朗讀汽車輕量化行業深度研究與投資策略第汽車輕量化行業深度研究與投資策略

《汽車輕量化行業深度研究與投資策略》
1.1.全球倡導節能減排，輕量化勢在必行（略）1.2.燃油減耗目標高，輕量化優勢凸顯（略）1.3.續航里程成難點，輕量化助力前行（略）1.4.造車新勢力引領，傳統車企跟進 1.4.1.特斯拉汽車輕量化布局 特斯拉引領新能源汽車輕量化。作為新能源汽車領域領軍企業，特斯拉在新能源汽車的輕量化方面持續加碼，擁有極為深厚的技術基礎，在多方面對其旗下車型進行輕量化。1 ）電池密度：特斯拉電池能量密度的提升賦予了 Model 3 更長的續航能力，且應用單個容量更大的 2170 電池還可降低電池數量的使用數量，從 Model S 的 7000多節降低到 Model 3 的 4416 節，電池節數的下降使特斯拉質量進一步減重。2）電池連接工藝: 特斯拉電池模組裏的電池連接方式比起傳統的電阻焊有著質的改變，與 Model S 相比，Model 3 上將正負極連接片從一整片鋁片連接變成了布局在電池組兩側，將兩面鋁片結合成了單面鋁片，減少鋁片使用量，降低電池重量。
3）電池包結構：減少模組使用，相較於 Model S 車型（電池包分為 16 個小模組），Model 3 長續航版的電池包則只有 4 個模組，更少的模組意味著更少的電池包內部隔斷、電池組 BMS、線束和散熱管路接口；電池殼結構變遷，與 Model S 專門設置電池殼保護電池不同，Model 3 的電池組安裝位置基本覆蓋了乘員艙，利用車身底部高強度鋼結構同保護電池，電池包結構組件只用於承載電池包自身重量，相較Model S 電池包減重 125KG。4）輕量化材料：目前鋁合金和高強度鋼仍然是輕量化材料的首選。車身支架上，特斯拉 Model S 采用了全鋁合金車身有效的降低了車身重量，Model 3 由於考慮到自身定位與成本控制更多采用了高強度鋼。2019 國產 Model 3 采用鋼鋁混合車身，鋁材占比下降至 21%，超高強鋼占比上升至 15%；在高壓導線上，特斯拉使用高壓鋁導線，較相同載流量的銅導線相比減重 21%，且成本更低。
5）車身結構：特斯拉采用了不同的車身設計，Model 3 取消了空氣室下板，由塑料件代替下板流水，減重效果達 40%；車門無窗框設計相比於沖壓窗框減重 65%；車門內板、前後車門內板不等料厚設計，優化車門下沉，可實現減重效果。6）先進工藝使用：特斯拉不同部分的零件使用了不同的先進工藝，在碰撞吸能的位置（如前縱梁、A 柱、B 柱、後縱梁等）采用熱沖壓鋼板工藝，提高了強度且減輕了重量。Model 3 在側碰吸能的位置如車地板橫梁采用超高強度鋼輥壓成型工藝，比沖壓件減重 17%以上。1.4.2.蔚來汽車輕量化布局 蔚來汽車為國內新能源汽車輕量化風向標。蔚來汽車作為國內的新能源汽車明星品牌，加注輕量化，在新能源汽車輕量化領域也取得了一定的成效。1）鋁制車身：蔚來 ES8 車身運用了諾貝麗斯(Novelis)先進的汽車鋁合金，全鋁車身比傳統鋼制車身降低了約40%的重量，最終實現白車身重量僅為335kg。ES8還采用了麥格納所為其設計、制造的全鋁前/後副車架；同時蔚來 ES8 在底盤和懸掛系統全部采用鋁合金材質，車身用鋁率達到 95.8%，為全球最高。2）先進連接技術：為了應對鋁合金材質本身延展性差、形變難以恢複等特點，蔚來采用多種先進連接技術。包括熱融自攻鉚接、自沖鉚接、鋁點焊、冷金屬過渡弧焊、結構膠、激光焊接、高強度抽芯拉等先進連接技術。
3）高密度電池：蔚來 ES6 電池類型是三元鋰電池，供應商是寧德時代，ES6 車型都可以選裝容量更大的 84kwh 液冷恒溫電池組（ES8 電池組為 70kwh），單體電芯能量密度為 170wh/kg，NEDC 綜合工況下的續航里程超過了 510 公里 。較大的電池容量有效的減少了電池包本身帶來的重量。4）輕量化電池殼：德國西格裏碳素公司已與中國汽車制造商蔚來達成合作，將為蔚來研發碳纖維增強型塑料（CFRP）電池外殼原型，該電池外殼比傳統的鋁或鋼制電池外殼輕 40%，具有高剛性，而且比鋁的熱導率低 200 倍。采用該材料的電池包後不僅可為蔚來旗下電動車型減輕一定的重量，還會給換電帶來便利。
