2014-2019年中国汽车EPS行业市场分析与发展趋势研究报告

    数据来源：中国汽车工业协会

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    中国产业研究报告网发布的《2014-2019年中国汽车EPS行业市场分析与发展趋势研究报告》共十章。首先介绍了汽车EPS相关概述、中国汽车EPS市场运行环境等，接着分析了中国汽车EPS市场发展的现状，然后介绍了中国汽车EPS重点区域市场运行形势。随后，报告对中国汽车EPS重点企业经营状况分析，最后分析了中国汽车EPS行业发展趋势与投资预测。您若想对汽车EPS产业有个系统的了解或者想投资汽车EPS行业，本报告是您不可或缺的重要工具。 
    本研究报告数据主要采用国家统计数据，海关总署，问卷调查数据，商务部采集数据等数据库。其中宏观经济数据主要来自国家统计局，部分行业统计数据主要来自国家统计局及市场调研数据，企业数据主要来自于国统计局规模企业统计数据库及证券交易所等，价格数据主要来自于各类市场监测数据库。

第一章 电动助力转向系统（EPS）产业概述 1
第一节 （电动助力转向系统EPSELECTRONICPOWERSTEERING） 1 

    电动助力转向系统（ElectricPowerSteering，缩写EPS）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，与传统的液压助力转向系统HPS（HydraulicPowerSteering）相比，EPS系统具有很多优点。EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。

    资料来源：智研数据中心整理 

    现代汽车的转向系统已经从最初的机械式转向、液压助力转向（HydraulicPowerSteering，HPS）发展到电动助力转向（ElectricalPowerSteering，EPS）技术。随着微电子控制技术在汽车领域的广泛使用，以及世界节能环保两大主题的推广，EPS的优越性越来越突出，成为转向技术研究的重点和热点内容。早在1980年代，国外就已经研制成功EPS并装车使用。目前，全球范围内电动助力转向器的装车率将超过30%。我国对EPS的研究起步较晚，但目前已有十多家高等院校和科研单位正在进行该项技术的研究，并已取得了较大的进展。EPS的助力特性、电动机、传感器和ECU等关键技术也有了突破性的进展。 
    EPS的工作原理和特点 
    EPS的结构和工作原理EPS系统是在传统机械式转向系统的基础上设计而成的，主要由转向盘转矩和转角传感器、车速传感器、轴重传感器、电子控制单元（ECU）、电动机、电磁离合器和减速机构等组成。 
    如图所示为一种转向轴助力式的EPS系统结构框图，它依靠电动机对转向轴实现助力作用。 
    工作原理：汽车不转向时，电动机不工作。当驾驶员操纵转向盘转向时，安装在转向轴上的转矩和转角传感器将所检测到的转矩和转角的大小和方向信号输入给ECU。车速传感器、轴重传感器等也将各自检测到的信号输入给ECU。ECU根据这些信号，并结合所检测到的助力电动机的电流反馈信号，进行运算处理，确定电动机助力电流的大小和方向。该电流即为所需的助力转矩，由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在转向轴上使之得到一个与汽车行驶工况相适应的转向作用力。当ECU检测到异常信号时，立即断开电磁离合器，退出助力模式，同时点亮故障指示灯。

