技術(shù)貼 | 輕盈伴“鋁”：鋁合金底盤零部件主打汽車輕量化下半場

【參展聯(lián)系：馬小姐 15121196695 同V】

3.3 與鋁同行：掘金底盤鋁合金輕量化細分領(lǐng)域

3.3.1 鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)市場

轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車底盤的最重要的零部件之一，能夠使汽車穩(wěn)定行駛并靈敏傳遞行駛方向， 近似于人的手腕腳腕。轉(zhuǎn)向節(jié)的主要功用是傳遞并承受汽車前部載荷，支承并帶動前 輪繞主銷轉(zhuǎn)動而使汽車轉(zhuǎn)向。在汽車行駛狀態(tài)下，它承受著多變的沖擊載荷，因此， 要求其具有很高的疲勞強度。

鋁合金的疲勞強度不如球墨鑄鐵。然而經(jīng)過合理 CAE 后的鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)，通過幾何 尺寸上的優(yōu)化，完全可以滿足承受載荷的要求。傳統(tǒng)上轉(zhuǎn)向節(jié)由球墨鑄鐵材料經(jīng)過鑄 造、機加工工藝制成。每個安裝有獨立懸掛的車輪均對應(yīng) 1 個轉(zhuǎn)向節(jié)，A 級 SUV 的 每個轉(zhuǎn)向節(jié)重約為 5kg。平均每應(yīng)用一個鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)，車重可以降低 2kg 左右。如 前文所述，轉(zhuǎn)向節(jié)鋁合金輕量化的全周期邊際投入產(chǎn)出比（生命周期油費降低/零部 件成本上升）為 33.3，是性價比最高的輕量化領(lǐng)域之一。

近年多數(shù)豪華品牌已經(jīng)在多個車型上應(yīng)用鑄鋁材質(zhì)的轉(zhuǎn)向節(jié)以減輕簧下質(zhì)量。我們所 調(diào)查的豪華品牌車型中，鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)的滲透率達到了 93%。普通品牌車型鋁合金 轉(zhuǎn)向節(jié)的滲透率僅有 21%，近年卻有許多車型正逐漸切換為鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)。

到 2025年中國乘用車市場的鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)的滲透率有望達到當前豪華品牌的滲透率 水平，即 90%左右。屆時將對應(yīng) 51 萬噸的鋁合金用量，以及 174 億的市場容量。相 對 2017 年，市場容量的絕對增量為 134 億元，CAGR=20%。

3.3.2 鋁合金懸架系統(tǒng)——控制臂市場

控制臂是底盤懸架系統(tǒng)的重要二級零部件，連接轉(zhuǎn)向節(jié)與副車架，近似于人的小臂和 小腿?？刂票鄣某叽绾途C合力學性能對車輛的操控、安全等性能有非常重要的作用。

早期的控制臂多采用鑄鐵、鑄鋼或鋼板沖壓焊接制成。隨著計算機輔助設(shè)計與制造 （CAE、CAM）技術(shù)的提高，鋁合金在強度上的劣勢可以被經(jīng)過優(yōu)化的造型和制造 技術(shù)所彌補。鍛造和鑄造鋁合金控制臂正在逐步替代鋼和鑄鐵控制臂。

懸架系統(tǒng)主要分為麥弗遜、雙叉臂、多連桿和扭力梁四種形式。其中麥弗遜、雙叉臂 和多連桿為獨立懸架，各自對應(yīng)不同形式的控制臂，并都可以采用鋁合金材料。扭力 梁為非獨立懸架，主要應(yīng)用在小型車上，沒有控制臂。

麥弗遜、雙叉臂和多連桿三種形式懸架的典型控制臂重量分別為每個車輪 10kg,18kg,21kg。采用鋁合金材料制成的控制臂，可以在原有基礎(chǔ)上減重 40%。

