汽车转向系统发展历程

汽车转向系统的目的是依据驾驶员意愿控制汽车的驾驶方向，保证驾驶安全。转向系统在方向盘转动时，通过万向节、转向传动轴以及齿轮齿条机构将旋转力矩转变成转向机的直线运动，推动转向拉杆拉动车轮转向羊角，实现车辆的转向。

随着汽车不断的发展，车辆转向轮的负重逐渐增大，纯靠人力驱动，即使通过机械结构将转矩进行放大，也难以对转向系统进行驱动。因此转向助力系统逐渐出现，借助液压或者电动助力完成转向工作成为主流的技术。

电动转向系统结构(左图)，转向系统转矩传导(右图)/东吴证券

最初的车辆转向系统是纯机械结构转向(MS)，通过机械传动放大操作力矩，需要较大的转向力矩。后续随着技术的进步，陆续出现机械液压助力转向系统(HPS)、电子液压转向系统(EHPS)、电子助力转向系统(EPS)及线控转向系统(SbW)。

随着转向系统向电子助力及线控转向发展，转向系统的助力能够实现随速改变，低速增大助力，提升转向便捷度，高速减小助力，提升高速稳定性；助力控制更加精准，有效降低油耗；在线控转向结构下，硬件解耦，实现转向路感可调。

转向系统技术演进过程(左图)，各类转向系统技术特点(右图)/东吴证券

机械转向系统（MS）结构简单，成本低廉。MS以驾驶员体力作为转向系统主要动力源，驾驶员转动方向盘，通过转向器中的减速器放大旋转力矩，通过拉杆控制转向节完成车辆转向。机械助力转向系统全部传力部件均为机械，其助力力度相比其他助力转向系统是最弱的（无辅助助力），不过全机械的特征使其结构简单且成本低廉，过去主要在轻型车辆（如微面等）上装备，现阶段基本淘汰。

机械助力转向系统核心部件(左图)，搭载机械转向系统的昌河铃木(右图)/东吴证券

机械液压助力转向系统（HPS）发动机提供液压动力，实现转向助力。发动机液压泵提供助力，对转向系统施加辅助作用力，协助实现转向。由于其提供液压的液压泵由发动机通过皮带驱动，因此只有发动机运转，转向泵才能够运转，转向系统才有助力源。在车辆运行过程中，无论是否进行转向操作，液压泵始终需要进行压力储备，因此发动机部分动力需要消耗在液压泵上，从而增加整车的燃油消耗量。

机械液压助力转向系统核心部件(左图)，采用机械液压助力的富康车型(右图)/东吴证券

电子液压助力转向系统（EHPS）电机驱动液压泵工作，实现助力随速变化。电子液压转向助力系统原理与机械液压转向助力完全相同，其最大的区别就是不再使用发动机驱动液压泵，而改为电机驱动的液压泵。新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转向ECU等。助力泵启动和关闭全部由电控系统控制，在不做转向动作的时候，助力泵关闭，因此它对于发动机动力的消耗更小,从而相比HPS油耗下降。可根据车速传感器、横向加速度传感器等传感器收集的信息，分析后可以实时改变转向助力力度大小，可实现低速行驶、挪车时方向盘更轻，车辆高速时，方向盘更稳定；由于EHPS仍保留机械液压架构，所以仍保持“路感”，截至年，很多超跑仍在使用EHPS。

电子液压助力转向系统核心部件(左图)，法拉利搭载电子液压助力转向系统(右图)/东吴证券

电子助力转向系统(EPS)取消液压系统，电机产生助力，能耗最低，实现ADAS功能基本配置。EPS系统转向时，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ECU，ECU根据转矩传感器检测到的信号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。它也是实现ADAS功能的基本配置。EPS取消了油管、液压泵等部件，结构更加精简；随速转向功能相比EHPS更加精准，可通过电子系统在不同车速、转向角度、车辆倾向角度等工况下的计算，精确地对转向系统施加不同大小的助力。根据耐世特数据，EPS的百公里油耗率为0.5%，相比之下EHPS和HPS的百公里油耗率分别为2%/3%，EPS更符合当下推崇节能减排的大趋势。

EPS系统结构(左图)，转向系统油耗率对比(右图)/东吴证券

线控转向系统（SbW）硬件解耦，布置方便，减少事故损伤，实现转向路感可调。SbW取消了方向盘与车轮之间的机械连接，通过各种传感器获得方向盘的转角数据，然后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。方向盘位置布置更加灵活，甚至可以折叠，面向L4级别自动驾驶需求。SbW可避免事故中转向柱对驾驶员的伤害；同时，智能化的ECU根据汽车的行驶状态判断驾驶员的操作是否合理，并做出相应的调整，能够自动对汽车进行稳定控制。截至年，仅有英菲尼迪部分车型在年实质运用SbW技术，其它车企尚处于在研状态。为了确保冗余备份而增加了车辆的复杂度和成本，同时路感反馈和执行电机涉及负责算法实现，这都是阻碍其进一步推广的因素。

线控转向SbW架构(左图)，英菲尼迪Q50搭配SbW转向系统(右图)/东吴证券

智能化推动转向系统价值量提升

根据智妍咨询测算，中国市场年EPS出货量为万套，乘用车EPS渗透率超过85%，欧美市场作为成熟的汽车市场，EPS渗透率在85%-90%左右；国内EPS渗透率仍有5%-10%的增长空间。通过EPS方案可以实现L1/L2级别的ADAS功能，但在L3以上级别自动驾驶功能中，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，厂商进行双电机+双ECU等硬件冗余，从而提升转向系统价值量。

近年中国乘用车产量EPS销量/万辆万套(左图)，中国市场EPS渗透率(右图)/东吴证券

商用车高级别自动驾驶率先落地，推动EPS渗透率提升。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。截至年，商用车领域EPS渗透率较低。无人货运有市场规模大和落地简单的特点，会是率先落地的自动驾驶场景之一，推动EPS方案渗透率实现较快提升。

智能化推动下，转向系统市场规模有望实现快速增长。年转向系统市场规模有望突破亿，-复合增长率达17%。其中商用车转向系统市场规模为.4亿元，乘用车转向系统市场规模为.2亿元；商用车转向系统市场规模增速明显高于乘用车转向系统市场规模增速，-年复合增长率分别为+14%/+35%。乘用车转向系统市场规模增长的主要原因为L3级及以上自动驾驶的渗透率提升带动高可用性EPS以及SbW渗透率提升；商用车转向系统市场规模增长的主要原因为L3级自动驾驶在商用车中普及促使EPS渗透率提升。

乘用车(左图)、商用车(右图)转向系统规模及增速(亿元)/东吴证券

国内疫情强劲反弹，对一季度经济影响几何？

盘点摄像头在智能座舱中的应用

汽车智能化周度事件跟踪3.28-4.3(第14周)

凯联资本

敬请

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkgx/194.html