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作为被长期忽视的细分赛道,汽车玻璃在过去的十余年里面积缓慢增长,单车价值量也基本维持一个稳态水平(国内 600-900 元/车),但是今年开始,随着 HUD 成本下降,科技、智能、网联需求加大,伴随特斯拉的国产化和 L3 级别新能源车型快速推出,汽车玻璃行业发生了较为积极的变化,单车价值量有望发生较大幅度的提升。
我们认为,未来几年全玻璃车顶(单车面积增加)和高附加值(单平米价值量增加)汽车玻璃从技术端和消费端两方面有望实现量产加速,技术端方面,随着汽车玻璃功能逐渐解禁,传统天窗带来的高温、高辐射、无遮蔽性从技术上的获得可解决方案(隔热解决温度问题、镀膜解决紫外线问题,智能调光解决私密性问题)后,有望加速量产;消费端方面,今年开始,随着特斯拉带起来国内智能车型量产加速,其中热门配置全景天幕(全玻璃车顶)、HUD 等量产有望加速。
引言
电动智能化背景下,汽车玻璃成为零部件又一细分优质赛道
作为被长期忽视的细分赛道,汽车玻璃在过去的十余年里面积缓慢增长(每十年10%-20%),单车价值量也基本维持一个稳态水平(国内 600-900 元/车),但是今年开始,伴随特斯拉的国产化和 L3 级别新能源车型快速推出,汽车玻璃行业发生了较为积极的变化,单车价值量有望发生较大幅度的提升。新故事要从特斯拉说起——
1) “全玻璃车顶”为特斯拉一大标签。和大部分传统车企车顶的前档 顶棚(或有小 天窗) 后档所不同的是,特斯拉自 Model S/X/3 发售之初即推出了大面积天窗玻璃,基本取代了原有顶棚的面积。以特斯拉 Model S 为例,此款 C 级轿车的车顶采用前档 天窗 1 天窗 2 后档四块玻璃,几乎打造了一个“全玻璃车顶”。、
特斯拉 Model 3 的车顶采用前档 天窗 后档三块玻璃,车顶“全玻璃化”程度进一步提升。
2) 特斯拉国产版 2020 年交付,有望成为中国“街车”。2019 年特斯拉开启国产化建设以来,Model 3 多次降价,截至目前Model 3 国产标准续航版本补贴后价格调至 27 万元,国产长续航版本价格调至 34 万元,在牌照价格高企的一线城市具备极高的购置性价比。2020 年 1 月国产版特斯拉 Model 3 自交付以来, 销量持续占据榜首,是第二三四名车型销量总和,上万的月销量已经直接冲击 奔驰 C/E 级、宝马 3 系销量,爆款潜质凸显。
3) 类比智能手机,智能汽车的外观有可能会越来越趋同,回顾“老人机”时代,滑 盖、翻盖设计百花齐放,各花入各眼,而到苹果开创的“智能机”时代后,智能手机的外观逐渐趋同,大屏化 轻薄感成为最核心趋势,而发展到最后,各品牌的智能手机基本都推出来极致大屏(6-7 寸全面屏) 轻薄手感(8-9mm 厚度),手机在外观上可调节的地方浓缩在厚薄程度、屏幕大小和曲面(立体度),总结来看就是当前手机外观非常一致地呈现为全面屏和立体感趋势。
智能汽车在外观上着力调节的地方:车身流线(轿跑 运动姿态)、车灯(贯穿灯带的灯语)、玻璃车顶(大面积),营造抓人感。
4) 特斯拉的横空出世,正如苹果手机的横空出世,打造了智能汽车外形设计的一 个理想范本。其他车型竞相追逐特斯拉外形设计元素,其中车顶玻璃化是一大 重点跟随元素(后续上市的小鹏/比亚迪/北汽新能源/蔚来/长安等车型纷纷采用玻璃车顶设计)。
5) 我们认为,未来几年全玻璃车顶(单车面积增加)和高附加值(单平米价值量增加)汽车玻璃从技术端和消费端两方面有望实现量产加速,技术端方面,随 着汽车玻璃功能逐渐解禁,传统天窗带来的高温、高辐射、无遮蔽性从技术上 的获得可解决方案(隔热解决温度问题、镀膜解决紫外线问题,智能调光解决 私密性问题)后,有望加速量产;消费端方面,今年开始,随着特斯拉带起来 国内智能车型量产加速,其中热门配置全景天幕(全玻璃车顶)量产有望加速。
汽车玻璃分类
根据应用类型分类——单车面积相关
汽车玻璃的面积约占汽车表面积的 1/3。根据应用部位,汽车用玻璃主要包括前风挡玻璃、后风挡玻璃、门玻璃、天窗玻璃和前/后角窗玻璃等。汽车玻璃要求具有 良好的光学性能和力学性能,同时还要求具备耐磨性、耐热性、安全性、密封性和隔音性等性能,以保障乘员的驾驶和乘坐安全。
汽车前/后风挡玻璃一般都做成整体一幅式的大曲面型,上、下、左、右都有一定 的弧度。从空气动力学的角度而言,当车速超过 100 km/h 时,迎面气流在流经曲面玻璃时可减少涡流和紊流,从而相应地减少车辆的空气阻力。同时,车窗框边与车身表面形成平滑过渡,使风挡玻璃与车身轮廓浑然一体,也有效地降低了整车的 风阻系数。
根据加工工艺分类——单平米价值量相关
汽车安全玻璃品种较多,按照加工工艺可以分为夹层玻璃、钢化玻璃、区域钢化玻璃、中空安全玻璃、塑玻复合材料,各有优缺点。目前,我国汽车安全玻璃以夹层玻璃及钢化(含区域钢化)玻璃为主。除了主要的安全功能外,汽车玻璃还有许多附加功能,在兼顾安全性的基础上附加了调光、憎水、抬头显示、隔热、天线、电加热等功能,可以有效地改善车内舒适性,增加汽车玻璃的功能性,其中电加热、 调光、天线等功能发展较快,在多数车型中得到越来越多的应用。
夹层玻璃和钢化玻璃是应用最广泛的汽车玻璃,其中:
夹层玻璃是由至少两层玻璃原片和一层或多层 PVB 胶片(聚乙烯醇缩丁醛)经加热、加压粘合而成的一种复合玻璃,常用的夹层玻璃一般有 3 层。由于在玻璃中间有 PVB 膜,玻璃破碎后,玻璃碎片仍然粘在 PVB 上不剥落,不伤人并能保持一定的视野,具有安全性。夹层玻璃具有很高的强度和韧性,抗碰撞能力强,安全可靠,透明度高。汽车前风挡玻璃普遍采用夹层玻璃,对乘员起到安全保护的作用。夹层 玻璃相比传统钢化玻璃而言主要能实现三种功能:隔音和隔绝紫外线、轻量化以 及碰撞安全性。
钢化玻璃是将平板玻璃或浮法玻璃加热到软化点附近之后骤冷而制成的高强度玻璃。与普通玻璃破碎以后形成的锋利尖角相比,钢化玻璃破碎以后形成的细碎颗粒,大大降低了对人体的伤害。但钢化玻璃在存放和使用时,由于“内应力”的作用容易发生“自爆”现象,而且经碰撞以后,产生的裂纹网过于稠密,使玻璃碎片容易掉落, 增大了乘员受伤的风险,所以区域钢化玻璃应运而生。区域钢化玻璃通过采用特殊 的热处理方法控制钢化玻璃碎片的大小、形状及其分布区域,以避免二次事故的发生。钢化玻璃多用于后风挡玻璃、门玻璃和天窗玻璃。
汽车玻璃单车面积提升
全玻璃车顶已经成为近年来新车市场上的一种新潮流。国产新能源汽车推出的概念车以及 2020 年新上市、即将上市的传统车系和新能源汽车中,全玻璃车顶也成为了一个特别的宣传热点。特斯拉 Model S/X/3 的配置就为全玻璃车顶,该自带科技感的外形元素成为后续上市智能汽车的新卖点。我们认为,特斯拉在新能源汽车以 及汽车行业中的范本作用也预示着未来汽车行业新车配置的车顶发展趋势,全玻璃车顶配置车型将越来越多。
