汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展歷程,EPS市場(chǎng)規(guī)模及滲透率

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了傳感器裝置、電子控制裝置和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)等，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生助力進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，徹底擺脫了油液加壓助力方式。

概 述

科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展極大地促進(jìn)了汽車(chē)技術(shù)和汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也不例外。1954年，通用汽車(chē)公司首次將液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用于汽車(chē)上。經(jīng)過(guò)一系列的技術(shù)革新，80年代早期出現(xiàn)了電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1988年，日本鈴木汽車(chē)公司首先在其小型轎車(chē)Cervo上裝備了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展歷程

汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類(lèi)

隨著EPS系統(tǒng)技術(shù)得到廣泛的認(rèn)可，先后有多家汽車(chē)公司開(kāi)始對(duì)EPS系統(tǒng)投入研究，如英國(guó)盧卡斯日本三菱汽車(chē)大發(fā)汽車(chē)公司德國(guó)ZF德?tīng)柛９竞兔绹?guó)天合公司德?tīng)柛９镜?a target="_blank">產(chǎn)品用于大眾波羅歐寶318i和菲亞特Punto等車(chē)型上安裝了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，三菱在其生產(chǎn)的Minic上配備了EPS系統(tǒng)日本大發(fā)也在它Mira車(chē)型上配備了EPS系統(tǒng)，本田的Accord上也己經(jīng)選裝了EPS系統(tǒng)進(jìn)行安裝直至今日這些公司的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在國(guó)際市場(chǎng)中仍然占有著廣大的市場(chǎng)份額從電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)到現(xiàn)在的30余年時(shí)間里，EPS系統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展從最開(kāi)始的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)僅在汽車(chē)低速的停車(chē)狀態(tài)時(shí)動(dòng)作，向全速型進(jìn)行的發(fā)展使汽車(chē)在高速行駛時(shí)主動(dòng)添加阻尼控制使汽車(chē)在全速下也可進(jìn)行操縱穩(wěn)定性控制應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，從最開(kāi)始的中型微微型汽車(chē)上的應(yīng)用己經(jīng)向中高檔汽車(chē)擴(kuò)展。

EPS構(gòu)造示意圖

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為機(jī)電一體化的代表，將電機(jī)與電子產(chǎn)品相結(jié)合，對(duì)汽車(chē)的駕駛系統(tǒng)進(jìn)行了提升，在滿(mǎn)足了駕駛員對(duì)操縱系統(tǒng)操縱性，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)表現(xiàn)出了非常大的優(yōu)勢(shì)。

市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

一汽車(chē)工業(yè)主要指標(biāo)完成情況

從全球來(lái)看，汽車(chē)EPS搭載率已超過(guò)50%。我國(guó)在售乘用車(chē)型中使用HPS的汽車(chē)約為63%，使用EPS約為35%，而我國(guó)自主品牌汽車(chē)的EPS搭載率僅為20%左右，未來(lái)發(fā)展?jié)摿薮?。近幾年?lái)國(guó)內(nèi)自主品牌EPS產(chǎn)銷(xiāo)量正快速增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)顯示，2015年自主品牌EPS產(chǎn)品銷(xiāo)量約229.3萬(wàn)件，同比增長(zhǎng)30.5%，市占率達(dá)到19%，較上一年提升1.3個(gè)百分點(diǎn)。

隨著乘用車(chē)智能性和電子電氣化程度提升以及新能源汽車(chē)銷(xiāo)量的快速增長(zhǎng)，我們對(duì)2020年EPS的市場(chǎng)空間進(jìn)行了敏感性測(cè)算：