1.4.3.其他車企加速布局輕量化 傳統車企加碼輕量化。進年來，除了新能源汽車造車新勢力，傳統車企也逐步進入新能源汽車賽道。同時憑借本身在造車方面的技術積累和資金優勢，傳統車企在新能源汽車輕量化方面也有著亮眼的表現。1）大眾：大眾在其全新的新能源汽車平台 MEB 中使用全新的車身布局，將電池與電機融入車身低架，采取平板式電池模組放置於車軸兩側，同時采用鋁合金材質作為電池殼保護電池，減少電池包重量推動輕量化。2）吉利：作為國內重要的整車廠商，吉利也十分重視輕量化。使用以塑代鋼技術，采用薄壁化保險杠，采用高性能材料，在保證保險杠剛性的條件下，將前後保險杠壁厚降到 2.5mm，實現單車減重約 1kg。
3）比亞迪：比亞迪是國內重要的傳統燃油車廠商，同時也是重要的新能源廠商，在新能源汽車輕量化方面有較大優勢。比亞迪在其 e 平台上將電機、電機控制集為一體，有效的降低了車身體積與質量。其中重量下降 25%，功率密度卻提升 20%。
受益標杆效應，車企持續布局輕量化。特斯拉和蔚來汽車作為新能源汽車的領軍車企，其輕量化應用將具有標杆效應，國內車企如比亞迪、北汽新能源、吉利汽車等紛紛緊跟輕量化進程節奏，在材料、工藝和結構輕量化上均加速布局與應用，形成自身獨有技術優勢。隨著新能源汽車快速發展，領軍車企引領輕量化導向，其他車企輕量化應用與布局將加速推進。
1.5.單車用量提升，汽車輕量化加速 單車用量遞增，輕量化進程加速。根據節能與新能源汽車技術路線圖戰略咨詢委員會的輕量化目標，在 2020/2025/2030 年要分別較 2015 年減重 10%/20%/35%，提升高強度鋼應用占比，增加鋁合金、鎂合金、碳纖維材料單車用量以及降低材料的成本。根據國際鋁業協會統計顯示，2019 年中國燃油車、純電動車、插電混動車的單車用鋁量分別為 128/143/189Kg。鑒於新能源汽車對輕量化的需求更為迫切，國際鋁業協會預計到 2025 年新能源汽車的單車用鋁量將會達到 227Kg，同期的傳統燃油車及插電混動車的單車用鋁量為 180/238Kg。
2.材料輕量化大趨勢，鋁合金和高強度鋼為主流輕量化主要通過輕量化材料搭配特定工藝實現。目前，實現輕量化可以通過三種途徑：1）輕量化材料。如使用結構更輕的高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維複合材料對傳統普通鋼結構進行代替。2）輕量化設計。如通過開發全新的汽車架構實現輕量化、甚至優化車身零部件數量、減少零部件尺寸等。3）輕量化工藝。如熱成型，激光拼焊板等工藝，實務中輕量化主要通過采用輕量化材料搭配特定的輕量化工藝來實現減重效果。
2.1.材料輕量化：高強度鋼和鋁合金性價比高 目前汽車行業輕量化材料主要有：高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維複合材料，對應減重效果及成本費用上由低到高。高強度鋼和鋁合金性價比高，占據輕量化市場較大份額。市場上最主流的輕量化材料為高強度鋼和鋁合金材料，高強度鋼由於其超高強度主要應用於車身骨架的關鍵部位；鋁合金材料由於其良好的減重效果主要應用於覆蓋件，殼體等位置。兩者的性能和價格可達到平衡，因此了實現大規模商業化應用。根據賽瑞研究和中國產業信息網數據，預計 2020 年高強度鋼和鋁合金占據了汽車輕量化市場的 85%以上，其中鋁合金的比例接近 65%。鎂合金和碳纖維材料目前缺陷顯著，限制其大規模商用。鎂合金耐腐蝕性差、易燃、成本較高的缺陷限制了其應用，因此鎂合金一般應用於內飾，輪轂和動力總成中。碳纖維複合材料成本遠超鎂鋁合金，但減重效果遠勝於金屬材料，目前僅應用於賽車、超級跑車等。若碳纖維成本能夠下降到合理水平，將有望得到更加普遍的應用
