同比增长 3.0%,实现归母净利润 4.7 亿元,同比下降 20.4%。 此外,根据公司公告,2022 年初至今,公司在智能化领域获得国内外主机厂多个定点项目,在手订 单总金额达 135.9 亿元。其中,底盘轻量化总成达 85.7 亿元,空悬系统的空气供给单元达 37.1 亿元, 空悬系统总成达 2.8 亿元,热管理管路总成达 10.3 亿元。此外,智能化底盘 热管理系统营业收入已 经占比接近总收入 60%,公司联合空气悬架与其他智能化业务,目前具备先发优势,有望在行业电 动化、智能化转型进一步扩大智能化业务营收规模与市场份额。
拓普集团:依托宽产品平台优势,空悬工厂今年正式投产
产品线覆盖全面,平台优势明显。公司主营业务为汽车零部件的研发、生产及销售,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,主要客户包括国际国内智能电动车企和传统 OEM 车企等。 深度布局底盘系统,依托特斯拉实现轻量化转型。2017 年公司收购福多纳副车架业务,获得包括副 车架总成、H 臂、后桥总成、摆臂总成等全套底盘技术。目前,公司底盘系统覆盖国内头部主机厂 如比亚迪、吉利等等。2016 年成为特斯拉供应商,2017 年开始为 Model 3 供应轻量化底盘产品。 NVH 减震系统业务成熟,营收利润贡献稳定。拓普集团为国内 NVH 业务龙头,同时产品出口北美、 欧洲、东南亚等地区,客户包括上汽集团、通用、宝马、奥迪等,是少数进入国际整车 OEM 配套体 系的本土 NVH 零部件供应商。公司 NVH 零部件主要包括金属橡胶减震零件和内外饰系统。减震器在 电动车市场前景良好,传统业务仍然有望持续增长。
热管理系统领域后起之秀,业务规模预计持续扩大。依托底盘系统与汽车电子业务中逐渐形成的电 控系统经验与精密制造能力,公司进入热管理系统领域,成功研发热泵空调、分散式热管理泵阀等 产品。公司已经开始向特斯拉供应热泵总成产品。随着下一代热泵总成的研发与新客户的引进,公 司热管理业务规模预计持续扩大。 基于 NVH 集成经验切入空悬赛道,首座空悬工厂今年正式投产。公司在汽车 NVH 领域的技术及研发 水平位居国内前列,是国内为数不多的具备整车同步研发能力的 NVH 零部件供应商之一。在空气悬 架方面,依托于集团丰富的橡胶减振系统及电控零件开发经验,以及成熟的 NVH 系统集成经验,公 司已正式建立空气悬架整套系统(含电控系统)及关键零部件的设计研发、试验检测、生产制造及 供货能力。
公司具备空气悬架系统整套系统开发、零件与总成制造的能力,在技术上具备以下特点:空气弹簧 应用多腔室技术。应用多气室空簧,通过开关电磁阀动作,打开关闭部分气室,可提供多种悬架刚 度,应对多种工况,提供优越舒适性的同时,可提供更好的整车操控稳定性(车辆转弯、并线侧倾角 更小,安全性更高)。空气供给单元将实现集成化。基于拓普在智能刹车及电子真空泵领域积累的技 能能力,实现了集成式的空气供给单元(泵、分配阀、ECU 集成),对于空间布臵、能耗降低、成 本降本、响应时间的提升非常有利。拓普集团官方公众号显示,2021 年 11 月 24 日,拓普集团首个 空气悬架系统工厂落成。新工厂坐落于宁波滨海新区,总占地面积 6 万平方米,建筑面积 8 万平方 米,总投资约 6 亿元,计划 2022 年 6 月正式投产,主要用于空气悬架的生产制造。新工厂投产后可 实现年产量 200 万只空气悬架,满足每年 50 万辆车的配套。
