智能汽车专题报告：智能化推动汽车转向系统价值提升

证券研究报告·行业研究·汽车与零部件 【软件定义汽车系列深度第16篇】智能化推动转向系统价值提升 证券分析师：黄细里 执业编号：S0600520010001 联系邮箱：huangxl@dwzq.com.cn联系电话：13917104915 2021年8月5日 报告核心结论 智能化趋势下，汽车转向系统实现功能升级，价值量提升，市场空间广阔。 L3级别以上自动驾驶冗余需求，推动乘用车转向系统价值提升。EPS（电控助力转向）系统能够满足L1/L2级别自动驾驶需求。随着自动驾驶功能不断升级，L3级别以上自动驾驶对功能安全有冗余的需求，需要配置双电机+双ECU等硬件，单车价值量有望实现翻倍，经我们测算，2025年乘用车转向系统市场空间有望达到518亿元，2020-2025年CAGR约为14%。 无人物流作为率先落地场景，推动商用车转向系统向EPS升级。因为转向助力要求高，截至2020年，商用车主要使用HPS（液压助力）/EHPS（电控液压助力）。无人物流作为率先落地的无人驾驶场景，推动商用车转向系统加速向EPS+HPS/EHPS进行升级。经我们测算，2025年商用车转向系统市场空间有望达到140亿元，2020-2025年CAGR约为35%。 从机械助力->线控转向，转向系统技术不断提升。转向系统从最初的机械助力转向->液压助力转向->电控液压助力转向->电动助力转向->线控转向。助力控制精度不断升级，能耗逐渐降低，符合高级别自动驾驶需求，实现硬件解耦，碰撞安全性提高，路感反馈可调。 底盘域控制集成，加速自主供应商国产化替代进程。转向系统技术壁垒较高，行业集中度持续提升，国内市场份额主要集中在国际供应商手中。在底盘域控制集成的大背景下，主机厂需要寻求更加开放的执行单元供应商，为自主转向供应商提供了国产化替代的良机，有望加速这一进程。 投资建议：智能化背景下，推动乘用车+商用车转向系统升级，单车价值量提升，市场空间广阔。在整车E/E架构向“功能域”集中发展的趋势下，底盘域控制器给自主制动单元供应商带来国产化替代良机。拥有转向技术的自主零部件供应商，推荐【华域汽车】，关注【耐世特+德尔股份+浙江世宝】。 风险提示：乘用车需求复苏低于预期；新能源汽车渗透率低于预期；智能化增速低于预期。 目录 智能化推动转向系统价值量提升 汽车转向系统发展历程 底盘域集成推动国产化替代进程自主转向系统供应商投资机会 风险提示 EPS渗透率仍有一定空间，智能化推动价值量提升 中国EPS市场渗透率逐年提升，后续仍有一定增长空间。根据智妍咨询测算，中国市场2019年EPS出货量为1820万套，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。 自动驾驶功能不断升级，推动乘用车转向系统价值量提升。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。 图：近年中国乘用车产量&EPS销量/万辆&万套图：中国市场EPS渗透率 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 201120122013201420152016201720182019 乘用车产量EPS销量 100% 80% 60% 40% 20% 0% 201120122013201420152016201720182019 商用车高级别自动驾驶率先落地，推动EPS渗透率提升 现阶段大多数商用车搭载HPS或EHPS系统。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2020年，商用车领域EPS渗透率较低。 无人物流是自动驾驶率先落地场景之一，推动EPS在商用车的渗透率提升。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。 C-EPS有望率先得到应用，R-EPS技术已上市。C-EPS以其成本相对较低的特点，有望率先被运用到商用车上； 2020年10月，耐世特推出的高输出R-EPS已成功应用到电动皮卡、电动商用车以及L4自动驾驶巴士上。 图：图森未来无人驾驶卡车图：耐世特R-EPS 智能化推动下，转向系统市场规模有望实现快速增长 据我们测算，2025年转向系统市场规模有望突破657亿，2020-2025复合增长率达17%。其中商用车转向系统市场规模为125.4亿元，乘用车转向系统市场规模为537.2亿元；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，2020-2025年复合增长率分别为+14%/+35%。 L3级别以上自动驾驶渗透率提升，成为驱动转向系统增长主因。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。 图：乘用车转向系统规模及增速（亿元）图：商用车转向系统规模及增速（亿元） 600 500 400 300 200 100 0 20202021E2022E2023E2024E2025E 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% 160 140 120 100 80 60 40 20 0 20202021E2022E2023E2024E2025E 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 乘用车转向系统市场规模乘用车转向系统市场规模增速 商用车转向系统市场规模商用车转向系统市场规模增速 目录 智能化推动转向系统价值量提升 汽车转向系统发展历程 底盘域集成推动国产化替代进程自主转向系统供应商投资机会 风险提示 7 方向盘旋转力矩，传递至转向拉杆完成车轮转向，确保行驶安全的关键。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。 液压或电动提供转向助力，协助完成转向动作。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。 万向节 图：电动转向系统结构图图：转向系统转矩传导 从机械助力转向->线控转向，转向技术逐渐升级。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)。 助力电动化趋势，转向性能全面升级。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。 图：转向系统技术演进过程表：各类转向系统技术特点 机械转向系统（MS）结构简单，成本低廉 以人力为主要动力源，通过机械传动结构放大。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。 纯机械结构，结构简单且成本低廉。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。 图：机械助力转向系统核心部件图：搭载机械转向系统的昌河铃木 方向盘 转向拉杆 转向节 万向节 转向器 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 发动机驱动液压泵，为转向机构提供助力。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。 液压泵持续建压，消耗发动机动力。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。 图：机械液压助力转向系统核心部件图：采用机械液压助力的富康车型 油液管路 机械控制阀 液压缸活塞 齿轮齿条 液压泵 液压油储液罐 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 电机驱动液压泵，通过液压助力转向。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。 精准控制助力泵开关，减少能量消耗。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。 电控系统介入，实现助力随速变化功能。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2020年，很多超跑仍在使用EHPS。 图：电子液压助力转向系统核心部件图：法拉利-Roma搭载电子液压助力转向系统 执行机构与机械液压助力相同 助力泵 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 电机直接提供助力，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。 结构精简，提供更高精度的随速转向。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。 EPS实现更高能效控制，符合节能减排趋势。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。 图：EPS系统结构 方向盘 转向齿轮 转向助力控制单元（ECU） 转向力矩传感器 万向节传动轴 电子机械助力转向机 转向角传感器 转向柱 图：转向系统油耗率对比 EPS根据位置和结构，有多种分类，各自具有特点 转向柱助力式(C-EPS)结构紧凑，扭矩输出相对较小。C-EPS的转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构组成一体，安装在转向柱上。其特点是结构紧凑，电动机助力的响应性较好。但由于助力电机安装在驾驶舱内，受到空间布置和噪音的限制，电机的体积较小，输出扭矩不大。 小齿轮助力式(P-EPS)助力较大，布置相对方便。P-EPS的转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构仍为一体，只是整体安装在转向小齿轮处，直接给小齿轮助力，能够获得较大的转向力，并且使得各个部件布置更加方便，可用于中型车辆，提供较大的助力值。 齿条助力式(R-EPS)直接驱动齿条，提供最大助力。R-EPS的转矩传感器单独地安装在小齿轮处，电动机与转向助力机构一起安装在小齿轮另一端的齿条处，用以给齿条助力。齿条助力式EPAS系统的动力辅助单元安装在齿条上，具体安装位置比较自由，因此在汽车的底盘布置时非常方便。此外，同小齿轮助力式