在豪華品牌車上，根據(jù)我們對 2017 年中國市場銷量排名前 15 車型的調(diào)研，鋁合金 控制臂的滲透率已經(jīng)達到 48%。豪華品牌車型的前懸架為麥弗遜、雙叉臂和多連桿 三種形式并存，后懸架主要是多連桿。豪華車型上雙叉臂和麥弗遜懸架的控制臂以鋁 合金材料為主。

普通品牌車型上，目前鋁合金控制臂的滲透率僅有 2.7%，成本是主要的原因。普通 車型的前輪主要是麥弗遜懸架，后輪除了多欄桿懸架以外，近半數(shù)采用了不能使用鋁 合金材料的扭力梁懸架。然而近年隨著對更好的燃油經(jīng)濟性和操控的追求，鋁合金控 制臂在普通品牌上的應(yīng)用發(fā)展較快，大眾速騰、帕薩特，日產(chǎn)軒逸、逍客、奇駿，現(xiàn) 代朗動等主流車型都不同程度地應(yīng)用了鋁合金控制臂。

鋁合金控制臂的主要制造工藝為鍛造、鑄造、機加工、裝配，單車價值在 500~1000 元。單車鋁合金控制臂替換可以減重 13.1kg，所帶來的額外成本為 447 元。然而， 這個輕量化變更使車輛在整個生命周期中節(jié)約的燃油費用高達 2718 元

隨著輕量化的深入，我們預(yù)計未來鋁合金控制臂將被應(yīng)用在全部或絕大多數(shù)豪華品牌 車型中。普通車型上鋁合金控制臂的滲透率將在 2020 年達到 16%，即美國乘用車市 場當前的水平，在 2025 年達到 30%。鋁合金控制臂在全市場滲透率提升的其他驅(qū)動 力包括豪華品牌份額的不斷上升，以及不適用鋁合金的扭力梁懸架份額的下降。

我們預(yù)計到 2020 年，單車鋁合金控制臂的平均用量將從現(xiàn)在的 1.1kg 提升到 4kg， 并在 2025 年進一步提升到 6.9kg。按照豪華車份額到 2025 年提升到 15%的預(yù)計， 屆時將對應(yīng) 24 萬噸的鋁合金用量，以及 82 億的市場容量。相對 2017 年，市場容量 的絕對增量為 72 億元，CAGR=30%。

3.3.3 鋁合金懸架系統(tǒng)——副車架市場

副車架是前后車橋的骨架和主要組成部分。懸掛和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過它與車身相連接，相 當于人的肩與髖關(guān)節(jié)。副車架能夠阻隔振動和噪聲，減少其直接進入車廂的比例。

隨著鋁合金加工和連接工藝的成熟，鋼制副車架可以用鋁合金來替代。副車架的傳統(tǒng) 生產(chǎn)工藝是先將鋼板沖壓變形成為副車架組件，再通過二氧化碳氣體保護焊等工藝焊 接成形。單個鋼制副車架的重量為 15~25kg，采用鋁合金材料制成的副車架，可以 在原有基礎(chǔ)上減重 40%。

鋁合金副車架目前在國內(nèi)乘用車市場的滲透率僅為 2.2%，在國內(nèi)多種中高檔車型上 已經(jīng)批量應(yīng)用。而在普通車型上廣泛應(yīng)用的障礙主要在于成本和供應(yīng)商的集成能力。副車架是總成件，需要通過焊接、鉚接等工藝把多種通過不同工藝制成的次級零部件 連接起來，工藝復(fù)雜，成品率低，導致總成本偏高。另外鋁合金副車架對空間占用大， 影響其他零部件的空間布置（相對于鋼材，由于要保持強度不變，鋁合金產(chǎn)品的體積 較大）。因此鋁合金在副車架上的滲透率低于轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂等單體零部件。