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    EPS的优点 
    提高操纵轻便性和高速稳定性 
    对汽车转向系统的基本要求是低速时转向操纵轻便，高速时转向稳定。早期的低速型EPS在车速高于设定值时停止助力，现在研究的EPS多是全速型的，在任何车速下都能提供最佳助力，即在汽车原地或低速转向时，使转向操纵轻便；而在高速转向时产生良好的转向路感，提高行驶的稳定性。而液压助力转向系统HPS在汽车高速转向时仍提供较大的助力作用，会使驾驶员丧失路感，影响了行驶的稳定性。 
    节能环保 
    HPS系统中，转向油泵是由发动机驱动的，只要发动机在运转，油泵就会工作。 
    而EPS系统由电动机提供助力，电动机可以由发动机驱动也可以由蓄电池驱动，在不转向时几乎不消耗发动机的功率，降低了燃料消耗。对比试验表明：装备EPS的汽车其燃料消耗量比装备HPS的汽车降低了5.5%。EPS还取消了HPS中的转向油罐、油管等，质量减小，结构更紧凑；也没有液压油的消耗和泄漏问题，减小了对环境的污染。EPS中95%的组件都是可回收再利用的，而HPS系统的回收率只有85%左右。 
    提供可变的转向助力特性，适用范围广 
    EPS系统可在程序软件中方便地修改转向助力特性使系统具有不同的助力性能，快速地与不同车型匹配，以适应各种类型汽车转向助力的需要，从而缩短EPS产品的开发周期。而且转向助力的大小是随车速、转向快慢、路面条件等的变化实时调整的，保证始终获得良好的转向路感和操纵性能。而HPS系统中要改变转向助力的大小非常困难而且费用很高，必须增加额外的控制器和其他硬件。 
    提高主动安全性 
    一方面，电动机具有弹簧阻尼的作用，可以减小路面不平对转向系统的冲击和振动。另一方面，ECU具有安全保护和故障自诊断功能，一旦发现所监测的传感器或执行器出现异常，就会取消助力，同时ECU进行故障自诊断分析。 
    此外，EPS还具有集成度高、安装维修方便等优点。 
    在汽车的发展历程中，转向系统经历了四个发展阶段： 
    从最初的机械式转向系统（ManualSteering，简称MS）发展为液压助力转向系统（HydraulicPowerSteering，简称HPS），然后又出现了电控液压助力转向系统（ElectroHydraulicPowerSteering，简称EHPS）和电动助力转向系统（ElectricPowerSteering，简称EPS）。 
    装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统。 
    但是，液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在1983年日本Koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统；1990年，日本Honda公司也在运动型轿车NSX上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。

第二节 EPS分类及应用 4
一、C-EPS转向柱式EPS 4
二、P-EPS小齿轮式EPS 5
三、R-EPS齿条式EPS 6
第三节 EPS产业链结构 6
第四节 EPS与HPSEHPS对比分析 7
一、机械式液压动力转向系统（HPS） 7 
    
    机械液压助力是我们最常见的一种助力方式，英文简称为HPS，它诞生于1902年，由英国人FrederickW.Lanchester发明，而最早的商品化应用则推迟到了半个世纪之后，1951年克莱斯勒把成熟的液压转向助力系统应用在了Imperial车系上。由于技术成熟可靠，而且成本低廉，得以被广泛普及。

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    机械液压助力系统的主要组成部分有液压泵、油管、压力流体控制阀、V型传动皮带、储油罐等等。这种助力方式是将一部分发动机动力输出转化成液压泵压力，对转向系统施加辅助作用力，从而使轮胎转向。

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    根据系统内液流方式的不同可以分为常压式液压助力和常流式液压助力。常压式液压助力系统的特点是无论方向盘处于正中位置还是转向位置、方向盘保持静止还是在转动，系统管路中的油液总是保持高压状态；而常流式液压转向助力系统的转向油泵虽然始终工作，但液压助力系统不工作时，油泵处于空转状态，管路的负荷要比常压式小，现在大多数液压转向助力系统都采用常流式。可以看到，不管哪种方式，转向油泵都是必备部件，它可以将输入的发动机机械能转化为油液的压力。

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    机械液压助力优缺点： 
    机械液压助力的方向盘与转向轮之间全部是机械部件连接，操控精准，路感直接，信息反馈丰富；液压泵由发动机驱动，转向动力充沛，大小车辆都适用；技术成熟，可靠性高，平均制造成本低。 
    由于依靠发动机动力来驱动油泵，能耗比较高，所以车辆的行驶动力无形中就被消耗了一部分；液压系统的管路结构非常复杂，各种控制油液的阀门数量繁多，后期的保养维护需要成本；整套油路经常保持高压状态，使用寿命也会受到影响，这些都是机械液压助力转向系统的缺点所在。