2.1.1.鋁合金和高強度鋼最具性價比 減重降本成效高——鋁合金。鋁合金的密度低、質量輕、可加工性強，能夠根據特定需求加工成不同的形狀尺寸，疊加其擁有價格優勢，是目前實現整車輕量化的首選材料，主要運用於前後防撞梁、水箱框架、機器蓋、翼子板、前後懸掛的擺臂、副車架等。1）從性能角度看，鋁的密度約為鋼的 1／3，汽車使用 1 kg 鋁可替代自重 2.25kg 的鋼材，且鋁合金結構設計優化可以實現二次減重，整體減重效果大於 50%，此外鋁合金具有強度高、可循環、耐腐蝕、密度低等優點。2）從成本的角度看，鋁合金價格僅為鋼的 2.5 倍，遠低於碳纖維複合材料，鎂合金的價格和鋁合金相近，但鎂合金的易腐蝕問題限制了其在汽車行業的大規模應用，因此鋁合金是現階段最佳的輕量化材料。根據長城汽車發動機內、外板的輕量化數據，鋁制發動機內、外板較鋼制發動機內、外板分別輕 6/4.5Kg，輕量化率（減重質量/原件質量）達到 57%/54%，但價格同比僅為 43%/53%，價格增幅要低於輕量化效率。隨著鋁制零部件制作工藝提升，逐步形成量產型生產線，制造成本下降，未來汽車各部件鋁制化將加速滲透，市場規模持續擴大。
鋁合金可廣泛應用於車身各系統，顯著減少車身重量。鋁合金對於車身整體減重具有顯著效果，因此可廣泛應用於白車身覆蓋件，如頂蓋、前後門、翼子板等。汽車的動力系統、傳統系統、制動系統、底盤及輪轂等也占據車體的主要重量，因此也是鋁合金輕量化應用的主要發展方向，采用鋁合金車身的捷豹 XF 比上一代車型減重190kg，減重效果為 10%。新能源汽車方面，動力電池系統是新增系統且重量較大，對於輕量化需求更加迫切，因此鋁合金電池外殼也是新能源汽車輕量化的全新增量。
鋁合金成型工藝各有千秋，美日經驗顯示擠壓鑄造或為未來方向。鑄造工藝方面，由於內部質量疏松的問題，鑄鋁壓鑄件不易由高壓壓鑄生產，一般為低壓/差壓壓鑄或者擠壓壓鑄工藝。但對比美國、日本，我國關於間接擠壓鑄造的研究起步較晚，在量產方面還有很多不足，導致擠壓鑄造產品質量穩定性差、廢品率高等諸多問題；鍛造工藝方面，由於其能消除金屬在冶煉過程中產生的鑄態疏松等缺陷，優化微觀組織結構，同時其適應性廣、原材料來源廣的特點有助於為鋁合金成型提供更多解決方案。
抗拉屈伸性能高——高強度鋼。國際上將抗拉強度 210-550MPa 的鋼板劃分為高強度鋼，大於550MPa為超高強度鋼。國際鋼鐵協會組織設立的“先進汽車概念”項目使得以高強鋼（HSS）和超高強鋼（UHSS）為主要材料的汽車白車體減重 25%。高強度鋼有著較高的結構強度、優越的碰撞吸能性和抗疲勞強度，且沖壓成形性、焊接性和可塗裝性均表現優良，車身上高強度鋼多用於白車身上的結構件、安全件上。
2.1.2.其他材料逐步滲透 鎂合金—市場成長空間大。鎂的密度是 1.74 kg/m3，是鋁的 2/3，且鎂合金材料耐凹陷性、機械加工性、吸振性好，生產模具壽命高、尺寸穩定，且易於回收，鎂合金在汽車各部件減重效果總降幅可達 45%，作為輕量化材料更合適，受限於加工成本及技術工藝，現階段尚不具備量產條件，目前多應用於個別車型的發動機罩蓋、轉向盤、座椅支架、車內門板和變速器外殼等方面。隨著鎂合金制造工藝及技術升級，成本逐漸降低，輕量化需求升級，單車用量及總需求將有望提高。根據中國產業信息網預測，我國 2020、2025、2030年車用鎂合金需求將到達 45/82.3/171.8 萬噸，2015-2030 年複合增長率達 20.3%，單車需求分別達到 15/25/45Kg，2015-2030 年複合增長率達 18.1%。