鋁合金副車架行業(yè)的進入壁壘相對較高，低成本、上游零部件供應(yīng)商通常不具備打破 壁壘的能力。鋁合金副車架的復(fù)雜性導致其需要通過復(fù)雜的試驗驗證，才能量產(chǎn)供貨。同時，由于副車架運輸不便，副車架供應(yīng)商的工廠必須安排在整車廠附近以降低運輸 和質(zhì)量成本。通常只有已經(jīng)作為系統(tǒng)供應(yīng)商為主流整車廠配套底盤系統(tǒng)（如懸架、制 動）等的零部件供應(yīng)商，才有能力開發(fā)鋁合金副車架。

然而，由于鋁合金副車架減重效用明顯，輕量化所對應(yīng)的效用也非常明顯。

即使按照到 2025 年鋁合金副車架滲透率達到 20%的保守估計，屆時將對應(yīng) 21 萬噸 的鋁合金用量，以及 91 億的市場容量，相對 2017 年增量為 83 億元，CAGR=36%。

3.3.4 鋁合金制動系統(tǒng)零部件市場

鋁合金在制動系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是在盤式制動器的制動鉗殼體上。制動鉗殼體用于安 裝、保護制動活塞和制動摩擦片，充納制動液，并與制動鉗支架配合，確保能夠精密 控制制動摩擦片的運動軌跡。

由于制動鉗殼體對于材料強度的要求沒有制動支架等其他制動系統(tǒng)零部件高，鋁合金 是很好的輕量化替代品。當前多數(shù)制動鉗殼體采用球墨鑄鐵材質(zhì)，經(jīng)過鑄造、機加工 的工藝制成。每個前制動鉗殼體重量約為 2.5kg，后制動鉗殼體重量約為 1.5kg，采 用鋁合金材質(zhì)可以減重 40%左右。由于后輪制動鉗殼體重量低，成本低，目前一些 中高端車型的后輪制動鉗殼體已經(jīng)采用了鋁合金材質(zhì)。

鋁合金制動鉗殼體目前在國內(nèi)乘用車市場的滲透率僅為 2%左右，但性能與制造工藝 并不構(gòu)成鋁合金制動鉗殼體的應(yīng)用阻礙。過往鋁合金滲透率不高的主要原因是制動系 統(tǒng)（Tier1 供應(yīng)商提供）市場集中度低，競爭激烈，Tier1 供應(yīng)商沒有動力主動大規(guī)模 應(yīng)用成本較高的鋁合金制動鉗殼體。在對零部件成本不敏感的跑車和高端豪華品牌 （如保時捷）領(lǐng)域，意大利廠商 Brembo 作為鋁合金制動鉗的主要供應(yīng)商已經(jīng)有了長 久的供貨經(jīng)驗。隨著輕量化推動力的不斷加強以及 Tier1 市場集中度的提升，鋁合金 的市場滲透率將快速提升，未來鋁合金制動鉗殼體的需求將出現(xiàn)放量。

按照到 2025 年鋁合金滲透率達到 70%的估計，屆時將對應(yīng) 25 萬噸的鋁合金用量， 以及 63 億的市場容量，相對 2017 年增量為 62 億元，CAGR=60%。

鋁合金制動鉗殼體制造商一般作為 Tier2/3 供應(yīng)商，通過系統(tǒng)供應(yīng)商(Tier1)，車橋裝 配廠（Tier1 或整車廠自營）供給整車廠。對于制動系統(tǒng)來說，通常 Tier2/3 沒有設(shè)計 和驗證的能力，僅負責制造。Tier1 負責設(shè)計、驗證以及產(chǎn)業(yè)鏈上下的溝通協(xié)調(diào)，與 整車廠直接簽訂合同，在產(chǎn)業(yè)鏈中的附加值較高。

法資企業(yè)百煉作為行業(yè)龍頭，占有中國市場的大部分市場份額。寧波科達近年鋁合金 殼體業(yè)務(wù)快速發(fā)展，2017 年銷量 0.35 億元，近 3 年 CAGR=168%，是廣汽乘用車、 菲亞特克萊斯勒、吉利等主流車企的供應(yīng)商。

