汽车转向系统指用来改变或保持汽车行驶方向的一系列装置,其功能是按照驾驶者的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统是汽车最基本的系统之一,其可靠性、方便性对保证汽车行驶安全至关重要。

(1)汽车转向系统发展历程:半个多世纪以来,科学技术的迅猛发展,极大地促进了汽车技术和汽车工业的高速发展,汽车转向系统也不例外。1954年,通用汽车公司首次将液压助力转向系统应用于汽车上。经过一系列的技术革新后,于80年代早期出现了电动液压助力转向系统。1988年,日本铃木汽车公司首先在其小型轿车Cervo上装备了电动助力转向系统。2013年,英菲尼迪的“Q50”成为第1款应用线控转向技术的量产车型,采用机械转向系统作为冗余备份;2017年,耐世特公司开发了由“静默转向盘系统”和“随需转向系统”组成的线控转向系统。由于技术与价格方面的原因,线控转向系统目前还没有广泛应用。

(2)汽车转向系统分类及特点:按转向能源的不同,目前汽车配装的转向系统分为两大类,即机械转向系统和助力转向系统。完全靠驾驶者体力操纵的转向系统称为机械转向系统,借助发动机或电机的动力进行辅助的转向系统称为助力转向系统,系在机械转向系统的基础上加设一套转向助力装置而成。汽车转向系统分类如下:

 

机械液压助力转向系统(HPS):

 

液压助力转向系统即机械液压助力转向系统,是兼用驾驶者体力和发动机动力为向能源的转向系统,它在机械转向系统的基础上加设一套液压助力转向装置而成,包括压转向泵、油管、流量控制阀、传动皮带、储油罐等部件。该系统借助汽车发动机的动力通过助力转向装置将发动机输出的部分机械能转化为液压能,增大驾驶者操纵前轮转向的力量,使驾驶者可以轻便灵活地操纵汽车转向,减轻劳动强度,提高行驶的安全性。

液压助力转向系统依靠发动机动力来驱动转向油泵,不论是否需要转向助力,系统是处于工作状态,导致相比机械转向系统增加3%-5%的油耗,能耗较高;同时其液压统结构较复杂,后期的保养维护成本也较高。

2)电动液压助力转向系统(EHPS):

电液助力转向系统即电动液压助力转向系统,是在机械液压助力转向系统的基础上改进后的系统。转向油泵不再由发动机直接驱动,而是由电动机来驱动,并加装了电控统,使得转向助力的大小不仅与转向角度有关,还与车速相关。

电液助力转向系统在机械结构上增加了电机和电子控制单元(ECU)等,使得汽车够随着车速的变化自动调节操纵力的大小,同时还降低了能耗,反应也更灵敏,但其制造维修成本也会相应增加。

3)电动助力转向系统(EPS):

 

电动助力转向系统在传统机械转向系统的基础上,增加了传感器装置、电子控制装置和转向助力机构等,通过控制电动机产生助力进而实现转向,彻底改变了油液加压助力方式。其主要零部件包括传感器、助力电机、电子控制单元(ECU)、车载电源系统等。驾驶者在操纵方向盘进行转向时,转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小,将电压信号输送到电子控制单元,电子控制单元根据转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等,向电动机控制器发出指令,使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩,从而产生辅助动力。在汽车不转向时,电子控制单元则不向电动机控制器发出指令,电动机不工作。

4)线控转向系统(SBW):

 

线控转向系统主要由路感反馈、转向执行、控制器及相关传感器等部分组成。线控转向系统取消了方向盘与车轮之间的机械连接,实现了方向盘和车轮间的解耦,通过各种传感器获得方向盘的转角数据,然后电子控制单元(ECU)将其计算为具体的转向数据,结合车速及车辆行驶状态来对车轮转角进行控制。采用线控转向,方向盘位置布置灵活,能够实现静默方向盘、随需转向、可伸缩方向盘等一系列功能,增加自动驾驶体验,是未来转向系统技术升级的方向。

综上,不同的转向系统有不同的优缺点,基于成本、能耗、操作稳定、控制精确等各个角度来看,面临的应用场景也各不相同。因此,各类转向系统未来将长期共存、互为补充发展。

(3)汽车转向系统行业发展现状:从全球市场来看,全球汽车市场规模不断增长促进对转向系统需求的持续增加,全球汽车转向系统市场的规模在2021年约为297亿美元,预计到2030年将增长至441.4亿美元左右。

