报告中涉及专业名词释义
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志控制汽车的行驶方向。按照转向能源的不同,目前汽车转向系统分为机械转向系统和助力转向系统两大类。
机械转向系统、MS: 指Manual Steering System,完全靠驾驶者体力操纵的汽车转向系统,其传力件都是机械的,主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分构成
液压助力转向系统、HPS:指Hydraulic Power Steering System,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转向能源的转向系统,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,包括液压转向泵、油管、流量控制阀、传动皮带、储油罐等部件
电动液压助力转向系统、EHPS:指Electro-hydraulic Power Steering System,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,并加装了电控系统,使得转向助力的大小不仅与转向角度有关,还与车速相关
电动助力转向系统、EPS:指Electronic Power Steering System,是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,通过电子控制电动机(EPS 电机)产生助力进而实现转向的汽车转向系统
线控转向系统、SBW:指Steering By Wire,由路感反馈总成、转向执行总成、控制器以及相关传感器组成,去除了传统转向系统中从转向盘到转向执行器间的机械连接
转向泵、汽车转向泵:指Hydraulic Power Steering Pump,又称转向助力泵或动力转向泵,是液压助力转向系统和电动液压助力转向系统中转向助力装置的动力源,其功能是将发动机或电机的机械能转变为驱动转向助力缸工作的液压能,再由转向助力缸输出的转向力驱动转向车轮转向
机械液压泵、机械液压助力转向泵:指与机械液压助力转向系统配套的液压助力转向泵
电动液压泵、电动液压助力转向泵:指与电动液压助力转向系统配套的液压助力转向泵
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。
(1)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转向能源的转向系统,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,包括液压转向泵、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,系统总是处于工作状态,导致相比机械转向系统增加 3%-5%的油耗,能耗较高;同时其液压系统结构较复杂,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,并加装了电控系统,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,使得汽车能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,2023年全球汽车转向系统行业市场规模超240亿美元,近四年行业复合增速为1.85%。初步估算,2024年全球汽车转向系统行业市场规模将突破250亿美元。
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。
4、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。公安部获悉,2024年,全国机动车保有量达4.53亿辆,其中汽车3.53亿辆;机动车驾驶人达5.42亿人,其中汽车驾驶人5.06亿人。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,2024 年新能源汽车继续快速增长,年产销首次突破1000万辆,销量占比超过40%,迎来高质量发展新阶段,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。
5、汽车转向系统行业的技术水平及技术特点
汽车转向系统集成了转向系统设计与匹配技术、精密机械加工技术、总成装配技术、液压控制技术、电子控制技术等多项技术,技术密集型特征较为明显。目前我国适用于各类车型的机械液压助力转向泵、电动液压助力转向泵技术都已经非常成熟。
乘用车市场主流使用的电动助力转向系统,业内自主品牌龙头企业已经掌握相关技术,部分产品质量已经接近国际领先水平,正在积极进入高端车型的配套市场。在线控转向系统方面,目前仅有部分车型实质使用,尚未大规模推广;部分外资厂商推出了可量产的线控转向方案;部分国内自主品牌正在积极研发,少数国内厂商已逐步实现小批量生产,总体上仍处于技术积累期。
综上,目前我国的转向系统行业日趋成熟,主流产品生产技术水平、产品设计能力均有了很大的提高,龙头企业的液压助力转向泵、电动液压助力转向泵及电动助力转向系统的开发设计、生产技术水平已经逐渐接近世界先进水平,而线控转向系统在我国刚刚起步,与世界先进水平存在一定差距。
6、汽车转向系统行业竞争格局
从全球范围来看,汽车转向系统的生产企业总体数量不多、供应较为集中,主要由罗伯特博世汽车转向系统有限责任有限公司(Robert Bosch Automotives Steering GmbH)、捷太格特株式会社(JTEKT Corporation)、日本精工株式会社(NSK Ltd.)、蒂森克虏伯股份公司(thyssenkrupp AG)、耐世特汽车系统集团有限公司、汉拿万都株式会社(HL MandoCorporation)等几家专业公司为全球知名车企提供长期服务,并为这些客户的扩张提供全球范围内的零部件供应支持。
未来,随着全球汽车产业和市场的转移、技术更替和成本竞争等因素影响,转向系统的生产将更加集中,部分企业将通过产业转移与战略合作等方式保障产品供应或市场份额,这也将为公司的持续发展带来新的市场机遇和发展空间。
从国内情况来看,目前国内转向系统市场呈现外资品牌和自主品牌既相对独立、又逐步渗透、相互竞争的格局:第一,外资品牌转向系统厂商凭借其先发优势以及与外资品牌整车厂商之间的长期合作,在外资品牌整车市场占据着重要地位;第二,自主品牌转向系统厂商主要在自主品牌整车的配套市场和售后市场展开竞争,部分具备质量、技术和价格综合优势的厂商已经出现;第三,综合实力较强的自主品牌厂商通过技术提升已成功进入合资品牌整车配套市场,并对外资品牌实现了部分替代;第四,随着自主品牌转向系统厂商实力的不断增强以及自主品牌汽车市场占有率的提高,自主品牌转向系统厂商的市场份额将进一步扩大。
7、汽车转向系统行业内的主要企业
目前在国内汽车转向系统市场上,博世、NSK、捷太格特、耐世特、汉拿万都等外资品牌通过在华独资或合资建厂,占有较大的市场份额,且牢牢把握了豪华和合资品牌车企的供应渠道。自主品牌则以德尔股份、浙江世宝、豫北转向、湖北恒隆为主,主要供应自主品牌及部分合资品牌的整车厂商。随着自主品牌的技术水平不断提升以及下游车企降本增效的需求,自主品牌的汽车转向系统厂商有望逐步扩大市场份额。
国内汽车助力转向系统市场的主要企业有博世华域转向系统有限公司、一汽光洋转向装置有限公司、汉拿万都(北京)汽车部件有限公司、阜新德尔汽车部件股份有限公司、浙江世宝股份有限公司、湖北恒隆汽车系统集团有限公司、豫北转向系统(新乡)股份有限公司、浙江万达汽车方向机股份有限公司、浙江万安泵业有限公司、全兴精工集团有限公司、安徽德孚转向系统股份有限公司等。