在油耗限值法規(guī)、電動(dòng)化和智能化的趨勢(shì)下，我們認(rèn)為EPS的裝配率有望快速提升。隨著國(guó)內(nèi)EPS產(chǎn)品逐漸成熟，我們預(yù)計(jì)到2020年EPS的市場(chǎng)滲透率將達(dá)到65%。在國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)量復(fù)合增速為6%、EPS滲透率為65%的中性假設(shè)下，2020年汽車(chē)產(chǎn)量有望達(dá)到3279萬(wàn)輛，相應(yīng)的EPS市場(chǎng)規(guī)模為2131.41萬(wàn)件，若按照EPS單價(jià)為1000元/件計(jì)算，EPS市場(chǎng)空間有望達(dá)到213億元。

EPS市場(chǎng)規(guī)模及滲透率

國(guó)內(nèi)對(duì)EPS系統(tǒng)的需求在一段時(shí)間內(nèi)非?？捎^，但作為國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，助力系統(tǒng)還處于初級(jí)階段與國(guó)外公司還有很大的差距，在短時(shí)間能無(wú)法滿(mǎn)足高標(biāo)準(zhǔn)的駕駛需求，所以國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還是基本有國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)。

根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2016年1-6月自主品牌狹義乘用車(chē)銷(xiāo)售382.39萬(wàn)輛，占比達(dá)到38.1%，較15年提高3.2個(gè)百分點(diǎn)。自主品牌銷(xiāo)量快速增長(zhǎng)一方面與乘用車(chē)銷(xiāo)量主要貢獻(xiàn)區(qū)域向可支配收入較低的中西部轉(zhuǎn)移有關(guān)，另一方面與自主品牌SUV車(chē)型銷(xiāo)量快速增長(zhǎng)有關(guān)。我們認(rèn)為自主品牌市占率的提升有望持續(xù)。同時(shí)，隨著國(guó)內(nèi)EPS自主研發(fā)技術(shù)的不斷成熟，自主品牌EPS裝配率有望進(jìn)一步提升。

2014、2015年我國(guó)EPS分國(guó)別占比情況

二EPS供應(yīng)商產(chǎn)業(yè)鏈

在中國(guó)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場(chǎng)中，外資或合資企業(yè)的市場(chǎng)占有率在80%左右，占?jí)艛嗟匚?，中?guó)本土企業(yè)市場(chǎng)占有率則不足20%。目前日本捷太格特、德國(guó)采埃孚、日本精工、美國(guó)天合等全球主要轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供應(yīng)商均已在中國(guó)設(shè)立EPS生產(chǎn)基地。中國(guó)本土出現(xiàn)了一批產(chǎn)能在100萬(wàn)套以上的企業(yè)，例如易力達(dá)、豫北等。

國(guó)內(nèi)主要EPS供應(yīng)商

分供應(yīng)商國(guó)別來(lái)看，近年來(lái)國(guó)內(nèi)自主品牌EPS產(chǎn)銷(xiāo)量快速增長(zhǎng)。根據(jù)行業(yè)專(zhuān)家交流數(shù)據(jù)，2014年我國(guó)自主品牌EPS產(chǎn)品銷(xiāo)量約為175.7萬(wàn)件，占國(guó)內(nèi)EPS產(chǎn)品總銷(xiāo)量的17.7%；2015年自主品牌EPS產(chǎn)品銷(xiāo)量約229.3萬(wàn)件，同比增長(zhǎng)30.5%，市占率達(dá)到19%，較2014年提高1.3個(gè)百分點(diǎn)。我們認(rèn)為，自主品牌EPS銷(xiāo)量快速增長(zhǎng)，與產(chǎn)品成熟度提升以及自主品牌乘用車(chē)市占率提升、消費(fèi)升級(jí)帶來(lái)自主品牌車(chē)型EPS裝配率提升有關(guān)。

目前EPS系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

一電機(jī)將逐漸轉(zhuǎn)向無(wú)刷電機(jī)

稀土永磁材料具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、質(zhì)量小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，必將取代傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)。此外，有刷電機(jī)存在諸多弊端，比如電刷產(chǎn)生的噪聲較難克服、磨損嚴(yán)重、電磁干擾等問(wèn)題。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，無(wú)刷電機(jī)將逐漸取代有刷電機(jī)，日本現(xiàn)在國(guó)內(nèi)配裝的EPS也逐漸轉(zhuǎn)向無(wú)刷電機(jī)。