碳纖維——綜合性能優勢高。碳纖維及其複合材料具有量輕、剛性大、易加工成形、抗沖擊能力強、耐久性好、舒適性好等優點，受限於制造加工成本高、生產過程複雜、回收再利用困難等因素，而多應用在賽車、超跑等豪華轎車中。目前，碳纖維在汽車車身、底盤、車頂外部、保險杆、內飾、座椅骨架、發動機蓋罩、輪轂、傳動軸、刹車片等部位均有應用。受限成本阻力，未來空間仍在。碳纖維制造加工成本較高，其原材料價格高達120-200 元/Kg，且制造工藝非常複雜，目前只有豪華車型才會采用碳纖維作為輕量化材料。2019 年全球碳纖維需求量達到 103.7 千噸，中國需求量達 37.8 千噸，而2019 年碳纖維應用於汽車行業僅占 2%，汽車需求量僅為 0.75 千噸。未來隨著加工技術不斷提升，單車碳纖維使用量逐步增加，預計 2025 年全球及中國汽車碳纖維需求量將達到 198.1/112 千噸，汽車碳纖維應用占比增加至 5%，汽車碳纖維用量將達到 5.6 千噸。2.2.結構輕量化：拓撲優化最具價值 結構輕量化—車身結構合理布局。結構輕量化圍繞小型化、薄壁化、精簡化、中空化和冗餘度處理五個輕量化設計方法對整車各系統各專業進行輕量化設計，同時利用 CAD、CAE 、SFE 等技術進行車身布局設計和車體結構優化，在保證性能的前提下，尋求零部件壁厚減薄、數量精簡和結構的整體化、合理化設計，實現整車精益化設計，優化零件結構、減少零件數量。如吉利 FE 車型散熱器上橫梁總成通過結構優化設計、精簡制件，在保證安全的前提下減重 2.2 kg。
根據設計變量及優化問題類型的不同，結構輕量化可分為拓撲優化、尺寸優化、形狀優化、形貌優化四種。拓撲優化：對指定設計空間的材料分布進行分析，通過拓撲算法自動得到最優化的動力傳遞路徑以達到盡可能多節省材料的目標。拓撲優化就是尋求材料在空間的最佳分布，被廣泛承認是一種最具有應用價值的方法，常用的結構拓撲優化方法有均勻化方法、變密度法、水平集法、進化式結構優化法、獨立連續映射法等
尺寸優化：尺寸優化過程中，往往根據質量、強度等優化目標對板厚、梁截面及截面慣性矩等尺寸進行優化，使應力分布均勻化，而且，尺寸優化一般以汽車零部件的形狀尺寸為變量，以滿足各種工況下的剛度、振動、強度和吸能性等。汽車設計中線性靜力學問題和線性振動問題可以使用傳統的數值優化算法對輕量化直接進行設計，以線性彈性尺寸優化為基礎的設計方法可以對汽車上使用的零部件進行優化並對汽車進行減重。
形狀優化：形狀優化即通過適當改變制件的外形使結構更加均勻地受力，具體措施是對汽車結構整體或局部進行形狀優化，從而使材料能夠發揮出更大的潛力。工程師們一般利用有限元法來避免應力高峰，使應力分布盡可能均勻化，具體做法是在承受高負荷的部位儲存或增強材料，在承受低負荷的部位減薄或去除材料。
形貌優化：形貌優化作為形狀優化的高級形式，是一種形狀最佳化的方法，在版型結構中尋找最優化的加強筋 、凹凸結構的形狀、位置和數量布置方案，用於設計薄壁結構的強化壓痕，使結構在減輕重量的同時滿足強度、頻率等要求。
2.3.工藝輕量化：熱成型應用最廣 工藝技術為紐帶，助力輕量化進程。汽車輕量化設計中，工藝技術能夠起到“畫龍點睛”之作用。工藝與材料、結構一道，是汽車輕量化設計技術的“鐵三角”。材料是基礎，結構是結果，而工藝是材料與結構之間的紐帶，是由材料轉化為結構的必經之路。三者相互協調、缺一不可。目前主流工藝技術為激光拼焊、熱成型、液壓以及輕量化連接等成型工藝技術。激光拼焊板：激光拼焊板（TWB）可將不同材質、不同厚度、不同強度和不同表面鍍層的板坯拼合起來然後整體進行壓型。根據車身各部位實際受力和變形大小，預先定制理想厚度拼接板，達到節省材料、減輕質量且提高車身零部件性能的目的。激光拼焊板工藝已在汽車領域應用成熟，用於制造車門內板、加強板、立柱、底板和輪罩等部件。
熱成型：熱成型技術是將高強度鋼板加熱至奧氏體化狀態，然後快速轉移到模具中進行沖壓成形，保壓淬火一段時間，以獲得具有均勻馬氏體組織的超高強鋼零件。熱成型零部件精度高、成型質量好、回彈性小，主要應用在汽車前/後保險杠、A/B/C柱、車頂構架、車底框架及車門內板、車門防撞杆等構件生產。