与传统车顶相比,全玻璃车顶采光更好、设计更具时尚感、更轻量化帮助电动车减 重,同时头部空间更充裕。在玻璃车顶这一概念出现之前,车顶基本为皮内饰和金 属顶构成。在之后,由于智能汽车设计革新尤其是特斯拉等新能源汽车对科技感外 形和车辆流线型的追求,开始有大块玻璃车顶的出现。汽车顶部也经过了金属顶— 玻璃天窗—全景天窗—全玻璃车顶的发展,车顶配置选择越来越丰富,这也将是汽 车玻璃行业的新增长点。
全玻璃车顶“上车”,单车玻璃面积的增加促使汽车玻璃行业在“量变”上受益。因全 景天窗已经是较大的车顶玻璃配置选项,下面对比全景天窗玻璃尺寸和 2020 款已经上市或即将上市的全玻璃车顶配置车型的车顶玻璃尺寸。
首先选取几款已经上市的主流豪华品牌中型 SUV 全景天窗尺寸进行对比。
单从尺寸来看,主流豪华品牌 SUV 全景天窗尺寸一般在 0.5-1.0平方米,可开启面积一般小于 0.5平方米。如果同时对比其他紧凑型 SUV 全景天窗面积,全景天窗面积一般来说也是小于 1 平方米,例如,途观天窗整体面积 0.819 平方米,可打开面积 0.426 平方米;奇骏天窗整体面积 0.666 平方米;现代 ix35 天窗整体面积0.77 平方米,可打开面积 0.389 平方米。
而全玻璃车顶配置车型的车顶玻璃面积一般至少是大于 1 平方米,很多车型全玻璃配置玻璃面积甚至达到 2.5 平方米以上,达到全景天窗尺寸的 2-3 倍,这也就使得汽车玻璃单车玻璃面积的“绝对”上升。特斯拉 Model 系列给智能车型未来外观设计开了一个好头,全玻璃车顶也势必成为未来国产新能源智能汽车吸引消费者很重要的一个点。就 2020 年新发布的国产新能源智能汽车来看,蔚来 EC6 配置来2.1 平方米的超大全玻璃车顶,将在 2020 年 7 月正式上市,北汽新能源Arcfox 配置的全玻璃车顶尺寸甚至达到了 2.6 平方米,该车型已经于 2020 年 4 月 23 日上市。而就部分已经上市和即将上市的豪华车型来看,奥迪 e-tron GT(预计 20 年末上市),将采用全玻璃车顶配置(选配);卡宴 Coupe 已经采用全玻璃车顶配置,车顶玻璃尺寸达到 2.16 平方米之大,采光效果优越、外形吸引力十足,该款车型在2019 年8 月19 日也已经上市。就已知数据和各个车企新发布的汽车外形趋势,我们预测,未来全玻璃车顶配置(单车玻璃面积增加)量产有望加速。
汽车玻璃单平米价值量提升
汽车玻璃除了主要的安全功能(钢化、夹层)外,还有许多附加功能。近年来汽 车玻璃越发趋于功能化和智能化,本部分从安全舒适、智能控制、节能环保、美 观时尚四个方面梳理汽车玻璃细分产品的特性及前瞻技术。
上述玻璃技术已经在部分车型有搭载,有的是标配有的是选配,且价格不一。
安全舒适:隔音玻璃、电加热玻璃、憎水玻璃
(1) 隔音玻璃
隔音性能的需求催生出高性能的隔音玻璃。一般的夹层玻璃实际上中间夹的东西是聚乙烯醇缩丁醛为主要成分的 PVB 中间膜(这样的玻璃俗称“PVB 玻璃”)。但专业的隔音玻璃中间夹的东西是隔音膜(隔音阻尼胶),它对声音传播的弱化和滤除能起 到关键作用,具有隔音功能的玻璃产品实际上是一种夹层玻璃。而夹层玻璃中的隔音膜(隔音阻尼胶)如果越柔软、越富有弹性,就越能增加其夹层玻璃的隔音阻尼系数,从而提高夹层玻璃的隔声量。普通 PVB 玻璃的隔声量只有 28-34 分贝,隔音膜(隔音阻尼胶)的隔声量可以达到 35-40 分贝甚至更高。一般车辆会在前排、后排或全车使用隔音玻璃。含有普通 PVB 中间夹层的安全玻璃,拥有优于钢化玻璃的隔音性能,已被大量应用于汽车风窗玻璃。但是普通 PVB 中间夹层并非专为阻隔噪声(NVH)而设计,隔音性能一般,需要采用具有高隔音性能的 PVB 夹层达到隔音的目的。
从结构来看,隔音夹层玻璃是将普通的 PVB 胶片替换为隔音 PVB 胶片制作而成的,它与普通夹层玻璃的结构是相同的。隔音 PVB 胶片是加入高阻尼隔音材料的PVB 胶片,由三层构成,两层普通 PVB 和中间具有隔音性能的特殊核心层。它与普通的 PVB 胶片对比,能把夹层玻璃的隔音效果提高 30%,也就是说,可以在不改变任何设计和工艺的前提下,直接利用现有的普通夹层玻璃生产设备直接生产隔音夹层玻璃,因此应用起来非常方便。
隔音原理在于外界各种声源产生振动发出噪音,噪音通过空气介质进行传播,当噪 音传递到隔音玻璃门窗上,再经隔音玻璃逐次衰减,特别是噪音在经过隔音阻尼胶时,中频噪音和高频噪音被隔音阻尼胶吸收、扭曲、减震、衰减,能将中、高频噪音有效地滤除,将外界扰人的噪音尽可能的隔绝在外,为车内营造更加静谧的感觉。
隔音玻璃隔音性能相比普通夹层玻璃有明显提升。已知的人类听力频率范围为20~20000Hz,但是人类听觉最敏感的范围约为 1000~4000Hz。通过比较隔音PVB 夹层玻璃与普通 PVB 夹层玻璃的声音传递特性可以发现,隔音夹层玻璃在听觉最敏感范围 1000 ~4000Hz 附近的隔音性能较普通夹层玻璃有明显的提升,最大有 5dB 以上。
目前市面上部分中高档车型出现多层隔音玻璃,不同车型设置不同,有的是选配有 的是标配,有的是全配有的是只配前排。
(2) 电加热玻璃
电加热玻璃是一种玻璃通电后加热升温达到除雾和除霜的特种玻璃,也被称为防雾 玻璃,除雾玻璃,电加温玻璃等。电加热玻璃广泛应用于飞机用窗、高级汽车、寒冷地区的门窗等。
电加热玻璃的通常做法是将两片或多片钢化玻璃用 PVB 或者专用胶片粘在一起, 在在夹层玻璃中间膜一侧嵌入极细的钨丝或铜丝等金属电热丝,或者在玻璃内表面涂透明导电膜,通电后使玻璃受热。玻璃本身具有热敏电阻,与温度控制系统连接, 玻璃表面温度可以自动调节控制,具有一定的抗冲击安全性。玻璃表面温度高可达40℃,透光度一般为 80%。
电加热玻璃有良好的使用性能:具有优良的化冰霜功能,防雾玻璃在通电后.表面温度升高(通常为 35~40℃),使玻璃表面不会产生结霜结露现象,并且电压安全,对人体没有伤害;优良的光学性能,防雾玻璃采用可导电丝或导电膜作加热介质, 保证玻璃有优良的透光性能,防失真性能,可达到通过玻璃观察能够视物清真实;安全性好,防雾玻璃的夹层玻璃采用钢化玻璃,钢化玻璃硬度较高,不易破碎,即 使遇到重力撞击,玻璃碎片也会有有机粘膜黏住,不会四处飞溅伤人;防紫外线辐 射功能,防雾玻璃除用于窗户或者高级汽车挡风玻璃,防雾玻璃镀层具有高的紫外线吸收能力,可有效地阻挡紫外线进人室内,减少紫外线对驾驶员和室内设施的伤 害。