二主動(dòng)回正技術(shù)將成發(fā)展趨勢(shì)

EPS轉(zhuǎn)向助力特性的控制策略通常是電機(jī)助力電流控制，當(dāng)轉(zhuǎn)向參數(shù)變化時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩特性會(huì)隨之變化。若以轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，可以改善轉(zhuǎn)向輕便性和路感，加快轉(zhuǎn)向響應(yīng)速度，進(jìn)一步提高行駛安全性。

三傳感器將由滑動(dòng)變阻式向非接觸式過(guò)渡

全電動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)（線控轉(zhuǎn)向，Steering-by-Wire，SBW）取消了轉(zhuǎn)向盤(pán)與轉(zhuǎn)向輪之間機(jī)械連接，完全由電能及轉(zhuǎn)向信號(hào)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。此外，其可對(duì)駕駛員的操作指令或汽車(chē)狀態(tài)進(jìn)行判斷，必要時(shí)自動(dòng)進(jìn)行駕駛控制，使汽車(chē)恢復(fù)穩(wěn)定行駛。與EPS相比，SBW操縱穩(wěn)定性更佳，主動(dòng)和被動(dòng)安全性更高，轉(zhuǎn)向性能設(shè)計(jì)更自由，同時(shí)乘坐舒適性也更好。

四多助力模式

EPS相對(duì)于HPS系統(tǒng)，最大的優(yōu)點(diǎn)是真正做到了隨速轉(zhuǎn)向，為駕駛員提供良好的駕駛感覺(jué)。但同一輛車(chē)輛，不同的駕駛員（性別、年齡、個(gè)性、身體狀況等），對(duì)EPS助力特性也有不同的要求，目前的EPS無(wú)法滿(mǎn)足每一個(gè)駕駛員的需求。若在ECU中存儲(chǔ)多種助力特性曲線，可形成多助力模式，由駕駛員根據(jù)各自駕駛習(xí)慣自由選擇，則可以最大化滿(mǎn)足駕駛員的需求。多助力模式對(duì)硬件改動(dòng)較小（增加選擇開(kāi)關(guān)），軟件及調(diào)教費(fèi)用較低，性?xún)r(jià)比高，未來(lái)推廣較為容易。目前現(xiàn)代勝達(dá)、IX35等車(chē)型上已經(jīng)配備多助力模式。

五線控轉(zhuǎn)向

隨著車(chē)輛電氣化和智能化程度的提高，線控轉(zhuǎn)向（SteeringByWire,SBW）已經(jīng)成為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，未來(lái)會(huì)取得廣泛應(yīng)用。所謂四輪轉(zhuǎn)向，是指取消轉(zhuǎn)向盤(pán)和車(chē)輪之間的機(jī)械連接裝置，使用控制信號(hào)連接，又稱(chēng)為柔性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

線控轉(zhuǎn)向流程圖

SBW的結(jié)構(gòu)原理圖如上圖所示。由于SBW采用柔性連接，轉(zhuǎn)向盤(pán)和車(chē)輪之間取消了機(jī)械連接，且電子元器件易受電磁干涉，需要接受的信號(hào)較多，系統(tǒng)復(fù)雜，其可靠性和安全性是最亟待解決的。為保障安全，一般采用冗余設(shè)計(jì)的方法，如在系統(tǒng)中增加傳感器、電機(jī)、電源或備份機(jī)械結(jié)構(gòu)等，有效提高系統(tǒng)的可靠性。