熱成型技術已在汽車工業中廣泛使用。由於熱成型技術具有輕量化、高強度等優勢，多家汽車企業已然使用熱成型技術作為發展方向。一汽紅旗 HS5 車身用材中高強度鋼板應用比例超過 60%，熱成型鋼板應用比例為 16.8%，車身被動安全獲得提高的同時實現了車身輕量化；奧迪 A8D5 中熱成型高強度鋼材取代奧迪 A8D4 中的部分鋁合金材料，在汽車 A 柱、 B 柱、門檻內外板、前封板下部、頂蓋側邊梁以及底盤組件等白車身的材料占比中進一步提升占比率。
液壓成型：用液體壓力代替剛性的凸模或凹模對板料進行沖壓加工的方法。以液體代替模具減少了模具數量，降低了費用，同時提高了產品質量及成型極限，實現輕量化設計。根據成型毛坯的不同還可分為管材液壓成型和板材液壓成型。
輕量化連接：目前輕量化連接技術有多種形式，而鋁制連接新工藝有鉚接、中頻電阻點焊、膠接、MIG焊、攪拌摩擦焊等，新連接工藝的使用具有更好的增強汽車強度、減輕汽車疲勞強度和延長使用壽命等效果。3.底盤輕量化新藍海 鋁電池盒為全新增量底盤輕量化為汽車輕量化市場的新藍海。汽車輕量化主要有四個領域，車身輕量化、底盤輕量化、動力系統輕量化與內外飾件輕量化。從性價比來看，由於簧下質量（懸掛以下的控制臂、卡鉗、輪轂等）減重性價比遠高於簧上質量（懸掛以上的車身結構件等），有著“簧下 1 公斤，簧上 10 公斤”的說法，底盤輕量化相較於車身輕量化性價比更高，而車身輕量化由於耗材量大、成本高，短時間內滲透率難以提升。從滲透率來看，鋁合金起初就用於動力系統中如發動機缸體、缸蓋等產品上，滲透率已比較高。內外飾輕量化由於材料與環保性的限制，還有待進一步發展。
3.1.底盤輕量化：汽車輕量化的新藍海底盤承載占比高，簧下輕量化為關鍵。汽車底盤作用在於支撐、安裝汽車發動機及其各部件、總成，成形汽車的整體造型，作為汽車三大部件之一，在汽車整車占比達 27%，位列汽車部件質量排名第三。汽車底盤承載著近 70%的汽車總重量，對於汽車行駛性而言，簧下質量每減輕 1Kg，帶來的效果等效於簧上質量減輕 5-10Kg，特別在汽車加速性能、穩定性能及操控性能等方面尤為明顯。汽車底盤是一個統稱，主要是由四大系統組成，即傳動系統、行駛系統、轉向系統和制動系統四部分組成。傳動系統：汽車發動機與驅動輪之間的動力傳遞裝置，具有減速、變速、倒車、中斷動力、輪間差速和軸間差速等功能，並具有良好的動力性和經濟性。行駛系統：將汽車各總成、部件連接在一起，起到支撐全車負荷的作用；緩解地面對汽車沖擊和振動，與轉向系統協調工作，保證汽車操作穩定性。轉向系統：幫助駕駛員通過轉向方向盤動作完成汽車轉向，從而改變汽車行徑方向。制動系統：汽車最重要的主動安全裝置，使行駛中的汽車按照駕駛員的要求減速、停車，同時保持上下坡車輛穩定及速度穩定。
底盤輕量化市場空間有望大幅增加。我們預計鋁制控制臂、副車架、轉向節、制動鉗輕量化產品滲透率將大幅提升，帶動市場份額的大幅增加，2019-2025 年CAGR 分別為 17%、21%、17%、25%。整體底盤輕量化市場有望從 2019 年的 137億元增長至 2025 年的 398 億元，實現 CAGR 為 19%的高增長。轉向節在底盤輕量化中最具性價比。按國際通行汽車油耗評價方法，對於乘用汽油車，每降低 100kg，最多可節油 0.39L/100km，基於對減重與油耗降低效果，以及減重成本的分析，目前轉向節是底盤輕量化中性價比最高的產品，預計目前轉向節滲透率已達 28%，主機廠接受程度較高。鋁合金轉向節市場：轉向節（羊角）是汽車轉向橋中的重要零件之一，能夠使汽車穩定行駛並靈敏傳遞行駛方向，轉向節的功用是傳遞並承受汽車前部載荷，支承並帶動前輪繞主銷轉動而使汽車轉向。在汽車行駛狀態下，它承受著多變的沖擊載荷，因此要求其具有很高的強度。
滲透逐步加速，規模可達近 80 億元。鋁合金轉向節目前在高端品牌車型（BBA）上幾乎全部覆蓋，滲透率高達 90%以上，而自主、合資品牌車型上使用較少，所有品牌平均滲透率僅為 28%，由於轉向節屬於小件零部件，在設計、加工上研發和量產速度都較快，而隨著底盤輕量化持續推進，鋁合金轉向節將由高端品牌向其他品牌逐步滲透，預計2025年滲透率可達60%，市場規模達78億元，2020-2025年CAGR為 20.6%。