电加热玻璃性能优于防雾膜。防雾膜是采用特殊纳米涂层材料,使得水汽在吸附到薄膜表面,水与薄膜表面没有接触角(不成水珠状,形成一片水膜), 能对抗一般清洁剂及洗洁精。其次防雾膜具有自黏接着层,黏接力牢固,耐泡水。优势是安装 简单,撕下后亦不会残留痕迹,同时还具有防爆功能,增加玻璃的安全性。受制于 材料和各类不同的使用环境(某些区域-20℃或者-35℃,防雾膜的效果持续性明显下降),不同的环境下防雾膜表面会吸附灰尘,导致贴膜的疏水效果较慢,特别是需要防雾的场合都是密闭环境;包括我们的汽车后视镜,黏贴防雾膜效果远远不如 电加热玻璃后视镜效果。
通过梳理发现,后视镜加热是绝大部分中高档车型都有的功能,此处只列举部分代表车型。
(3) 憎水玻璃
汽车在雨天行驶时,雨水会沾附在玻璃上而影响驾驶员的视线。虽然雨刮可以刮去 前风挡玻璃上的雨水,但刮刷范围有限,且门玻璃和后风挡玻璃等无法清洁。由此, 憎水玻璃应运而生。
使玻璃表面具有憎水性能的方法有两种。一种是在玻璃表面涂覆烷氧基硅盐类、烷 氧基聚合物、有机聚合物、石蜡或氟素化合物等低表面能物质,使玻璃表面具有较低的表面自由能。带有该种憎水表面涂层的玻璃表面水滴和玻璃无法亲和,取得了 玻璃憎水的效果。第二种是使玻璃表面具有纳米级的微观凸凹表面。在憎水玻璃表 面,水滴与玻璃的接触角能够达到 110°以上,因而表现出非常好的憎水效果。由于憎水层与玻璃不易亲和,在风力作用下,憎水玻璃表面的水滴更容易被吹散,而 不易粘附在玻璃上。
憎水玻璃又称“不浸润性玻璃”,福耀憎水玻璃采用溶胶凝胶法,在玻璃外表面形成 一层含氟化合物薄膜,从而提高玻璃对水的接触角 θ。接触角愈大,则憎水性愈好;一般把接触角 θ>90°的玻璃叫做憎水玻璃。
由于憎水玻璃不易沾水的特性,还使其具有自我洁净的功能。相较于普通玻璃,憎 水玻璃上的灰尘、油污等颗粒更容易被雨水冲刷干净;冬季,结在玻璃上的冰雪也更易去除。憎水玻璃极大改善了雨天行车能见度,提高驾驶安全性和乘车舒适性。 主要应用在汽车的前后门玻璃上。憎水玻璃最早由沃尔沃2004 年推出,叫WRG“斥水玻璃”或者“憎水玻璃” ,不少高档车都有采用。
智能控制:HUD 抬头显示玻璃、智能调光玻璃、玻璃天线
智能化是 21 世纪的主流趋势,在网络、大数据、物联网和人工智能等技术的支持下,无人驾驶,人工智能技术,车联网技术,智能车载设备等等应运而生,新能源 汽车的强势崛起更是加速了汽车智能化的推进,智能玻璃应运而生。
智能化汽车玻璃是通过对玻璃表面及其内部进行特殊处理,使玻璃具有自动显示、可控调光等功能。智能玻璃与相关电子元件配合使用的结果,使汽车的操控越来越简单,行驶安全性也越来越好,智能化汽车玻璃的研究和开发已经取得了一些成果,并在一些高端车型获得了应用。
(1) HUD 抬头显示玻璃
HUD的全称是HeadUpDisplay,即平视显示器,最早应用于军用飞机上,旨在降低飞行员需要低头查看仪表的频率。自上世纪 80 年代,HUD 开始从飞机嫁接于汽车,应用 HUD的驱动力是驾驶的安全性,使得驾驶员在驾驶过程中无需将视线转移到仪表盘或者中控上,因此,HUD所投影的信息主要是汽车的行驶状况指标,
比如仪表盘上所显示的车速、油量等信息;进一步,设计人员希望通过 HUD 实现智能驾驶的目标,赋予其更多的功能,包括导航、短信、电话、邮件等,甚至加 入简单的互动,让汽车成为类似智能手机的移动终端。
HUD 的原理类似于幻灯片投影。由投影仪发出光信息,经过“反射镜”反射到“投影镜”上,再由“投影镜”反射到“挡风玻璃”,人眼看到的是位于眼前 2-2.5 米处的虚像,给人的感觉就是信息悬浮在前方路上。HUD 图像在挡风玻璃上位置是可调的,而这其中的关键便是“投影镜”,通过改变“投影镜”的角度,就可以调节 HUD 图像的位置。挡风玻璃是弯曲的,图像若是直接投射在弯曲的玻璃面上,会造成图像变形。
这就需要一个纠正措施——于是“投影镜”和“反射镜”被设计成弯曲的。
HUD 利用光学反射原理,可以在挡风玻璃上显示当前车速、超速预警、车况监控、油耗、时速、红色故障标记、防止追尾、主动车道保持信息、巡航信息等,能够 让驾驶员的注意力集中在前方路面,实现主动的行车安全。它将行车信息投射到和驾驶员平行视线的前方,避免了因观察仪表而分散对前方道路的注意力,同时降低 眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。高度与人眼的平视视线处于相似的高度,因此成像在挡风玻璃的中下方,虚拟图像与路面融合度较好,通常可投射至汽车引 擎盖前方 1-2 米处。另外,如今的 HUD 平视显示技术不仅仅只提供车辆的基本行车信息,它可以具备高精度的导航指引和路面信息提示,还能语音收发微信、打 电话、点歌等。
HUD 汽车抬头显示技术的优点在于,一方面 HUD 信息显示位置比传统的组合仪表位置高。也就是说,驾驶员想查看车辆信息时,通过 HUD 只需低下头 5-10°; 而看组合仪表的话,则需低 20-25°。另一方面驾驶员的视线和注意力更少的偏离道路,提升行车安全性。驾驶员从组合仪表上查看驾驶信息时,眼睛从道路转移到组合仪表再转移到道路,由于道路亮度高而组合仪表(车内)的亮度低,眼睛就会 经历由亮到暗再到亮的过程,眼睛瞳孔会进行调整;同时眼睛的聚集点会由远到近 再到远。使用 HUD 可以减少视线转移的时间、视线转移带来的眼睛瞳孔变化、眼睛聚集点的变化,最终结果就是驾驶员的视线和注意力更少的偏离道路,提升行车 安全性。
HUD 汽车抬头显示的关键部件是投影单元和挡风玻璃。投影单元内部集成了投影仪、反射镜、投影镜、调节电机及控制单元,HUD 控制单元从车上数据总线获取车速、导航等信息,并在投影仪输出图像。由于普通玻璃内外表面均可反射光线, 容易形成图像重影,成像效果差。而 HUD 挡风玻璃夹层内部的 PVB 膜呈楔形, 即玻璃呈上厚下薄的状态,这样就不会形成图像重影。
当前的 HUD实现方案主要三种:第一种是直接将前挡风玻璃作为显示屏。该种实现方案多属于前装方案。代表产品是捷豹路虎公司在 2014 年 7 月开发出的汽车虚拟风挡 HUD 概念技术,可以直接在风挡上显示车内参数以及行车路线。第二种是通过一块附加的显示屏实现。该种实现方案属于后装方案。现在,已经有很多单独外置的 HUD 显示器,价格从 200 到 600 元不等,这类显示器可以通过车载OBD接口读取车辆各种信息,然后利用高亮度 LED 投射到挡风玻璃或者自带的 HUD 专用玻璃水,结构和使用都比较简单。第三种是利用前挡风玻璃反射实现。该种方 案也属于后装方案,产品主要通过手机 APP 实现,利用手机屏幕在前挡风玻璃上的倒影实现 HUD 功能。代表的产品有:百度地图、高德地图、Navier HUD、aSmart HUD 3D、Awesome HUD 等。通过前挡风玻璃反射实现的产品存在清晰度差、信息量小、适应性差等劣势,实用效果差,并不能真正满足当前对于 HUD 功能的定位。