Tier1 一般作為制動鉗殼體的設(shè)計方，用鋁合金制動鉗殼體裝配成制動器總成供給整 車廠。Tier1 供應(yīng)商中，華域汽車(28.360, 0.00, 0.00%)與大陸汽車合資的上海汽車制動系統(tǒng)有限公司以及 亞太股份(5.450, 0.00, 0.00%)近年鋁合金制動器的市場份額較大，覆蓋了多個主流車企。

4. 其他鋁合金輕量化市場：關(guān)注下游需求

鋁合金在其他汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用主要分三類：

? 各種功能模塊（如電機、熱管理系統(tǒng)、變速箱、動力總成）的外殼和托架；輪轂；車身結(jié)構(gòu)件、覆蓋件。

前兩者中鋁合金的主要形式為壓鑄零部件，車身上應(yīng)用的主要形式為鋁擠壓和沖壓鋁 合金。

4.1 壓鑄類鋁合金輕量化零部件市場集中度提升

壓鑄鋁合金零部件市場未來的增長將主要來自于乘用車產(chǎn)銷量的增長。在多數(shù)壓鑄類 鋁合金零部件的應(yīng)用場合，鋁合金的滲透率已經(jīng)很高，達到 80%以上。甚至在轉(zhuǎn)向 機殼體等領(lǐng)域，一些廠商已經(jīng)在研究利用更加輕質(zhì)的材料，如碳纖維和塑料來替代鋁 合金。鋁合金在壓鑄鋁輪轂行業(yè)的滲透率也已經(jīng)很高，市場競爭充分。

由于市場已經(jīng)較為穩(wěn)定，技術(shù)成熟，壓鑄鋁合金零部件廠商之間的競爭將加劇。隨著 國內(nèi)乘用車市場增速放緩，汽車零部件供應(yīng)商的高運營杠桿對利潤的影響將逐漸加大。

4.2 車身鋁合金零部件不確定性高

車身結(jié)構(gòu)件和覆蓋件目前主要仍以普通鋼材、高強度鋼材為主，鋁合金的滲透率不足 3%。隨著輕量化的深入，鋁合金的應(yīng)用有望顯著增長。然而，車身設(shè)計變更涉及到 的范圍很廣，總成本高，乘用車企業(yè)在變動車身主要材質(zhì)時需要做的考量遠多于輕量 化底盤單個零部件。同時，車身輕量化的相對效用也沒有底盤等簧下質(zhì)量輕量化高。 隨著成本相對較低的高強度鋼在車身結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用的推廣，未來可能有更多的整車廠 選擇鋼鋁混合車身，全鋁車身推廣的不確定性將會越來越高。

目前車用鋁材市場中，諾貝麗斯等跨國巨頭已經(jīng)推出了成熟的產(chǎn)品，國內(nèi)企業(yè)作為后 發(fā)，追趕的難度較大。未來鋁合金車身零部件的設(shè)計與制造可能分散到整車廠、零部 件供應(yīng)商以及鋁材供應(yīng)商等多個環(huán)節(jié)。

4.3 鋁合金壓鑄設(shè)備市場將受益于下游需求提升

鋁合金壓鑄工藝所采用的專用設(shè)備與傳統(tǒng)的鋼鐵鑄造設(shè)備差異很大，不能通用。鑄鐵 生產(chǎn)線的供應(yīng)商均不能生產(chǎn)鋁合金壓鑄生產(chǎn)線。由于鋁水密度低，流動性不如鐵水， 許多鋁合金零部件在鑄造時只能采用專用的壓鑄設(shè)備以避免出現(xiàn)澆不足、砂孔和縮松 等缺陷。相對于傳統(tǒng)的重力鑄造生產(chǎn)線，壓鑄生產(chǎn)線對流體、系統(tǒng)集成等方面都有更 高的要求，之前被國外企業(yè)所壟斷。

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