國產鋁制轉向節加速推進。目前主要鋁制轉向節的需求來源於奧迪、寶馬、奔馳等高端車型，中低端車型對鋁制轉向節的需求不足。國外企業有 ZF、Brembo、Magna 等，其中 ZF 於 2019 年在張家港建立新底盤零部件工廠，生產鋁合金轉向節等輕質材料底盤部件。國內對轉向節器件生產技術研究逐步發展，綜合運用多種技術提高轉向節的生產效率以及質量。國內企業伯特利等企業采用了先進的制造工藝，憑借其差壓鑄造工藝與良好的生產一致性，已在底盤輕量化市場占得一定優勢；華域汽車隨著通用和大眾車型的穩定增長而擴張轉向節市場。
鋁合金副車架市場：汽車的副車架是車橋、車軸和差速器等懸架構件的支架，形成一個車橋總成，通過它再與汽車主車架進行剛性或柔性（橡膠或液壓襯墊）連接。在性能上主要目的是減小路面震動的傳入，以及提高懸掛系統的連接剛度，副車架的配置不僅提升車輛舒適性，而且有效提升底盤強度和操控性。
滲透成長空間大，價值規模增量高。由於鋁合金副車架單車配套價值在 3000 元左右，考慮到成本和加工工藝不成熟等因素，2019 年國內乘用車滲透率僅為 10%，但國內部分品牌已經開始使用，如威朗、速騰等。產品高價值量帶來的增量規模十分顯著，輕量化副車架市場規模在底盤零部件中位列第一，隨著制造工藝技術更新，材料逐年降本，2025 年滲透率預估達 25%，未來滲透率還有很大成長空間，市場規模可達 195 億元，相對 2020 年有 130 億元的增量規模，2020-2025 年 CAGR 為 24.4%。
國內企業已布局，國產替代將持續。鋁合金副車架對性能有較高要求及較高的准入門檻。大量的鋁合金副車架的需求來源於中高端，如奧迪 A6、A4 和 Q5，同時大眾旗下如邁騰、CC、途觀以及奔馳寶馬等多款車型也有應用。目前國外企業有Chassix、Pierburg 等企業，配套奔馳、寶馬、奧迪、通用等車型；國內企業已占據部分市場，其中萬安科技深耕三十餘年，鋁合金副車架業務每年保持 30%增長，形成年產 100 萬台套以上鋁合金副車架的產線規模，市場份額將持續提升。
鋁合金控制臂市場：汽車控制臂作為汽車懸架系統的導向和傳力元件，將作用在車輪上的各種力傳遞給車身，同時保證車輪按一定軌跡運動。汽車控制臂分別通過球鉸或者襯套把車輪和車身彈性地連接在一起，因此汽車控制臂應有足夠的剛性、疲勞強度和使用壽命。根據控制臂結構還可分為穩定杆連杆、橫拉杆、橫臂、控制臂、縱臂等。
產品種類多樣，規模可破 100 億。控制臂在前、後懸架系統中有更多的細分種類，產品種類的多樣加速了企業更加優化自身生產產品的質量，形成先進技術工藝和專業加工制造設備的優勢。據測算 2019 年鋁合金控制臂滲透率為 19%，市場規模為40.1 億元，隨著企業繼續推進自身產品不斷滲透，通過制造工藝改進生產效率、降低生產成本，預計 2025 年鋁合金控制臂市場規模可達 104 億元，滲透率達到 40%，2020-2025 年 CAGR 為 20.5%。
國內車企加速布局，國產替代逐步實現。控制臂作為懸架的導向元件和傳力元件對零件強度有較高要求，其制造工藝複雜，門檻高。目前鋁控制臂市場上 ZF、Chassix 跨國集團為主要國外供應商，其中 Chassix 在納布裏斯及捷克托設立工廠為汽車業生產鋁合金支架、控制臂等。國內拓普集團於 2015 年實現量產鍛鋁控制臂，2017 年 12 月收購福多納，納入鍛鋁控制臂等底盤輕量化業務，目前已進入特斯拉、吉利、比亞迪等供應鏈，電動化發展及新客戶訂單的持續突破將提升鋁制控制臂的成長空間。
鋁合金制動卡鉗市場：制動卡鉗是向刹車盤施加作用力的部件，刹車總泵產生的液壓最終作用在卡鉗內部的活塞上，活塞擴張之後會將刹車片推向刹車盤，從而起到減速或者停車的作用。體量空間尚小，市場逐步打開。制動卡鉗目前在國內市場上滲透率很低，除了豪華品牌部分車型能夠改裝鋁合金制動卡鉗外，自主、合資品牌很少使用鋁合金制動卡鉗，2019 年市場滲透率僅為 6%，規模為 5.4 億元。考慮到鋁合金制動卡鉗在減震、降速、平穩性上有更強的優勢，隨著消費者駕車體驗需求升級，鋁合金制動卡鉗需求將有望得到提升，單車配套價值也將增長（2輪到 4輪），預計 2025年市場規模達 21億元，滲透率達到 20%，2020-2025 年 CAGR 為 28.7%。