尽管 HUD 已开始批量应用,但成本仍是阻碍 HUD 大规模普及的一大障碍。为了降低玻璃成本,在大多 A、B 级车上会另外配备一块反射玻璃,而在大多豪华品牌上,成本限制没那么紧张,就会用 HUD 挡风玻璃。目前 HUD 抬头数字显示功能在部分中高档车型开始搭载,有的是标配,有的是选配。通常 HUD 前风挡玻璃(单玻璃)成本约 500-800 元。
价格更加低廉的组合型 HUD将继续在全球市场上占主导地位。组合型 HUD,即在一个单独的组合显示器上呈现信息。这种类型的 HUD 将在中低档汽车市场中占据相当大的份额。坚固耐用的设计加上实惠的价格有助于在中低档汽车中获得更 多的销售。挡风玻璃型 HUD,即在汽车挡风玻璃上投射图像信息,人们能够以更加舒适的方式读取更多的信息,这将会增加 HUD 在全球市场的渗透率。目前,挡风玻璃型 HUD 因价格高昂,其增长受到了一定限制,但是对于高端汽车而言, 它的渗透率将会增加。根据汽车之家数据显示,用户在选装宝马 5 系的 HUD 功能需额外支付高达 11600 元,奥迪 Q5L 选装 HUD 费用达 17900 元,对于这种“锦上添花”的功能,经济型车型上很少见。
未来 HUD 或将过渡到 AR-HUD
新的技术进步(包括更广的视角(FOV)、增强现实技术、更高的对比度和更高的分 辨率)将会使 HUD 的使用体验有更大幅度的提升。未来 HUD 技术将加深与辅助驾驶系统的融合,成为自动驾驶中重要技术组成部分。HUD 将会与汽车系统相结合以显示更多的信息,包括车外的天气状况、车载自动诊断(OBD)信息、目的 地搜索以及 app 服务内容。基于增强现实技术(VR)的 HUD 能够识别盲点并及时发出警告以避免交通事故的发生。此外,全息照片可以提供更好的可视性、清 晰度和照片质量。
近两年出现了 AR(增强现实)新技术,让汽车 HUD 技术如虎添翼。与传统的 HUD相比,AR-HUD 显示的范围更大,距离更远,前者只是投射并显示信息,后者则需要和辅助驾驶系统深度整合,以实现更高级的效果和功能,更满足用户的真正需 求。具体而言,通过与 LDW 车道偏离报警系统以及 ACC 自适应巡航等辅助驾驶系统结合,AR-HUD 会将报警信息以虚拟图像的方式呈递给驾驶员。所以,AR-HUD也是自动驾驶应用初期的一种必备技术,在未来的自动驾驶方面会被广泛应用。
目前,主流汽车零部件企业都在加大 AR-HUD的技术投入和商业化落地,包括大陆集团、哈曼、LG、松下、伟世通、华阳集团和 Wayray 等都曾在这项技术上展示过自己的产品。2018 年百度世界大会现场,搭载 AR-HUD 的起亚汽车为观众和媒体提供试乘,并获得了大量好评。小度车载 OS 的 AR-HUD 将百度 AR 技术和HUD 技术完美融合,打造出了“1 1>2”的导航体验。AR-HUD 中的车道线完美贴合实景路面,当车道出现偏离时能够实时预警。当前方出现车辆时,AR-HUD 也会安全呈现,不遮挡视线。同时,小度车载 OS 搭载的 AR-HUD 依托百度高精度定位、权威地图信息、大数据和 AI 技术的加持、以及百度地图超过 5 亿的用户出行大数据,能够实现精准的导航定位。按照目前全球各大零部件企业和主机厂的车 型规划,搭载初级 AR 技术的 HUD 抬头显示玻璃有望在 2020 年进入真正前装量产元年。
售价方面,搭载大屏 AR-HUD 科技的玻璃价格不菲。HUD 的技术储备相对成熟, 在近几年的 CES 展上可以看到AR HUD 的展示,因为成本控制原因以及实际应用场景等问题,很多汽车厂商还都处于保留或观望态度,目前国内还没有搭载该技术的量产车型。
据悉,还未国内上市的大众 ID.3 将搭载 AR HUD。ID.3 的AR HUD 除了可以显示基础信息包括车速、主动安全功能以及导航信息等之外,在设置导航后还有路径指引辅助线,并且在转弯时也有提示。另外,当到达导航设置目的地时,在 AR HUD 上也会有图标显示。在打开 ACC 自适应巡航功能后,它也会自动标注出前车。ID.3 作为大众全新电动车战略的首款车型,成为首次应用该技术的量产车。新车预计将 在今年下半年正式上市,AR HUD 功能将很有可能作为选装配置出现。售价方面, 根据欧洲首发版本提供了三个型号 ID.3 1ST、ID.3 1ST Plus 和ID.3 1ST Max 的售价依次为 37350、43650 和 47950 欧元,依据最新汇率折合人民币分别约 29.8、34.88、38.31 万元。
(2) 调光玻璃
为了防晒,大部分汽车采用贴膜或配备遮阳帘。自动调光玻璃技术则能够兼顾视野 和防晒。原理上来看,智能调光玻璃也叫电控调光玻璃,能够通过电来控制玻璃的透明度。主要工作原理是在玻璃之间加装一层液晶调光膜(PDLC)。当通电时,液晶膜中的高分子液晶材料在电场的作用下,会进行有序排列,使光线可以轻易穿透玻璃变成透明状,而反之关闭电源时,高分子液晶材料会被打乱不能正常排序, 呈现透光而不透明的外观状态。
调光玻璃的主要特点在于:隐私保护,智能调光电子玻璃的最大功用是隐私保护功 能,可以随时控制玻璃的透明或不透明状态;投影功能,智能调光电子玻璃还是一 款非常优秀的投影硬屏,在光线适宜的环境下,如果选用高流明投影机,投影成像效果非常清晰出众(建议选用背投成像方式);具备安全玻璃的优点,包括破裂后防止碎片飞溅的安全性能,抗打击强度好;环保特性,调光电子玻璃中间的调光膜 及胶片可以隔热、阻隔 99%以上的紫外线及 98%以上的红外线。屏蔽部分红外线减少热辐射及传递。屏蔽紫外线,可保护室内的陈设不因紫外辐照而出现褪色、老化等情况,保护人员不受紫外线直射而引起的疾病;隔音特性,调光电子玻璃中间 的的调光膜及胶片有声音阻尼作用,可部分阻隔噪音。
在众多高附加值玻璃产品中,调光玻璃价格相对而言一直仍处在高位,直到最近两 年随着相关的技术逐渐成熟,成本才有所下降,价格从一开始的上万元/㎡ 降到现在的 1500~3000 元/㎡ ,产品逐渐被市场所认知。
目前已有一些汽车零部件供应商致力于开发这一技术,并赋予一块普通玻璃更多 的功能。大陆集团利用集成到玻璃的特殊膜片,根据电子控制信号来调整玻璃的透 明度,为驾乘人员创造更舒适、安全和节能的驾乘体验。具体而言,大陆集团的自 动调光玻璃技术能让汽车的每个车窗都可以根据指令单独调暗。如果挡风玻璃上的变色功能与车载电源和云连接相互关联,还能根据天气状况提前自动调暗或调亮车窗。这项技术在热管理方面也具有一系列优势。在冬季,与车辆锁止系统连接时,只要驾驶员接近了汽车,车窗就可以启动解冻功能。福耀玻璃早就在开发各自的智能玻璃技术,其技术路在两片玻璃间中加入 PDLC 膜,对引出端施加电压,通过调节电压使 PDLC 膜中的粒子按一定方向排列来改变玻璃的透光度,实现光线调节等功能。2020 年 6 月 1 日,京东方与福耀集团签订《战略合作协议》,双方将结合各自产业资源和技术优势,在汽车调光玻璃和车窗显示等领域进行战略合作,共 同开拓市场,实现互利共赢。