多元化产品矩阵协同效应显现,订单放量带来业绩快速回暖。从营业收入来看,公司 2021 年实现营 业收入 114.6 亿元,较上年同期增长 76.1%;实现归母净利润 10.2 亿元,较上年同期增长 61.9%,2020 年以来公司业绩的快速回暖主要受益于公司在新能源汽车产业的广阔产品线、系统研发能力及创新 型商业模式等因素的积极影响。减震器、内饰功能件、底盘系统三大业务板块占公司全部营收比例 超过 80%,2021 年减震业务产销规模增大超过 30%,汽车内饰件、底盘系统产销规模增大均超过 60%, 公司主要产品持续放量,推动公司业绩增长。2021 年公司完成了空气悬挂系统、转屏驱动器、电调 管柱等新产品开发,并计划于 2022 年积极发展汽车电子业务,产品矩阵持续丰富。目前,八大产品 线单车配套金额约 3 万元,且公司产品线仍具备扩大空间。
天润工业:坚持商乘兼顾布局,发展空气悬架第二主业
坚持聚焦曲轴连杆核心业务,推进空气悬架第二主业。公司主营业务包括曲轴、连杆、铸锻件、空 气悬架主要业务板块。公司产品有曲轴、连杆、铸锻件(毛坯及成品)、空气悬架等。公司生产的 曲轴、连杆是内燃机核心零部件,为国内外著名主机厂整机配套产品,并随主机远销 20 多个国家和 地区,国内主流商用车发动机客户配套率达 95%以上。2020 年 5 月 3 日,公司与从事汽车悬架系统 生产研发近 20 年的张广世博士共同投资设立天润智控技术有限公司。天润智控立足于整车空气悬架 系统生产,产品包括卡车底盘空气悬架系统、半挂车空气悬架系统、工程车橡胶悬架系统、卡车驾 驶室悬架系统、乘用车悬架系统、商用车 ECAS 系统、乘用车 ECS 系统及其核心零部件等。
曲轴、连杆产品丰富配套全面,稳固公司业绩基本面。曲轴、连杆生产为公司传统业务,曲轴产品 实现乘用车曲轴、轻型曲轴、中重型曲轴、船机曲轴、工程机械、发电机组等的全覆盖,连杆产品 实现轻型连杆、中重型连杆到船机连杆,重量 0.985kg 到 26.8kg 全覆盖。公司官网显示,公司重卡曲 轴国内市场占有率达到 60%,几乎覆盖国内所有中重型柴油机业务;国际上,公司曲轴产品配套高 端戴姆勒、卡特彼勒、康明斯等国际行业巨头。公司生产的连杆是内燃机核心零部件,已为潍柴、 康明斯、上菲红、上柴、锡柴、东风商用车、、戴姆勒、沃尔沃、道依茨等国内外主机厂 配套。2021 年,公司曲轴、连杆营业收入占总收入 86.0%,下游客户订单稳定,保障公司业绩基本面 稳中有增。
聚焦核心零部件自制,坚持商乘兼顾布局。公司在空悬领域研发投入大,参与起草了空气悬架国家 标准 1 项,拥有空气悬架系统相关发明专利 6 项,实用新型专利 68 项,软件著作权 2 项。公司坚持 自研空气悬架核心零部件,2021 年共完成 29 款空气悬架相关产品新产品开发,包括空气弹簧、CDC 可变阻尼减振器等关键零部件。公司坚持关键零部件自制和系统集成方案同步开发,以商用车空气 悬架为基础,逐渐渗透乘用车领域。目前,公司建设完成了商用车空气悬架系统及核心零部件检测 实验室,乘用车空气悬架已经完成两款车型的装车与调试。 曲轴连杆业务增速承压,空悬业务打开向上空间。2021 年公司实现营业收入 47.2 亿元,较上年同期 增长 6.6%;实现归母净利润 5.4 亿元,较上年同期增长 6.6%。2021 年,公司曲轴业务实现营业收入 30.2 亿元、连杆业务实现营业收入 10.4 亿元,占公司营业收入比例分别为 64.0%和 22.1%。据中汽协 数据显示,由于下游芯片缺供等原因,2021 年全年国内货车销量 428.8 万辆,同比下降 8.5%,同时叠 加上游原材料涨价等原因,公司曲轴、连杆主营业务增速承压。2021 年公司空气悬架业务收入为 2.0 亿元,同比增长 253.2%,占营业收入比重由 2020 年的 1.3%上升至 4.3%,空气悬架未来成长可期。
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精选报告来源:【未来智库】。系统发生错误
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