从国内市场来看,我国2022年汽车产量为2,702.10万辆、增幅为3.60%,自2021年以来,连续2年汽车产销量保持增长。汽车产销量的持续增长也带来了转向系统行业规模的扩大,根据《中国汽车工业年鉴》数据统计,2021年中国转向助力器及组件产业规模为513.65亿元,2021年产业规模较上年同期增长13.82%。

2016-2021年全球转向助力器产业规模现状分析

 数据整理:中金企信国际咨询

从产品类型来看,目前HPS和EHPS已广泛应用于商用车,EPS则大量应用于乘用车,随着线控技术的发展,线控转向系统(SBW)也逐步开始应用。

3、汽车转向系统行业发展趋势:

(1)转向泵售后市场将保持稳步增长:汽车零部件的售后市场规模取决于具体产品的损耗性、通用性和替换成本。有些零部件产品的售后市场规模较大,如悬挂与制动系统、信息娱乐系统等——前者的损耗性较大,后者的替换成本较低、个性化需求较为广泛,但有些部件则几乎没有售后市场,如车身与内饰——几乎很少进行更替。

汽车转向泵产品属于汽车转向系统的主要构件,存在损耗性的特点,在商用车尤其是重型卡车、大型客车等车型上表现得较为突出。在通用性方面,虽然转向泵产品型号众多,但其技术成熟,加之转向泵产品价格相对较为便宜,替换成本不高,转向泵售后市场的规模较为可观。

截至2022年底,我国汽车保有量合计达到3.19亿辆,较上年同比增长5.63%。未来几年,随着我国汽车保有量的进一步提高,汽车零部件售后市场对汽车转向泵产品的需求将呈现稳定增长的态势。

(2)液压助力转向系统将会长期存在:对于乘用车而言,出于安全、质量及车辆平台限制等因素考虑,目前已采用HPS的车型,不会轻易更换使用EPS;加上与EPS相比,HPS性价比高、技术也很成熟。因此,部分乘用车仍将使用HPS。对于商用车而言,目前大多数商用车仍搭载液压助力系统HPS或EHPS。综上,HPS仍有一定优势并将长期存在。

(3)“油耗法规+电动化”推动EPS在商用车领域渗透率提升:2022年6月,工信部发布《重型商用车燃料消耗量限值》(征求意见稿),明确了重型商用车辆燃料消耗量限值、生产一致性、认证拓展和实施日期。结合商用车油耗优于第三阶段限制标准的情况,提出第四阶段限值需要较第三阶段限值加严15%左右,目标是在2025年实现我国商用车油耗达到国际领先水平。现阶段由于EPS的负载能力不足,且成本较高,大多数商用车仍搭载液压助力系统HPS或EHPS。面对严格的油耗法规和可能会推出的惩罚管理措施,车企降低油耗压力加大,进一步推动节油性更好的EPS在商用车领域渗透率提升。

据中国汽车工业协会数据,2022年国内新能源商用车市场整体销量33.8万辆,较上年同期增长72.10%,新能源在商用车行业渗透率达到10.2%。由于电动汽车主要依靠电机驱动,其转向装置不能采取传统的由发动机驱动的HPS系统,而需要装配电动转向系统,加上EPS较EHPS、HPS有更好的节能效果,新能源汽车行业的发展将带来电动转向系统渗透率的提升。

综上,在油耗法规趋严、新能源汽车销量快速增长的背景下,EPS在商用车市场渗透率有望大幅提升。

(4)电动化和智能化拓宽转向系统应用场景,推动转向系统价值量提升:目前随着乘用车电动化和智能化的发展,EPS系统基本成为新能源汽车的标配。作为智能汽车产业链最前端的ADAS(先进驾驶辅助系统)是目前实现无人驾驶相对成熟的发展方向,EPS是其底层控制模块的一大组成部分。EPS可以支持车道保持辅助、交通拥堵辅助、自动泊车等功能的实现,通过EPS方案可以实现L1/L2级别的ADAS功能。但是,在L3以上级别的自动驾驶功能中,需要对底盘执行单元进行冗余设置,在系统失效时,依旧能安全行驶,厂商会进行双电机加双ECU等硬件冗余,从而提升转向系统价值量。由于转向系统对智能驾驶ADAS系统极其重要,未来,随着自动驾驶功能的不断升级,产品的价值量会得到进一步提升。


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