即将全球上市的丰田全新一代 Harrier 车型将配置全景天窗调光玻璃。2020 年 4月 13 日丰田在日本本土发布的全新一代 Harrier 车型,公布了全新车型的动力、安全规格。全新一代 Harrier 基于 TNGA-K 平台打造而来,定位中型 SUV,提供有 2.0L 和 2.5L 混合动力,目前确定丰田将在 6 月份对该车型全球首发。全新一代Harrier 有一个特色配置——全景天窗支持调光,允许驾驶者调整玻璃透明度,也就是说可以自由控制天窗的采光量。售价方面,目前日本在售车型售价约 19-30 万元,同定位一样处于荣放和汉兰达之间,如果国产后依旧保持该售价,竞争力将 会非常大。
Gentex推出了 FullDisplayMirror或将用于未来电动汽车。Gentex 可调光设备的年交付量逾 4000 万个,该公司 2019 年携其产品亮相 CES 展会,展示其镜面显示屏及可调光窗户,上述产品已被用于部分现代化的大型客机上,该产品可被用 于雪佛兰 Bolt电动车,将其后视镜转化为一款显示屏。这类可调光玻璃或能被用于未来的电动车型。据Gentex 透露,当电动车配置了可调光太阳能天窗后,就能够实现所谓“sunloading”的最小化。当阳光充足时,车辆座舱内部会变热。固定式 天窗或暗色天窗可能会缓解座舱变热的情况。但显然,天窗获取的热量减少,空调 及电池所需的电量也将变少。Gentex 的技术可实现电控调光,且其重量也低于机械式顶盖,将有助于提升电动车的能效。
(3) 玻璃天线
玻璃天线也称为隐藏式天线,通过将导线印刷在玻璃上而实现接受信号的功能, 具有低成本、低故障、高接收等优点,是 5G 车联网背景下的一大搭载趋势。
镀膜天线玻璃是利用现有热反射玻璃的镀膜层兼做汽车天线。其工作原理是利用金 属镀膜作为天线,通过金属贴片或者或印刷的银浆耦合电磁信号并通过舌片加到信号放大器或者收音机。不需对天线进行设计,直接使用现有的镀膜作天线,只改变馈电点位置、馈电方式、馈点大小以及改变天线放大器的频率响应来达到厂家对感 度、增益、阻抗、驻波等参数的要求。不仅美观,而且性能良好,优于传统的天线。
从使用的车型来看,如今绝大部分国产车即使是低等车都将玻璃天线列入的基本配 备,比如福特的福克斯、日产天籁、丰田凯美瑞、大众途安等车型。
NTT DOCOMO 成功试验全球最小 5G 玻璃天线,迎接 5G 时代到来
在未来的移动社会中,汽车将配备相机、LiDAR 和传感器等设备。汽车既需要相互连接,也要有提供 V2X 的通信功能,将汽车连接到所有其他东西。在这些情况下,汽车玻璃作为无线电波和接收的天线/网关起着越来越重要的作用。5G“玻璃天线”被安装于车辆上的多个位置—包括挡风玻璃、侧窗和后窗,使 5G 数据能够在理想方向上传输和接收,以获得最大的 5G 信号强度。
日本第一大移动通信运营商 NTT DOCOMO 于 2019 年 5 月成功试验了世界上第一个使用嵌入合成熔融石英的“玻璃天线”的 5G 移动电信,用于发送和接收 28GHz频段 5G 信号。这种“玻璃天线”是迄今为止全球最小的 28GHz 频段 5G 天线。NTT DOCOMO 认为,5G“玻璃天线”以后可用于建筑物、车辆、火车场景中,以实现稳定、高速的 5G 移动通信。
28GHz 频段的 5G 信号频率衰落很快,因此,它们的强度不足以充分穿透建筑物、车辆和火车车厢的窗户。而上述全新的 5G“玻璃天线”可以连接到窗户表面,以便在理想的方向上接收和传播 5G 无线电波,进而在具有挑战性的室内和车内条件下进行稳定、高速的 5G 通信。该 28GHz 频段 5G“玻璃天线”,下行速率在 100 米范围内平均为 1.3Gbps,而如果可用带宽达到 400MHz 频段时可达到 3.8Gbps。NTTDOCOMO 的技术工程师介绍,相关的测试结果表明,即使在 5G 信号被障碍物阻挡或反射的城市区域,也实现了稳定、高速的 5G 通信。
5G“玻璃天线”尺寸很小、外观透明,这使得使其可以不显眼地安装在建筑物、车辆之中,并不会有碍于安装物体的外观或设计(因为尺寸很小),也不会阻挡人们的视线(因为外观透明)。DOCOMO 表示,接下来将进一步改进 5G“玻璃天线”技术, 使其能够与 Massive MIMO 兼容,以实现可以用多个天线同时发送和接收数据的“玻璃天线”,以进一步提高速率、使得 5G“玻璃天线”能够在各个场景与条件下得到应用。
AGC 研发面向 5G 通讯的合成石英玻璃天线
40 多年来,AGC 一直是车载玻璃上的天线研发与生产领域的行业领导者。AGC 还在其日本和美国消声室设计车载玻璃上的天线,并为客户提供玻璃上的天线。通 过完成欧洲的消声室,AGC 建立了加快天线研发的框架,以满足 IoT 时代对“互联” 汽车的需求,并支持全球客户的汽车开发。AGC 于 2019 年已经成功开发具有低传输损失性的,透明的,面向 5G 通讯的合成石英玻璃天线。公司今后将推进车载用和室内外用天线等实用化的研究开发,并从 2019 年开始提供样品。此次开发的合成石英玻璃天线,采用了新开发的 Glass Interface Layer,可减少电磁波通过窗玻璃时的衰减和反射。另外,通过进行独自的微细加工,成功地将天线图案透明化。 即使设置在视认区域也不会损害美观和景观,极力抑制视野的遮挡,因此有可能 成为车载用和室内外用等领域较适合的天线
(4) 其他智能化应用:交互式玻璃
随着科技的不断发展,车窗的智能化功能也变得逐渐多样化。福特公司开发了一种叫做 Feel the View 的车窗。它利用窗户上的触觉反馈系统为视障人士提供外部事物的触觉描述。也可以是一个放大镜、一个和友好沟通的朋友和视频播放器。车门 虚拟窗户把整个汽车都变成了一个智能终端,智能内饰表面融合了地板控制台,仪表板和门板的时尚装饰。可以在车内的任何一个位置操作汽车相关应用,不仅在前窗上呈现不同的信息,而且在汽车的每个其他玻璃表面上呈现不同的信息。随着自 动驾驶的到来,乘客将通过车辆后部侧窗上显示的视频或互联网网站获得娱乐。
节能环保:太阳能玻璃、隔热玻璃
(1) 太阳能玻璃
随着新能源汽车的发展,解决充电问题迫在眉睫。太阳能玻璃的使用,利用太阳 能给汽车充电,比充电桩更方便,可以在汽车行动的时候就吸收太阳能来转化成 电量。太阳能玻璃是在玻璃边缘安装太阳能电池后,将混合涂料涂在玻璃表面,涂料吸收太阳光后会把光线以不同波长传输到安装在玻璃边缘的太阳能电池中。
福耀推出太阳能玻璃,让汽车玻璃也能发电。原理是在玻璃里加入太阳能电池组件, 当太阳光照射电池组件上的半导体 PN 结时,就会在 PN 结的两边出现电压,产生电流,太阳能电池就开始工作,为车提供能源。其特点在于通过太阳能转化为电能, 为车载电器提供能源。
