自动驾驶控制执行系统行业分析报告.docx

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自动驾驶控制执行系统行业分析报告

2018年自动驾驶控制执行系统行业分析报告

2018年11月

本文主要说明自动驾驶的执行层，汽车制动、转向和传动系统随着电子化、电动化及自动驾驶而逐步升级，由此带来的控制执行系统的发展趋势。

在现代汽车系统及模块电子化的趋势下，电子控制执行系统的渗透率不断提升；随着电动车发展，由于传统发动机的消失，传动、转向、制动的动力源与执行方式发生了根本性的转变，电动控制执行系统则是成为了基本配置；进入自动驾驶时代，控制系统收集来自感知层的大量传感器的信息，将其处理分析，感知周围环境，规划驾驶线路，最终通过线控执行系统操纵车辆。

车辆制动系统的发展经历了从真空液压制动（HPB）到电控和液压结合（EHB），到新能源汽车发展的阶段逐步转向纯电控制的机械制动（EMB）和更智能化的线控制动。

对于传统车来说，真空源是由发动机的负压产生的；而涡轮增压发动机的进气歧管内负压很低，自动变速箱低温启动时真空度不够，并且电动车或者插电式混合动力汽车，无法获得稳定的真空源，同时还需尽量通过动力电机进行制动能量回收，为此的解决方案，一是使用电子真空泵；另一种方案则是电子线控刹车系统；

2017年全球汽车制动系统市场规模超280亿美元，中国超580亿人民币，已经进入平稳增长阶段。

电子液压制动系统成为行业发展的主要拉动力量，2020、2025年国内市场规模分别可达258亿元、375亿元。

传统纯机械转向系统几乎被替代，由机械液压助力转向系统（HPS），升级至电子液压助力转向系统（EHPS）之后，由电力驱动的电动助力转向系统（EPS）逐步占据主流。

随着汽车电子化程度不断加深，转向系统电子化渗透率加速，电动助力转向逐步占据主流，而未来自动驾驶时代的到来，进而进入线控转向。

2017年全球汽车转向系统市场规模超300亿美元，中国超430亿人民币。

EPS在传统车渗透率的提升以及在新能源车的应用成为行业发展的主要拉动力量，预计2020、2025年国内市场规模分别可达328亿元、453亿元。

一、控制执行系统随电子化、电动化、自动驾驶的发展而升级

在现代汽车系统及模块电子化的趋势下，车辆电子控制执行系统的渗透率不断提升；随着电动车的发展，由于传统发动机的消失，传动、转向、制动的动力源与执行方式发生了根本性的转变，电动控制执行系统则是成为了基本配置；而进入自动驾驶时代，控制系统收集来自感知层的大量传感器的信息，将其处理分析，感知周围环境，规划驾驶线路，最终通过线控执行系统操纵车辆。

原先由驾驶员施加人力，通过真空和液压等去推动各个系统的方式逐渐被电子化、电动化系统所替代；越来越多的加减速和转向动作需要由“机器”来完成，控制系统通过输入一个电信号控制各个执行系统进行精确操作，这类电信号替代机械力的线控技术将会在自动驾驶时代全面渗透。

车辆控制执行部分的核心任务是通过纵向和横向控制系统的配合使汽车能够按照决策部分规划的轨迹稳定行驶，并且同时能够实现避让、保持车距、超车等动作。

纵向控制，即车辆的驱动与制动控制；

横向控制，即方向盘角度的调整以及轮胎力的控制。

车辆制动系统的发展经历了从真空液压制动（HPB）到电控和液压结合（EHB），到新能源汽车发展的阶段逐步转向纯电控制的机械制动（EMB）和更智能化的线控制动。

对于传统车来说，真空源是由发动机的负压产生的；而涡轮增压发动机的进气歧管内负压很低，自动变速箱低温启动时真空度不够，并且电动车或者纯电行驶的插电式混合动力汽车，由于没有发动机或者发动机不工作，无法获得稳定的真空源，同时新能源车本身还需要尽量通过动力电机进行制动能量回收，为此的解决方案，一是使用电子真空泵，但需要持续运转，相对能耗较高，并且一旦电子真空泵发生故障，整个刹车系统将失去真空度；另一种方案则是电子线控刹车系统。