二、电子液压助力转向系统（EHPS） 10
三、电动助力转向系统（EPS） 11
四、EPS与HPSEHPS对比分析 13

第二章 2013年中国汽车电动助力转向系统（EPS）行业发展环境 16
第一节 汽车电动助力转向系统（EPS）行业环境及属性分析 16
一、国民经济依赖性 16
二、行业周期属性 16
第二节 2013年中国经济环境分析 17
一、中国宏观经济发展现状 17
二、中国宏观经济走势分析 26
三、投融资环境分析 28
四、中国汽车EPS行业社会环境分析 31
1、人口环境分析 31
2、教育环境分析 32
3、文化环境分析 36
4、生态环境分析 38
5、中国城镇化率 39
6、居民的各种消费观念和习惯 39
第三节 2013年中国汽车电动助力转向系统（EPS）行业发展政策环境分析 44
一、行业政策影响分析 44
二、相关行业标准分析 45

第三章 EPS技术参数和制造工艺 49
第一节 EPS技术参数 49 

    电动助力转向系统结构参数 
    电动助力转向（Electricpowersteering，EPS）系统依靠电动机来提供助力转矩，系统性能的好坏对汽车的操纵稳定性有很大的影响。在设计电动助力转向系统时，需要对各部分结构进行合理的匹配，利用遗传算法强大的全局寻优能力对电动助力转向系统进行匹配优化。 
    1、人-车闭环系统模型的建立

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    人-车闭环系统模型 
    驾驶员根据预期的侧向速度和车辆实际侧向速度的差值，产生一个作用于转向盘的作用力矩，该力矩作为电动助力转向系统的输入，转向系统的输出作用于车辆系统，使车辆产生横摆运动、侧向运动和转向运动等。 
    1.1驾驶员模型

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    驾驶员模型 
    驾驶员根据道路情况及外界条件，结合自己的判断，形成他预期的车辆侧向速度。图中GNM表示驾驶员手臂神经肌肉系统的传递函数：
 

    Gp1，Gp2是人体肢体和肌肉组织的两个反馈环节，

    GL表示驾驶员大脑处理信息的滞后，

    Gc是考虑到低频驾驶行为而设置的超前补偿，

    1.2　EPS系统及整车模型的建立

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    EPS系统动力学模型

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    盘转动惯量、前轮及转向机构向转向柱等效的转动惯量、电动机的转动惯量； 分别为转向盘转角、前轮及转向机构向转向柱等效的转角、电动机的转角；Td，TL，Tm分别为转向盘转矩、前轮及转向机构向转向柱等效的转向阻力矩、电动机的电磁力矩；Bh，Bc，Bm分别转向盘阻尼系数、前轮及转向机构向转向柱等效后的阻尼系统、电机的阻尼系数；N为减速机构减速比；Ta为助力力矩；Tr为地面转向阻力矩；G为转向系角传动比；kt，ke，kp，kd分别为电机转矩系数、电机反电势系数、比例增益、微分系数；R为电机电阻；d为前轮拖距；δ，β，ωr分别为汽车前轮转角、质心侧偏角、横摆角速度；Kf，Kr分别为前、后轮侧偏刚度；a，b为汽车质心至前、后轴的水平距离；Jz，m，v分别为汽车绕质心的转动惯量、整车质量、车速。根据系统的速度匹配关系有
 

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    EPS系统及整车的仿真模型 
    根据驾驶员模型和EPS系统及整车仿真模型可得到人-车闭环系统的仿真模型。 
    2、基于遗传算法的系统参数优化 
    2.1遗传算法 
    遗传算法的基本步骤是：①把待优化的参数看作染色体，并对其进行编码，编码形式一般采用二进制编码；②随机产生n个个体，作为初始种群，计算种群中各个个体的适应度；③根据各个个体适应度的大小，来选择下一代种群，适应度大的个体被选中的概率大；④对种群中的个体进行交叉、变异操作；⑤经过选择、交叉、变异操作后生成下一代种群；⑥循环②至⑤步，直至满足算法终止条件。本文中选择策略采用轮盘赌选择，交叉操作采用单点交叉，变异操作采用自适应变异，终止条件为最大进化代数。 
    2.2目标函数的确定 
    汽车操纵稳定性是影响汽车主动安全性的重要因素之一。下面采用吉林大学郭孔辉教授提出的总方差评价方法，从提高汽车操纵稳定性的角度出发，使目标函数达到最小，来优化系统的各部分结构参数。