苹果欲研发太阳能汽车电池,“铺满”整车面板或为透明。苹果公司就在研究如何利 用太阳能给电动车充电,甚至还想把这种技术延伸应用到苹果手表和 iPhOne 等设备上。美国专利和商标局向苹果授予了这项太阳能充电专利。在苹果的构想中,要 将太阳能面板“铺满”车辆的整个外表面,甚至连汽车玻璃上都覆有太阳能面板。据 专利文件显示,苹果希望在柔性材料的基础上开发薄膜光伏电池,薄膜的厚度控制 在 1-10 微米。目前,苹果正在考虑的材料类型包括织物、聚合物、皮革等。
目前市面上已有少部分太阳能充电汽车。早在 2012 年,丰田就首次为其量产的混合动力车型普锐斯,推出了车顶太阳能充电系统的可选配置,但只能是在停车的时候为车载通风系统供电,并作为车载 12V 铅酸电池的辅助充电电源。
现代汽车集团积极研发太阳能车灯系统。目前现代汽车集团正在研发的太阳能车顶系统一共有三种类型:第一代硅太阳能车顶系统;第二代半透明太阳能车顶系统;以及第三代轻型太阳能车身盖。其中第三代轻型太阳能盖系统的面积最大,在发动 机罩和车顶都安装有太阳能电池板,未来将专用于混合动力车辆。全球首款搭载太 阳能充电系统的量产车型——2020款现代索纳塔Hybrid于2019年已经在韩国本土正式上市。该车搭载一台 2.0L 自然吸气发动机,辅以轻混系统提升燃油经济性,重点是工程师在车顶集成了太阳能充电板,可以为电池组额外补充电能。据现代官方介绍,这组太阳能充电设备在理想状态下(每天无遮挡暴晒 6 小时),每年可以为车辆额外提供 1300 公里的行驶里程,换算约每天 3.6 公里。该车型在去年首次亮相韩国市场,今年 2 月在芝加哥车展上亮相,随后进入北美市场,于今年春季开始销售,这款车的起步售价为 27,750 美元(19.7 万元),但尚未在欧洲或中国市场销售的计划。
荷兰“造车新势力”Lightyear 于 2019 年 6 月份推出的一款太阳能电池车——LightyearOne。Lightyear One 是一台四门跑车,车身线条十分流畅,整车风格也极具科幻意味。充电方面,Lightyear One 车顶与引擎盖上配备 5 平方公尺的太阳能面板,能为 One 的电池充电,估计充电每小时最多可获得 12 公里的行驶距离。据外媒透露,Lightyear One 的这些太阳能电池比传统电池供能有效率,前者提供的能量比传统电池多出 20%,并用安全玻璃包覆保护以避免损坏。若以一般人工作8 小时的情况模拟,在晴空万里的日子让One 停在户外停车场吸收阳光, 转换的能量可增加该车差不多 100 公里的行驶距离。这款车还计划于 2021 年开始交付。目前该车已接受预订,预订价格为 11.9 万欧元(约合人民币 92.82 万元)。
国内太阳能车型方面,广汽新能源 2019 款 Aion S 和Aion LX 的部分车型上就提供了太阳能全景天窗的选配(9800元),该天窗可以产生最大 60W 的功率的电能,可以为车内空调通风、音响设备等使用。此外,国产企业品牌众泰汽车 2019年透露下一代车型将搭载太阳能天窗技术,充分将太阳能技术运用在汽车天窗上, 通过太阳能电池模组吸收太阳光,将光能转化成电能给车辆供电。众泰汽车在研的太阳能天窗采用转化率较高单晶硅电池组,与天窗玻璃进行完美的贴合,带来完美的时尚的外观体验。
(2) 隔热玻璃
汽车的隔热玻璃常见的是夹层玻璃,两层玻璃中加入了另外一层结构,在提升防爆绝地低价辅助卡盟 性能的同时,兼具一定的隔热和紫外线能力,分为夹胶和夹膜两种。比较常见的是夹胶玻璃,在意外发生时玻璃碎片不会像鳞片一样碎裂而四处飞溅,主要的特点是 防爆,玻璃破碎后凭借中间胶片粘性可以将玻璃碎片牢牢粘住,以免伤人。虽然防 爆性能较强,但隔热效果只能达到 20%左右。夹膜玻璃较稀有,如宝马 760 的原装玻璃就是使用了威固技术的隔热玻璃,这种玻璃在一些发达国家的高端车型才会装配,夹膜玻璃隔热效果好于夹胶玻璃,同时保持了较高的防爆性能。
采用隔热玻璃的作用在于,在夏季运用时,可以改进各型车内的温/湿度状况,在 有空调的车上效果最好。在空调客车上,除了可改进旅客的旅行条件以外,还可大大减少热负荷,因而降低了电能消耗,减少了空调器的工作时间,有助于保证空调 器的使用寿命, 吸热玻璃具有很高的吸收限光中红外线( 其波长范围为800~3000Nm)的能力,能见度实际上没有变化。
不管是哪种隔热玻璃,它的隔热效果都达不到汽车膜的标准,需要汽车膜来提升 汽车玻璃的隔热能力。以威固的前挡V70 为例,拥有 94%的红外线阻隔,99.9%的紫外线阻隔,汽车的隔热玻璃距离这些数值还有不小的距离,而相差 10%就会产生明显不同的感受。所以,即便是隔热玻璃,依旧需要汽车膜来增强对太阳光的 防御能力。
镀膜隔热玻璃隔热性能优于汽车玻璃贴膜。从原理上来看,夹层前挡风玻璃可以降 低可见光透射比 TL,可以阻隔紫外线,但是对于热效应的红外线,如果仅靠吸收作用,有两个问题:一方面,吸收能力有限,玻璃吸收剂的增加,吸收了红外线, 也吸收了可见光,在保证可见光透射比不小于 70%的极限状态下,红外透过率也只能降至 20%;另一方面,吸收的能量并不会凭空的消失,玻璃吸收的能量将使玻璃温度上升,最后相当于两个太阳照在车里面,第一个太阳到阴凉处就避开了,第二个太阳却持续性存在。前风窗玻璃吸热能力最强的色拉绿组合,对红外线有强吸收作用,经过两片色拉绿玻璃吸收层,红外线吸收近 75%,玻璃升温后等效于约 20%的能量再次向车内传递,红外线能量最后仍然有 40%进入车内。这就是吸热玻璃隔热的瓶颈,红外线吸收越多,二次热传递的能量也越大。镀膜隔热玻璃 解决了这个难题。镀膜隔热玻璃降低了红外线的透射比,其核心功能实际上是极 大的提高了红外线反射能力,在经过玻璃吸收后,反射能力仍能达到近 80%。镀膜隔热玻璃的红外线二次热传递约为 5%,总红外线透过比约为 7~8%,只达到色拉绿吸热玻璃的 1/5。从玻璃吸收红外线的角度,汽车贴膜只在玻璃内表面贴合, 而且贴膜载体也有一定的吸收效果,即使贴膜薄膜达到镀膜薄膜相同水准,贴膜后玻璃对红外线的吸收也是镀膜玻璃的 2 倍,隔热效果降低;再兼顾可见光吸收率的影响,汽车后装贴膜的最终效果必然差于镀膜隔热玻璃。
从使用的车型来看,市面上大部分国产车即使是中低档车型都已使用隔热玻璃,比 如东风本田思域、一汽奔腾 B30、斯柯达昕锐、通用别克君越等车型。
积水的隔热玻璃产品或将是新能源汽车趋势下满足汽车节能降耗及舒适驾乘的性能需求的选择。
从积水隔热玻璃结构图来看,积水纳米隔热玻璃比普通玻璃性能优异的奥秘在于, 夹层玻璃中间的纳米隔热中间膜。该纳米隔热中间膜采用积水化学独有的“纳米微粒分散技术”将纳米隔热粒子均匀分散到 PVB(聚乙烯醇缩丁醛)层中制备而成, 将此纳米隔热中间膜嵌入普通玻璃中后即得到纳米隔热玻璃。