如全球率先量產(chǎn)采用SBW的英菲尼迪Q50，就采用了備份機(jī)械機(jī)構(gòu)的方式。車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)，不依靠傳統(tǒng)的機(jī)械連接，而是依靠三組電子控制單元（ECU）進(jìn)行控制，根據(jù)路況和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和扭矩、車(chē)速進(jìn)行綜合計(jì)算，從而指揮轉(zhuǎn)向電機(jī)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。當(dāng)任意一個(gè)ECU被監(jiān)測(cè)到出現(xiàn)了問(wèn)題時(shí)，備用模式將激活離合器，恢復(fù)至傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)轉(zhuǎn)向模式，確保駕駛員可以掌控車(chē)輛。

現(xiàn)存問(wèn)題及與國(guó)際差距

國(guó)內(nèi)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的起步相對(duì)于國(guó)外起步時(shí)間較晚，同時(shí)還面臨著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒(méi)有系統(tǒng)研究等一系列的問(wèn)題，因此面臨很大挑戰(zhàn)國(guó)內(nèi)最早使用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的是昌河北斗星，之后開(kāi)啟了國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變革隨和國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的自身發(fā)展，國(guó)內(nèi)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相融合引進(jìn)，使我國(guó)EPS（電動(dòng)阻力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）系統(tǒng)快速發(fā)展。

現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)己將電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究列入了重點(diǎn)科研項(xiàng)目一些有相關(guān)背景的高校與汽車(chē)行業(yè)的一部分企業(yè)合作共同研究，在基礎(chǔ)較低的情況下，可到了相對(duì)較大的發(fā)展，但作為產(chǎn)品的問(wèn)世還為時(shí)尚早，系統(tǒng)相對(duì)不成熟是面臨的最大問(wèn)題從1998年開(kāi)始我國(guó)就開(kāi)始了對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，其中吉林大學(xué)清華大學(xué)和華南理工大學(xué)等己取得較大的突破，主要涉及EPS系統(tǒng)的算法研究。

作為消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，其能否適應(yīng)市場(chǎng)和是否存在競(jìng)爭(zhēng)力是重中之重，作為自主研發(fā)的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與國(guó)際生產(chǎn)廠商之間對(duì)于汽車(chē)整體的駕駛手感，操縱性發(fā)面還存在許多欠缺。

比如EPS噪聲大方向盤(pán)振動(dòng)厲害，方向盤(pán)轉(zhuǎn)向不對(duì)稱(chēng)，系統(tǒng)的可靠性低，故障率高駕駛安全存在隱患等問(wèn)題仍待解決另外從研發(fā)和生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化方面，科技成果轉(zhuǎn)化還是存在許多壁壘，因此制約了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展作為生產(chǎn)制造業(yè)。

再比如于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器線束接插件針腳耐久腐蝕問(wèn)題，可能導(dǎo)致車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間使用后電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)報(bào)故障碼，可能導(dǎo)致車(chē)輛電子轉(zhuǎn)向助力失效，存在安全隱患，2018年1月26日浙江吉利汽車(chē)有限公司就因?yàn)檫@個(gè)原因，宣布召回2015年4月1日至2016年10月28日期間生產(chǎn)的部分博瑞GC-9汽車(chē)，共計(jì)40,068輛。

由于國(guó)內(nèi)對(duì)與電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義上不清晰，各廠家之間生產(chǎn)的產(chǎn)品不匹配也是現(xiàn)在面臨的重要問(wèn)題需要盡快解決。

結(jié) 語(yǔ)

總之，EPS是汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，一方面源于節(jié)能環(huán)保政策法規(guī)的引導(dǎo)，另一方面該技術(shù)本身屬于升級(jí)式和潮流型配置。目前，電動(dòng)化和智能化是車(chē)輛發(fā)展的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)同樣遵循這一趨勢(shì)。隨著電器元器件價(jià)格的下降和EPS技術(shù)的成熟，EPS發(fā)展前景會(huì)更加光明。未來(lái)EPS會(huì)朝著安全、高效環(huán)保、舒適的方向發(fā)展，在解決線控轉(zhuǎn)向的可靠性和成本問(wèn)題后，線控轉(zhuǎn)向作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的主要方向，逐漸普及在量產(chǎn)車(chē)型上。