转向系统的前世与今生

随着越来越多的创新技术在汽车上的广泛应用，汽车电动化、智能化已成为不可逆的大趋势，转向系统作为智能汽车横向控制的执行系统，除了影响车辆操控性能之外，更关乎车辆的行驶安全。

近年来，汽车工业的技术进步凸显了汽车转向系统的重要性，随着新能源汽车和自动驾驶汽车日益普及，转向系统将迎来新的革命。据最新行业分析报告预测：全球汽车转向系统市场有望达近340亿美元，在2021~2031年这个预测期内，有望以超过4%的复合年增长率增长。“减少排放以及安全驾驶的需求在不断增加，推动了汽车转向系统的市场规模扩大。”Fact.MR市场调研公司一位分析师透露。

转向系统的进化史

对于大多数车主来说，感受一辆车的操控性能，除了动力、底盘之外，更加直接的第一感触往往来自“路感”，也就是车辆的转向系统。而汽车转向系统经历了100多年的发展和迭代，发生了巨大的变化：从最初的机械式转向系统发展为液压助力转向系统（HPS），然后又出现了电子液压助力转向系统（EHPS）和电子助力转向系统（EPS）。随着新能源汽车渗透率提高，EPS正逐渐取代HPS。据悉，目前国内已有80%的HPS系统向EPS系统完成切换。

图片来源 ：博泽

汽车转向系统的功能就是按照驾驶人的意愿控制汽车的行驶方向。传统齿轮齿条式转向器（转向机）通过壳体两端的螺栓固定在副车架上，其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动，借助横拉杆推动或拉动转向节，使前轮实现转向。转向器是将旋转运动转化为直线运动（或近似直线运动）的一组齿轮齿条传动机构，同时起到减速增矩作用。

HPS可以通过发动机的传动带或电气方式驱动转向助力泵。从转向助力泵输出的转向油流向转向阀，转向阀控制油压并改变流向。转向油被引向转向机相应一侧的液压缸，并在此产生齿轮齿条驱动进力。相比传统的转向系统，HPS使得操纵更加灵活、轻便，而且能吸收来自不平路面的冲击。

EPHS克服了传统HPS的缺点，所采用的转向助力泵不再靠发动机传动带驱动，而是采用电动机来驱动。电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角速度来调节电动机的转速和由此产生的转向油流量，使转向助力力矩连续可调，从而满足高、低速时的转向助力力矩要求。

EPS是典型的用电机代替机械连接的一项转向技术，其中转向电机是转向系统最为核心的一道关卡。EPS通过电动机产生转向助力力矩，并将力矩施加到转向柱或转向器上。

助力转向系统从1951年克莱斯勒率先将机械液压助力量产上车，并逐步升级到电子液压助力；1988年，日本铃木汽车首次在其Cervo车型上装备了EPS；1990年，本田发布了世界上第一款搭载可变齿比电动转向助力系统。此后，电动助力转向系统（EPS）开始成为市场主流。

再进一步，就是线控转向技术（SBW），取消了从转向盘到转向执行器之间的机械连接，完全由电控系统实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制，增大了转向力传递特性和角传递特性的设计自由度，更方便与自动驾驶其它子系统实现集成。该技术已成为汽车智能化及无人驾驶等新型热门领域发展的关键技术，将直接影响和制约着智能驾驶技术的发展。

SBW技术的成熟亦将使其装配率上升，但是由于目前成本较高，短期将只运用于高端车型。随着未来供应链完善和形成规模效应后，SBW有望以更低的成本逐渐往中端车型渗透。预计2025年，中国汽车转向系统总规模将达478.9亿元，复合增长率为5.1%。

提升驾乘体验，企业纷纷发力

汽车转向系统领域的供应商们正在致力于提供舒适、便捷、不损害环境的驾乘体验。Fact.MR市场调研结果显示，中国、日本、印度主导了汽车转向系统市场，东亚和南亚共同占据了全球汽车转向系统需求的60%；美国市场在整个北美市场占主要地位，复合年增长率在4%左右。按类型划分，电动汽车转向系统到2031年将以超过5%的复合年增长率增长，重型商用车（HCV）仍将是主要的最终用户，约占该市场营收的40%。

在供应商份额方面，博世（博世华域）、NSK、采埃孚排名前三，前十供应商合计份额占比超过90%，从市场集中度来看，竞争激烈。目前，汽车转向系统主要制造商还包括耐世特（Nexteer）汽车系统集团、JTEKT公司、蒂森克虏伯公司、三菱电机公司、Sona Koyo转向系统公司等。国内厂商也正在开始进入新的增长赛道，联创汽车电子、蜂巢转向、拿森科技等厂商正在持续发力国产替代。

在创新技术的研发以及与车企的合作方面，企业也在加快脚步以占得市场先机。2021年7月，博世与大众汽车公司宣布将整合群集智能，致力于改善道路安全，为司机提供强大和方便的辅助。此外，也将提供实时信息高分辨率地图，不断更新真实的道路交通状况。

2021年10月，耐世特汽车系统对其电动助力转向系统产品组合进行了扩充，发布创新模块化管柱式电动助力转向（mCEPS）系统。该创新系统的高性价比和模块化设计为耐世特提供了更多扩展性，并能更灵活地满足整车厂的广泛需求。据悉，耐世特mCEPS系统拥有标准款、增强款和旗舰款三种型号，全系列支持客户对多种助力的需求。其中，mCEPS 旗舰款支持SAE定义的二至五级自动驾驶，支持OTA升级并充分保障网络安全。所有三款耐世特mCEPS型号都基于AutoSar第四代电气/软件架构开发。

结语

当前，燃油发动机仍然占据主导地位，德国汽车供应商博泽预计在2030-2040年期间，新能源汽车（包括纯电动、混动和氢能）将反超燃油车型，2040-2050年期间将完全成为新能源车型的天下。此外，在不久的将来，L3级以上自动驾驶汽车将实现部分或全程脱离驾驶员的操控。相信转向系统未来还有更多的变革，也会有更光明的前景。

来源：荣格-《国际汽车设计及制造》

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