积水隔热玻璃比普通贴膜更安全实用。和当下普通的汽车贴膜玻璃相比,积水隔热 玻璃采用内置纳米中间膜的形式,不仅有效避免了当前贴膜起泡、老化、变质和脱落的问题,更是避免了贴膜金属隔热层屏蔽信号等诸多弊端,并且不仅能屏蔽紫外线,给肌肤带来灼热感的红外线也被大幅隔断,具有显著的隔热节能效果。此外, 积水隔热玻璃还具有优异的可见光透过性能。由于贴膜玻璃不到 70%的低透光率影响了驾驶者的正常视线,欧美部分地区已禁止或限制汽车贴膜。积水隔热玻璃的可见光透过率达到近 80%已远超规定标准,具有出色的透光性能。与贴膜玻璃相比,消费者可获得更高的安全性和性价比。
车辆驾驶舱温度测试发现,积水隔热玻璃实现降温 6.3℃,驾乘舒适度大幅提升。实验结果表明,在停车模式下,采用积水隔热玻璃的温度上升速率和上升幅度均低于采用普通玻璃的汽车方向盘。两者暴晒 1 小时后,温度相差 6.3℃。说明驾乘者进入车舱后,装配积水隔热玻璃的车辆仪表盘温度更低,具有更好的触摸舒适度。 随后,被测车辆都开启空调进入行驶状态,仪表盘均开始降温,在整个降温过程中, 采用积水隔热玻璃可以更快达到车内舒适室温,降低空调负荷,驾乘者舒适性得到提升。值得一提的是,采用积水隔热玻璃除了能给驾乘者带来更舒适的车内感受, 其关键作用还在于对车辆电子元器件也能进行很好的高温保护。当前车辆内部装配的大量电子元件,如显示屏(LCD/OLED)、控制部件(CPU)、抬头显示(HUD)等,很多位于仪表盘的正下方,包括 CPU 和处理器在内部分电子元件对温度非常敏感,即使 2-3℃的温度差就会对其运行和寿命造成严重影响。积水隔热玻璃以其隔热特性让电子元器件的工作温度保持在合适的范围内,避免车辆因材料及电子元 器件热老化导致寿命缩短及由此引发的各类汽车质量问题。
能耗及续航测试:空调能耗降幅高达 24%,续航里程延长 4.6Km。采用在汽车空调线路中接入电流电压表的方式,分别得到车辆在行驶模式下初始阶段(0~1200s)、降温阶段(1200~2400s)、稳定阶段(2400~3600s)这三个时间段空调功率的情况。测试结果发现,通过采用积水隔热玻璃,空调感应到更低的温度后, 会相应调整到低位的运行功率,在更节能的状态下运行,大幅减少空调热负荷,降 低电能消耗,减少了空调的工作时间,延长其使用寿命。
积水是一家日本公司,纳米隔热玻璃的技术起源于日本,目前纳米隔热技术在日本 应用最多。日本对本身舒适性和节能的要求较高,因此在日本市场,包括本田和丰 田的车型上应用的非常广泛。许多日本家庭主妇经常使用配有纳米隔热玻璃的小型车,该车型也成为女性用车,在市场上一直热销。
美观时尚:氛围灯玻璃
(1)氛围灯玻璃
氛围灯玻璃流行的原因在于:对用户来说,随着汽车的普及和自动化程度提升,人 们将越来越从驾驶中解脱出来,车上时间占据日常的比例也在不断增加,汽车未来或将成为人们生活中的第二亲密私人空间。生活需要品质感,而好的内饰氛围灯光 玻璃仅仅应用光这一元素就能营造出或科技或浪漫或奢华或温馨的车内氛围;对主 机厂来说,氛围灯的作用不仅仅是满足购车者需求,让汽车更具卖点,在汽车外观同质化越来越严重的今天,独特的氛围灯玻璃还能给汽车品牌间带来更多的个性与差异,在夜间更具识别性。
氛围灯在玻璃上的应用原理是在夹层玻璃的内部,印刷可以折射光线的白色油墨层。 利用玻璃边部的 LED 光,使得光线在玻璃内部多次折射。从而从玻璃的内表面呈现整面发光的效果。两片玻璃间可加入 SPD 膜,对引出端施加电压,通过调节电流,改变玻璃透过率。
目前市面上搭载氛围灯玻璃的汽车不多,备受关注的是宝马 7 系星空氛围灯。宝马星空全景玻璃天窗氛围灯其实是两侧由 LED 灯光通过导光条后形成线性光源再照射到天窗玻璃上,光线经反射后通过玻璃上的激光雕刻图案将光线发散到车内形 成星空顶氛围灯。
汽车玻璃的发展趋势
汽车玻璃作为汽车重要的功能件与安全件,在不同档次的汽车的配置有很大差异,伴随消费升级与技术进步,人们对汽车的配置要求越来越高,汽车玻璃的功能也逐渐丰富。在汽车整车制造下游需求变迁的拉动下,汽车玻璃行业逐渐呈现出单车玻璃用量提升、汽车玻璃生产更加功能化和智能化、集成化和模块化以及轻量化趋势的趋势,而汽车玻璃企业也将朝着产业链纵向穿越辅助一体化整合的趋势发展。
单车玻璃面积增加,天窗诉求与日俱增
玻璃凭借其透明、制造和加工工艺成熟、成本相对高分子材料更低廉、可承受更多附加功能等性质,在未来较长的时期内,仍不能被其它透明材料所代替。同时,随着汽车制造技术的发展,汽车玻璃制造技术的提高,汽车玻璃的使用量呈现逐年增加的趋势,将进一步拉动上游汽车玻璃行业的发展。根据前瞻产业研究院的资料,汽车产业发展至今,单车玻璃平均用量不断提升,2010 年后单车玻璃用量达到5.2m^2 以上,较 20 世纪 60 年代的汽车玻璃用量提高了 1 倍以上。
单车汽车玻璃用量的提升,主要有以下 4 个驱动因素:提升乘车体验,汽车天窗的普及率持续提升,而天窗可以改善车内光线和空气质量,提升消费者乘车体验;
SUV 车型渗透率持续提升,而 SUV 车型表面积普遍大于轿车,其单车汽车玻璃用量也普遍大于轿车;扩大汽车视野,增加汽车流线,汽车线型造成倾斜角度以 6°/ 年的速度增加,角度变大造成玻璃面积增大;汽车轻量化需求,油耗排放日趋严格,汽车轻量化需求明显,而车重每减少 10KG,每百公里油耗将降低约 0.06 升,因此整车厂有通过加大汽车玻璃单车使用面积来降低车重的动力。
在以上 4 个驱动因素中,对汽车天窗的配置需求影响最大,消费者对汽车天窗的诉求与日俱增。
从消费者偏好来看,中国车主偏爱可换气通风的大天窗。根据伟巴斯特(全球最大 的汽车天窗制造商)公布的 2019 年中国汽车天窗消费者调研报告, 受访用户表示在购车考量的车辆配置中,天窗是重要的考量选项,占比为 70%,略低于倒车影像72%。用户未来购车选购天窗意愿有所上升,从2017 年的90%上升到了95%, 倾向于可开启大尺寸全景天窗。与 2017 年对比,2019 年用户对小天窗购买意愿明显下降,显示出小天窗已逐渐无法满足消费者需求。96%的用户不愿意选择固定式不可开启全景天窗,主要原因是不能通风、抽烟不能换气。从天窗功能性来看, 通风、舒适和车内光线依然是消费者考量的最重要因素。此外,有相当部分用户认为天窗能提升汽车的外观档次,增加驾驶的趣味性。从这次调研中,我们也看出车辆对于中国消费者不仅仅是一个代步工具,更是一种生活方式的体现。车主使用天 窗频率提升,更多追求驾驶舒适性。虽然受天气影响较大,天窗的使用频率在提高。