外資企業占比高，國內車企逐步布局。目前鋁合金制動卡鉗以外資企業占比多，包含 brembo、ZF 等知名企業，配套了從豪華品牌到普通品牌的大部分車型。其中布雷博制動系統 55%應用於高端乘用車，45%應用於普通車型，2019 年南京工廠投產可生產 150萬件制動卡鉗配套；國內市場中，文燦股份擬收購百煉集團，若收購成功則將大幅提升公司在鋁合金刹車鑄件領域的市場地位；同時伯特利專注制動領域 17年，憑借其差壓鑄造工藝與良好的生產一致性，已在底盤輕量化市場占得一定優勢，目前對鑄鋁卡鉗進行研發，預計通過自主研發打開鋁制動卡鉗市場，逐步擴張市場份額。
新能源汽車底盤規模可達 300 億元以上。我國新能源汽車產銷量連續 4 年位居世界首位，中汽協數據顯示，2019 年我國新能源汽車銷量為 120.6 萬輛，同比減少4%，主要受新能源政策退坡及 2018年高基數影響。根據三部委印發的《汽車產業中長期發展規劃》，要求我國 2025 年新能源汽車銷量占總銷量 20%以上，預計 2025 年我國新能源汽車銷量將達到 600 萬輛，CAGR 達 31%。2019 年我國新能源汽車底盤輕量化市場規模為 45.6 億元，隨著新能源汽車產銷持續增長，輕量化材料逐步滲透，預計 2025 年新能源汽車底盤輕量化市場規模達約 320 億元，CAGR 達 38%。
底盤材料輕量化，滲透率增長空間大。2019 年國內主力新能源車型均開始采用輕量化底盤方案。以廣汽 AionS、上汽 MarvelX 為主的純電動車型目前均大量采用輕量化底盤結構，轉向節、控制臂、副車架均使用鋁合金材料，其他相對經濟型的車型目前采用部分鋁合金的部件。據測算，2019 年轉向節、控制臂、副車架輕量化滲透率分別為 27%/25%/18%，未來隨著輕量化材料成本下降、制造工藝逐步升級，輕量化底盤零部件將加速滲透，預計 2025 年轉向節、控制臂、副車將鋁合金滲透率可達80%/80%/50%，滲透率增長空間大。電池盒貢獻量多，副車架成長性高。新能源汽車較傳統汽車在底盤上多裝配了電池盒，電池盒與底盤系統結合作為汽車底部的承載部分。由於國內汽車鋁制電池盒單車配套價值量為 3000 元以上，國外價格單車配套價值更高，電池盒對底盤輕量化市場規模貢獻最大；鋁制副車架單車價值在 2500-3000 元左右，目前滲透率較低，市場規模成長性高。考慮新能源汽車高速增長帶動汽車輕量化需求提升，在市場需求和政策導向雙重刺激下，預計 2025 年國內新能源汽車鋁電池盒、副車架市場規模分別為 180/75 億元，CAGR 分別為 31%/55%。
3.2.車身輕量化：熱成型高強度鋼為核心 鑒於性能與成本雙重考慮，車身以鋼材為主。白車身作為整車占比最高的部分（25%-40%），通過使用輕量化材料（如鋁合金）可降低車身 40%-60%重量，由於發動機、變速箱等機械部件受限於強度、設計、結構等方面存在較大的輕量化難度，車身作為駕駛艙的安全壁壘，其輕量化更受青睞。由於鋼材在屈服強度、拉伸強度、延伸率等性能上都較其他輕量化有著明顯安全性能優勢，，因此鋼材在車身上的使用面積更多。同時成本昂貴也成了限制車身使用大量輕量化材料的重要原因，鋁合金的原材料價格為鋼材的 3-4 倍，由於鋁制車身各零部件之間的連接工藝目前並不成熟，成品率低，專業設備配置要求高，加工工藝的成本較已形成成熟體系的鋼材貴 10 倍左右，使得當前鋁制車身尚未得到廣泛的普及。
熱成型工藝可顯著提升鋼鐵材料性能。熱成型工藝是將特定鋼材原料加熱到奧氏體溫度區間（900°C 以上）之後輸送到液壓機上，在鋼板仍具有延展性時進行沖壓，然後迅速冷卻。一般的高強度鋼板的抗拉強度在 400-450MPa 左右，采用熱成型工藝制造而成的高強度鋼材抗拉強度可提高至 1300-1600 MPa，為普通高強度鋼的 3-4 倍，顯著提升了材料的強度與機械安全性。