电子真空泵通过电机直接驱动产生真空源，能耗低，性能稳定，成本低，是目前的主流解决方案。

真空环境的稳定性决定了制动的操作难易度，而电动助力制动系统，将原有的真空助力器、制动总泵及带有车辆稳定系统的ABS总泵进行了集成，彻底摆脱了真空环境影响，且可以实现制动能量回收最大化。

进而随着汽车电气化和自动化的浪潮，智能刹车系统是无人驾驶执行层的核心零部件，线控制动预示着未来的趋势。

2017年全球汽车制动系统市场规模超280亿美元，中国超580亿人民币，已经进入平稳增长阶段。

汽车制动系统单车价值大概2000元，电子液压制动系统成为行业发展的主要拉动力量。

随着涡轮增压发动机的渗透率提升以及汽车电气化的发展，电子液压制动系统拓展了市场空间，2020、2025年国内市场规模分别可达258亿元、375亿元。

整车企业对于新供应商更为保守，尤其是制动涉及到安全，国内自主零部件很难较快进入配套体系。

目前国内企业尚停留在配套部分零部件的水平上，如制动系统刹车盘、刹车鼓，竞争激烈，同质化严重；

采埃弗、博世、大陆等占据了系统的主要市场；国内技术储备弱，中国品牌受到合资品牌的挤压，以商用车、单一件供应为主，乘用车供应商有亚太股份，商用车为万安科技；拓普集团由电子真空泵研发，已经进入量产装车阶段，并且持续投入智能刹车系统的开发。

转向系统的技术路径与制动系统有类似之处，传统纯机械转向系统几乎被替代，由机械液压助力转向系统（HPS），升级至电子液压助力转向系统（EHPS）之后，由电力驱动的电动助力转向系统（EPS）逐步占据主流。

随着汽车电子化程度不断加深，转向系统电子化渗透率加速，电动助力转向逐步占据主流，而未来自动驾驶时代的到来，进而进入线控转向。

机械液压转向HPS适用范围最广，可以匹配各类商用车和乘用车，因为其助力较大的特点，在重型车辆上应用尤为广泛；

电子液压转向EHPS主要适用于中大型商用车、大型MPV和SUV；

电动助力转向EPS传动效率高（90%+），能耗低、装配简单方便、操纵稳定性舒适性的优势及无刷电机、主动回正的趋势，主要适用于轿车以及小型MPV和SUV，是现在的主流配置，在欧美日韩的渗透率已经非常高，国内还处于渗透率提升的过程中；

EPS或EHPS是纯电动车的必选，是混合动力车的最优选择，未来的线控转向系统会成为连接整个自动驾驶横向运动控制的枢纽。

2017年全球汽车转向系统市场规模超300亿美元，中国超430亿人民币，已经进入平稳增长阶段。

汽车转向系统单车价值大概1500元，电动助力转向系统相对价值量较高，EPS可以避免许多HPS需要的部件，如泵、软管、传动带等，简化了转向系统的设计和构造，节约成本，减少体积，减轻重量。

EPS在传统车渗透率的提升以及在新能源车的应用成为行业发展的主要拉动力量，预计2020、2025年国内市场规模分别可达328亿元、453亿元。

二、制动：

制动系统电子化是自动驾驶的必由之路

车辆纵向控制是在行车速度方向上的控制，即车速以及本车与前后车或障碍物距离的控制。

驱动与制动控制都是典型的纵向控制，可通过对电机驱动、发动机、传动和制动系统的控制来实现。

而除去电动车独有的电机电控驱动的部分，制动系统由传统系统电子化升级，继而进入线控时代。

1、制动系统发展历程及电子化趋势

制动系统原理：

当驾驶者踩下刹车踏板时与其连接的推杆将力传递到真空助力器。

真空助力器是一个通过大气压和真空的压力差将力矩放大然后传送给液压制动总泵从而进行制动的装置。

对于传统车来说，真空源是由发动机的负压产生的；而涡轮增压发动机的进气歧管内负压很低，自动变速箱低温启动时真空度不够，并且电动车或者纯电行驶的插电式混合动力汽车，由于没有发动机或者发动机不工作，无法获得稳定的真空源，同时新能源车本身还需要尽量通过动力电机进行制动能量回收，为此的解决方案，一是使用电子真空泵，但需要持续运转，相对能耗较高，并且一旦电子真空泵发生故障，整个刹车系统将失去真空度；另一种方案则是电子线控刹车系统。