在本次调研中,在晴天时,仅 6%的用户完全不用天窗;天气不佳时,仍有 22%的用户会使用天窗。大多数的天窗用户会将天窗部分打开,关注天窗的功能性,如通风换气,对观景的重视程度降低。在潜在购买者及再次购车者中,选择天窗的人数 比例明显提升,预示着整车市场的天窗需求还在提高。一般的全景天幕(天窗 前 档)1000 元,带功能(隔热)的 2000 元。
天窗总成厂商积极扩产能。2019 年,由于业务的快速增长,伟巴斯特武汉原有工厂的产能达到了极限;故其投入5000 万欧元新建工厂,以支持其业务进一步发展。
此次投产主要生产汽车天窗、电加热器及充电解决方案产品。若投成,汽车天窗年 产能将达 200 万套,电加热器年产能 120 万套,充电桩 60 万套,是原有工厂产能的三倍。
轻量化玻璃符合汽车节能环保的需求
轻量化是汽车的重要发展方向,汽车玻璃的轻量化主要可以通过降低玻璃厚度来 实现。目前,如下表所示(其中,夹层玻璃 3 3,指外片玻璃厚度 3mm,内片玻璃 3mm,不包含 PVB 膜),汽车玻璃厚度变薄趋势明显,汽车供应商在在保证各项性能指标的情况下,纷纷通过热弯钢化工艺、夹层加工工艺和 PVB 膜性能的提升来降低玻璃厚度,从而实现减重目的。一般来说,单车玻璃用量约为 4 平方米左右,如果玻璃的厚度每减小 1mm,可使整车减重约 10kg,每百公里油耗将降低约 0.06升。随着政府对汽车降低油耗、节能环保的要求越来越严,整车厂迫于压力,对汽车玻璃轻量化需求也逐渐增强。
功能化和智能化引领汽车玻璃发展的新潮流
目前,消费者对汽车舒适性、安全性、美观性的需求日渐提升,同时整车厂为了实 现差异化竞争吸引消费者,汽车玻璃作为外观件、功能件、安全件,以及功能性玻璃的渗透率持续提升,汽车玻璃附加功能的种类也越来越多样化。功能化的汽车玻 璃产品不断涌现。而智能化汽车玻璃是通过对玻璃表面及其内部进行特殊处理,使玻璃具有自动显示、可控调光等功能。智能玻璃与相关电子元件配合使用的结果, 使汽车的操控越来越简单,行驶安全性越来越好。因此,汽车玻璃的智能化也是汽车玻璃发展的一大趋势。
随着消费者对汽车玻璃的性能要求增加,同时玻璃制造技术的发展,各种智能化 和功能化的新型玻璃不断涌现,也更受消费者的喜爱,引领汽车玻璃发展的新潮 流。市场不断研发细分领域的优质新型汽车玻璃技术,安全舒适角度的细分产品 主要是隔音玻璃、电加热玻璃、憎水玻璃;智能控制角度的细分产品主要是 HUD 抬头显示玻璃、调光玻璃、玻璃天线;节能环保角度的细分产品主要是太阳能玻璃、 隔热玻璃;美观时尚角度的新产品主要是氛围灯玻璃。
集成化和模块化是实现汽车功能化和智能化的重要途径
汽车零部件模块化、集成化生产将成为行业发展趋势之一。一方面,模块化和集成化可以帮助整车厂优化其供应链、降低综合生产成本、加强质量控制;另一方面,模块化供应的趋势也给汽车玻璃行业带来机会,汽车玻璃生产商将玻璃与天线、电 子元件、包边条和加热线等附件进行集成,可以提升汽车玻璃的附加值。例如,包 边玻璃、玻璃天线等产品就是模块化产品的代表。
集成化和模块化汽车玻璃已经被越来越多各种车型所采用,成为实现汽车功能化 和智能化的重要途径。单纯的汽车玻璃已经远远不能满足消费者的要求,越来越多的附件(如天线、各种电子元件、包边条和加热线等)被集成到玻璃上,可以实现 接收信号、提供倒车影像、防水、防尘和加热等功能,又节省了车内空间。
3D 曲面玻璃成车载面板新趋势
现阶段,以特斯拉为首的众多车企掀起了车载大屏的潮流,但汽车屏幕的变化远不 只是由小变大、由少变多。为了让汽车内饰氛围上有更大的提升,部分汽车厂商在 功能的基础上追求设计的美感,开始拥抱 3D 曲面玻璃屏。3D 盖板玻璃对于汽车中控屏的设计更显人性化,摆脱过去车载千篇一律的方方正正,整体给人感觉非常呆板,沉闷。而 3D 盖板玻璃是可以进行弯曲设计,整体上对于汽车内饰氛围设计感上有了大大的提升,科技感十足。如今的汽车作为人们智能化生活与办公的大终 端,让各大显示模组厂商在内饰上更侧重于凸显黑科技感,因此也带动了大尺寸 和 3D玻璃盖板的走势。3D曲面玻璃表面在车载中控屏实现了三维表面的无缝衔接,这样就提高了设计与功能整合自由度,可根据客户需求进行调整。设计与功能相结合,为内饰设计人员提供了各种功能和形式。3D 玻璃成形工艺使各类开关和操作元件任意设计。
从市场来看,由于成本和技术因素,汽车 3D 曲面玻璃大部分尚处于概念阶段,但有些企业已经开始逐步落地,比如康宁玻璃。2019 年 7 月,康宁首个大尺寸车规级内饰玻璃工厂在中国正式投产。“康宁大猩猩”玻璃材质所具备的高韧性和高强度特点,让车规级超大尺寸曲面盖板从概念走进现实。据康宁汽车玻璃事业部亚洲区商务总监王剑波介绍,做成高精度的曲面屏技术难点很高,表面需要很多涂层技术。 而传统的热弯曲工艺成本很高,康宁为此研发出一种冷弯曲技术,只需要在常温中加工,极大地降低了生产加工难度以及成本。理想ONE 成为首批使用该玻璃的车型,车型上可以看到康宁冷弯 3D 技术的使用。
国际主流玻璃企业新技术布局(详见报告原文)
汽车玻璃市场:全球寡头垄断,中国福耀独大
目前,全球汽车玻璃行业集中度较高,呈现寡头垄断格局。根据全球玻璃龙头企业2018 年汽车玻璃业务营收测算,2018 年国际前五大生产商市场份额约 90%,其中旭硝子和福耀玻璃的市场占有率均超过 20%,板硝子、圣戈班紧随其后,信义玻璃的市场份额则相对较小,仅为 4%。
中国方面,本土企业主导国内 OEM 市场,福耀玻璃在中国市场上一家独大,市场占有率接近 70%,其次旭硝子占据约 10%的市场份额,信义玻璃、板硝子和圣戈班分别占据 5-10%的市场份额。
疫情之下行业有损失,兼并重组将成为行业的发展趋势
2020 年新冠爆发,疫情之下,全球产业链共振的蝴蝶效应在汽车产业链表现更为明显。受中国汽车零部件供应商产能不足等影响,现代、丰田、菲亚特克莱斯勒、 日产多家大型汽车企业均表示,部分生产线被迫停产或者暂时停产若干天。此前, 全球最大汽车玻璃生产商、福耀集团董事长曹德旺接受新京报采访时表示,受疫情影响,公司国际订单受影响明显。中国汽车工业协会对 212 家零部件企业进行的调查数据显示,受疫情影响,零部件企业营业收入损失最高的达到 20 亿元人民币,营收损失在 2000 万元到 5000 万元的企业占比为 16%。
疫情背景下,原材料价格上涨、市场需求放缓等因素使得重资产的汽车玻璃行业的生存环境不容乐观,国内外汽车玻璃行业竞争形势更加激烈。未来进一步兼并重组将成为行业的发展趋势。
福耀玻璃:持续高研发投入,拓展“一片玻璃”边界
圣戈班:全球汽车玻璃创新之源
旭硝子:发力曲面玻璃和 5G 玻璃天线
板硝子:自动化、电气化及共享出行
……
(报告观点属于原作者,仅供参考。报告来源:国信证券)
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