熱成型高強度鋼是車身輕量化的核心材料。通過熱成型工藝加工而成的高強度鋼抗拉強度和屈服強度極高，因此用於車身的關鍵結構如 A 柱、B 柱、C 柱、車門防撞梁、前後保險杠等關鍵位置作為保護乘客的核心安全結構件。1）安全方面，熱成型高強度鋼制成的車身關鍵結構可以顯著提升汽車車身的抗撞能力，減小碰撞過程中的駕駛艙形變，有效的保護乘客在行駛碰撞中的生命安全。如中保研正面偏置碰撞測試中，在汽車發動機艙幾乎全部潰縮的情況下，采用熱成型高強度鋼制成的結構件仍能保持原型，顯著增加成員安全性。2）輕量化方面，高強度鋼可以通過比較小的厚度達到設計的強度要求，也不需要加強板對關鍵部位進行加固，因此采用高強度鋼制作的關鍵結構可以顯著減少零部件重量達 20%-30%，從而實現輕量化目標。如奧迪 A8 全鋁車身的關鍵結構仍采用了一定比例的高強度鋼。
熱成型產業的國產替代已逐步實現。早期國內的熱成型產品主要由本特勒、海斯坦普等巨頭壟斷，中國的第一條熱成型生產線於 2005 年由本特勒長瑞汽車系統長春有限公司建成。目前全世界共有 400條以上的熱沖壓生產線，中國地區已有 100餘條，國內主要的熱成型企業有淩雲股份、東風天汽模、寧波華翔、重慶寶吉、屹豐集團等。國內企業已經基本實現外資與自主抗衡的局面，國產替代進行時。
3.3.內外飾輕量化：改性塑料占比高 汽車內飾材料多，改性塑料占比 60%。改性塑料相比金屬材料具有更低的密度和更高的比強度，目前汽車內飾主要塑料主要有 PP、ABS、PU 等。2019 年內飾改性塑料需求為 187 萬噸，單車用量為 145Kg。目前改性塑料在汽車內飾用料中所占的比例達 60%，隨著塑料內飾的使用不僅帶來汽車輕量化，同時提升在阻燃、強度的安全性，材料體驗的舒適性及易於回收的環保性，預計 2025 年汽車內飾改性塑料需求為 328 萬噸，單車用量達 180Kg。
輕量化效果低，受限成本壓力。由於汽車內飾件在汽車中占比中僅為 10%左右，改性塑料輕量化效果較使用前減重約 30%-50%，等效整車減重僅占 3%-5%，內飾材料更多考量駕駛艙安全性及舒適性。同時內飾件的改性塑料價格均較高強度鋼（6000 元/噸）更高，材料成本壓力及加工工藝的複雜限制改性塑料用量的快速增長，但未來市場規模仍然可期。3.4.動力系統輕量化：結構優化部件多 發動機為全車心髒，成本占比達 18%。動力總成作為汽車的動力源，決定了整車的駕駛性能，動力系統包括發動機、燃油系統、排管裝置等，其中發動機作為全車心髒，占到汽車整車質量 12%左右，同時成本占全車比例達 18%，在全車質量、成本上均占較高比例。發動機的輕量化不僅可以提高汽車動力性、節省材料、降低成本，還涉及整車的質量分布，影響汽車駕駛平穩性及安全性。
結構優化部件多，輕量化提升空間大。發動機缸體內有近萬個零部件，部件多樣使發動機缸體的輕量化有較大提升空間，目前結構優化主要通過拓撲優化分析相關零件結構並進行尺寸優化和形狀優化，降低零件重量並同時降低零件成本；同時通過不同零件功能組合，進行零件模塊化設計，減少零件數量，提高模塊通用性，從而實現輕量化效果。
發動機用鋁量高，應用占比達 30%。與傳統鑄鐵發動機相比，鋁制發動機質量可減輕 20%-30%，同時鋁合金散熱快，對發動機的保護起到關鍵性的作用。目前乘用車發動機蓋及缸體鋁合金使用率均達到 80%以上，發動機零部件占汽車用鋁量的近 30%，受益於輕量化主題推進，鋁合金發動機將快速實現乘用車全覆蓋，用量也將逐步提升。4.總結及投資建議（詳見報告原文）……（報告觀點屬於原作者，僅供參考。報告來源：華西證券）如需報告原文檔請登錄【未來智庫】。
《汽車輕量化行業深度研究與投資策略》完，請繼續朗讀精采文章。
喜歡 小編的世界 e4to.com，請記得按讚、收藏及分享！