车辆制动系统的发展经历了从真空液压制动（HPB）到电控和液压结合（EHB），到新能源汽车发展的阶段逐步转向纯电控制的机械制动（EMB）和更智能化的线控制动。

电子真空泵通过电机直接驱动产生真空源，能耗低，性能稳定，成本低，是目前的主流解决方案。

真空环境的稳定性决定了制动的操作难易度，而电动助力制动系统，将原有的真空助力器、制动总泵及带有车辆稳定系统的ABS总泵进行了集成，彻底摆脱了真空环境影响，且可以实现制动能量回收最大化。

进而随着汽车电气化和自动化的浪潮，智能刹车系统是无人驾驶执行层的核心零部件，线控制动预示着未来的趋势。

（1）传统液压真空制动

传统的真空助力器+液压制动系统，通过发动机或伺服器装置提供并维持真空环境，真空助力器对驾驶员踏板施加的力进行放大，并向制动总泵施加推力，制动总泵的推力利用帕斯卡定律向各轮胎的制动分泵传导，由活塞推动制动片夹紧制动盘，从而实现制动力。

（2）电子液压制动系统（EHB）

①真空助力的液压制动系统

传统车汽油发动机进气歧管可以产生较高的真空压力，这也是真空助力器的真空来源。

而新能源汽车普遍不具备类似结构和功能，因此目前很多厂商的解决方案是进行技术改进，增加电子真空泵，保证真空助力器的环境。

②电动助力器液压制动系统

电动助力器利用电动机+减速机的技术替代了真空泵和真空助力器，高度的电动化既减少了系统集成复杂度，也有助于智能驾驶功能的实现。

其原理是位置传感器监测踩下踏板的位置信息并向电脑传递，计算出所需的制动力，将信号传递至伺服电机，通过齿轮转化后推动制动主缸，此后通过油压为分缸提供制动力最终形成制动效果的过程与传统制动液压相同。

（3）电子机械制动系统（EMB）

纯电控制的电子机械制动系统（EMB）完全不含机械结构，由电机产生制动力，控制制动器制动。

在后续发展中完全通过信号线接受计算机提供的制动信号来提供制动力，因此也成为线控系统。

2、市场空间大，电子液压制动系统为主要增长点

2017年全球汽车制动系统市场规模超280亿美元，中国超580亿人民币，已经进入平稳增长阶段。

汽车制动系统单车价值大概2000元，电子液压制动系统成为行业发展的主要拉动力量。

随着涡轮增压发动机的渗透率提升以及汽车电气化的发展，电子液压制动系统拓展了市场空间，2020、2025年国内市场规模分别可达258亿元、375亿元。

整车企业对于新供应商更为保守，尤其是制动涉及到安全，国内自主零部件很难较快进入配套体系。

目前国内企业尚停留在配套部分零部件的水平上，如制动系统刹车盘、刹车鼓。

市场竞争激烈，同质化严重；

采埃弗、博世、大陆等占据了系统的主要市场；国内技术储备弱，中国品牌受到合资品牌的挤压，以商用车、单一件供应为主，乘用车供应商有亚太股份，商用车为万安科技；拓普集团由电子真空泵研发，已经进入量产装车阶段，并且持续投入智能刹车系统的开发。

3、制动系统主要供应商，博世大陆领先，国内产商从零部件入局

（1）博世

博世2015年推出的iBooster二代智能化助力器用踏板位置传感器产生信号替代了传统的真空助力器。

该系统主要由BOU、ACM-H（ActuationControlModule–Hydraulic，液压助力控制模块）和ESP组成。

BOU带有PTS，用于探测驾驶员的制动需求；BOU和制动踏板是解耦的，集成了踏板感模拟器，踏板感模拟器内部主要是一个弹簧阻尼机构，能灵活调节踏板感。

ACM-H主要由电动液压泵、高压蓄能器和电子控制单元组成，它的任务主要是给液压制动系统供能，同时负责回馈力矩和液压力矩的协调控制。

该系统的ESP和普通的ESP相比，多了主动增压的功能，它能在ACM-H失效时主动增压，确保制动安全，同时它和电机控制单元以及ACM-H之间也有回馈力矩、车辆稳定因子等信号交互。

该系统踏板解耦，踏板感可以灵活设计，动态控制电机回馈力矩和液压制动力矩的协调分配，优先利用再生力矩，实现最大效能的制动能量回收；同时它具有强大的失效模式，A