1、电气控制行业概况
电气控制系统产品及整体解决方案的研发、生产和销售,隶属于工业自动化控制的范畴。
工业自动化控制是指在无人干预的情况下通过程序控制使得机器设备完成工作流程的技术,主要利用电子电气、机械、软件的组合,实现机器设备生产制造过程更加自动化、精确化、高效化,具备可控性。
工业自动化控制系统作为智能装备的重要组成部分,是发展先进制造技术和实现生产自动化、数字化、网络化和智能化的关键,是实现产业结构优化升级的重要基础,广泛应用于生产与机械运动的各行各业。工业自动化控制产品从功能上可划分为控制层、驱动层、执行层、反馈层。
电气控制是工业自动化控制在车辆领域的具体应用。
电气控制系统由若干电气部件组成,实现对某个或某些对象的控制,从而保证车辆安全、可靠地运行,主要包括动力驱动控制、整机控制、车联网应用和舒适性控制等系统。
动力驱动控制系统是车辆电气控制系统的执行部件,根据车辆使用能源不同,分为内燃车辆动力驱动控制系统和新能源车辆动力驱动控制系统。内燃车辆动力驱动控制系统包括发动机及其管理系统(EMS)、自动变速箱及其控制系统(TCU)。
新能源车辆动力驱动控制包括电机驱动控制系统(驱动电机及其电控总成)和减速系统,实现了对“发动机+EMS+变速箱+TCU”的替代,并直接决定了车辆爬坡、加减速与最高速度等主要性能指标。整机控制系统是车辆电气控制系统的核心,通过整机的传感器网络和 CAN 通讯网络,实现对机身传感器信号的实时采集、解析和运算,感知机械的运行状态,判定机械运行过程中的动作需求,解析驾驶员的控制意图,并结合实际的动力输出情况和电池能量回收情况计算出相对应的动力功率策略,控制机械稳定安全的运行,具备能量管理、功率协调与分配、电机电池协调管理、安全监控、CAN 网络的维护和管理和故障诊断等功能。
车联网产品及应用包括智能终端、传感器、云平台等多种信息系统的创新与融合,实现车与 X(车、路、人、云端等)智能信息交换、共享,具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能。舒适性控制系统包括底盘电子悬挂系统、中央闭锁系统、空调空滤系统、车窗与天窗、座椅位置、车载电话、车载导航及车载娱乐视听等电子设备的控制。
2、电气控制行业的发展
(1)电机驱动控制系统
电机驱动控制系统由电控总成及驱动电机组成。工业用电机驱动控制系统通常工作在固定的工况环境(比如单一转速下),而工业车辆电机驱动控制系统工作在更复杂的工况下:不同路况下电机转速不一,各转速下都要满足电机输出转矩大、高效率运行范围广、体积小等特点。由于车内运行环境恶劣、布置空间狭小,对于电机驱动控制系统功率密度要求较高。
整机运行环境温差变化大、电磁干扰较多,硬件设计需要综合考虑电磁兼容与散热问题,确保长期运行的安全性与可靠性。工业车辆制动能量回收、坡道运行、频繁启停、加减速等复杂行驶工况,给控制软件开发带来极大的挑战。目前,既能够满足车辆的动力性又能够满足车辆舒适性的厂商较少。
近年来我国新能源汽车产业得到长足发展,在新能源汽车产销量高速增长的带动下,我国新能源汽车电机驱动控制系统装机量也呈现出高速增长的态势。根据天风证券《智能电动汽车赛道深度》分析,预计 2025 年新能源汽车销量达到 1,217 万辆,国内电机驱动市场规模整体有望达到 1,446 亿元。
在电机驱动控制系统核心技术方面,我国取得了一定成果,但是目前电机控制器在功率密度、体积密度、热设计等方面与国外先进水平仍然存在一定差距,在与电机匹配过程中对电机高效区间的扩大、噪声与振动的抑制等方面仍有提升空间。目前我国整车企业生产的电机驱动控制系统多为自产自销,典型代表如比亚迪、长城汽车股份有限公司和蔚来集团等。
第三方供应商包括联合汽车电子有限公司、博格华纳公司、采埃孚集团等外资企业,以及汇川技术、英搏尔、精进电动科技股份有限公司为代表的国内企业。工程机械的细分领域工业车辆的电动化渗透率最高,根据世界工业车辆统计协会、中国工程机械工业协会数据,2023 年全球工业车辆总销售量 214 万台,其中电动工业车辆占比 72.23%,2023年国内工业车辆总销售量 117 万台,其中电动工业车辆占比 67.87%。以 CURTIS 为代表的外资品牌起步早、专业化研发和配套服务能力强,占据市场主要份额,国内供应商主要包括松正、钦力等企业。
(2)整机控制系统
整机控制系统大部分市场份额长期以来被国际龙头厂商占据,随着车辆智能座舱、自动驾驶和车路协同的发展,整机控制系统原有功能已经不能满足工业车辆需求,需要不断提升控制能力和运算能力。近年来,国内工程机械领域相关企业不断突破自身技术瓶颈,推出新一代的整机控制器,以满足日益复杂的车辆控制要求。
同行业公司宏英智能致力于开发应用于移动机械与专用车辆的显示及控制类产品,下游应用领域以工程机械领域为主,具体产品主要包括车载电脑、显控一体机等,用于将处理、运算及集成后的信息呈现给移动机械与专用车辆的操作者,主要客户包括三一重工股份有限公司、中联重科股份有限公司、潍柴雷沃重工股份有限公司等。
工程机械细分领域中的工业车辆属于特种设备,根据原国家质检总局的统计数据显示,工业车辆发生的安全事故在整个特种设备事故中所占的比率较高,而且呈现逐年上升的趋势。工业车辆加装安全监控管理系统可以有效降低车辆运行事故,越来越多的客户愿意选择加装安全监控装置的工业车辆。
(3)车联网产品及应用
车联网产品及应用包括智能终端、传感器、云平台等多种信息系统的创新与融合,实现车与 X(车、路、人、云端等)智能信息交换、共享。根据工程机械行业“十四五”发展规划,我国在“十四五”期间力争主要主机产品车联网北斗终端前装率达到 70%,这为工程机械车联网产品及应用供应商提供了巨大的市场机遇。同时,随着远程操控技术及通讯技术的逐步发展,车辆的无人化及少人化操控成为了可能,并已在工程机械、农业机械、矿山机械等领域形成了明确的发展趋势。
工程机械行业“十四五”发展规划将“重点突破高端智能工程和机械创新工程”列入其中,提出要利用工业互联网、人工智能和区块链等技术,推动智能化工程机械产品的研发和推广应用,尤其是在环境动态多信息感知、5G 高速传输遥控操作、自主决策技术和人机交互作业数据控制等方面要加大研发力度,率先实现技术突破。规划制定了工程机械产品从辅助人工操作到单机无人化作业,最终实现机群系统自主作业的智能化发展目标。
车联网产品及应用是汽车产业未来发展和竞争的重点领域,国内车联网产品及应用行业发展迅猛,乘用车领域以北京经纬恒润科技股份有限公司和惠州市德赛西威汽车电子股份有限公司为代表,提供车联网智能终端、单车智能辅助驾驶、高级别智能驾驶、智能车队运营管理等解决方案。在车联网产品及应用的研发和商业化方面,厦门雅迅智联科技股份有限公司在商用车、工程机械等前装市场整体竞争中处于国内领先地位。
杭州鸿泉物联网技术股份有限公司在商用车领域提供智能增强驾驶系统和高级辅助驾驶系统等车联网产品及应用产品。
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