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    式中，Ja为转向盘角速度总方差，表示驾驶员的忙碌程度；Jb为整车质心侧偏角速度总方差，该值较大会使汽车产生侧滑；Jt为驾驶员转向盘操纵力矩总方差，表示驾驶员操纵转向盘的沉重程度，转向盘力矩过大，驾驶员难以转向，转向盘力矩过小，会丧失路感；Jay为侧向加速度总方差，表示行车过程中侧向加速度的相对大小，关系到是否翻车； 为转向盘角速度； 是转向盘角速度的标准门槛值； 为质心侧偏角速度； 是质心侧偏角速度标准门槛值； 是转向盘力矩标准门槛值； 为侧向加速度； 是侧向加速度的标准门槛值；ω1，ω2ω3，ω4为各总方差加权系数，表示对J的影响系数，通常取相同值。 
    2.3确定设计变量 
    选择电机转动惯量Jm，扭矩传感器刚度ks，减速机构减速比N，比例增益kp，微分系数kd等为设计变量。
 

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    3、优化与仿真结果分析 
    利用MATLAB7.2的遗传算法工具箱对电动助力转向系统进行匹配优化，首先编制M文件，利用M文件运行遗传算法；遗传算法运行过程中通过利用sim命令调用人-车系统仿真模型，仿真结果再传递回遗传算法，如此循环，直到算法终止。

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    遗传算法优化原理

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    优化前的设计变量值为
 

    优化后的设计变量值为

    根据优化前后的设计变量，进行车辆系统仿真分析。由下图可以看出，侧向速度阶跃输入时，优化后侧偏角速度达到稳定的时间比优化前有所减少，峰值降低，汽车操纵稳定性得到提高。根据转向路感为从负载到转向盘手力的传递特性。由转向路感变化曲线可以看出，优化前转向盘操纵力矩出现明显抖动，这种情况驾驶员操纵强度大，容易出现操纵疲劳；优化后转向盘操纵力矩的抖动得到很好的抑制，达到稳定的时间也明显减少，驾驶员操纵轻便。

    资料来源：智研数据中心整理

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    4、开发EPS系统需要对整个系统进行合理的匹配，使系统性能达到最优。上述论述建立了人--车闭环系统仿真模型，利用遗传算法多目标优化和全局寻优的能力，对电动助力转向系统进行了匹配优化，并利用优化后的结构参数进行系统仿真，从仿真结果看出，系统性能得到一定程度的提高，从而为EPS系统的匹配设计提供参考。

第二节 ECU控制器装配试验工艺 56
第三节 电动机 58
一、直流电动机 58
二、伺服电动机 59
三、力矩电动机 60
四、开关磁阻（SR）电动机 62
五、交流电动机 63
第四节 电动助力转向系统管柱 63
第五节 电动助力转向系统齿轮齿条 69
一、齿轮助力式 69
二、齿条助力式 69
第六节 EPS制造成本分析 70

第四章 中国汽车EPS安装量统计 73
第一节 中国汽车产量、销量综述 73 

    2013年，我国汽车市场呈现平稳增长态势，产销量月月超过130万辆，平均每月产销突破180万辆，全年累计产销超过2100万辆。 
    据中国汽车工业协会统计，我国全年累计生产汽车2211.68万辆，同比增长14.76％，销售汽车2198.41万辆，同比增长13.87％，产销同比增长率较2012年分别提高了10.2和9.6个百分点。其中，乘用车产销1808.52万辆和1792.89万辆，同比分别增长16.50%和15.71%，产销同比增长率较2012年分别提高了9.52和8.84个百分点；商用车产销403.16万辆和405.52万辆，同比分别增长7.56%和6.40%，同比较2012年分别提高12.25和12.30个百分点。 
    2013年12月，全国汽车产销分别为213.79和213.42万辆，同比分别增长19.78%和17.92%。其中乘用车产量178.22万辆，同比增长23.57%，销量177.69万辆，同比增长21.47%；商用车产销分别为35.57万辆和35.72万辆，同比分别增长3.83%和2.95%。 
    2013年1-4季度，我国汽车销量同比增长分别为13.11%、11.40%、14.24%和17.36％。

2009-2013年汽车产销量数据统计（单位：万辆）