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智能網聯汽車線控轉向系統

2021-02-28 00:02:53·  來源:焉知智能底盤  作者:驅動視界
 
汽車的轉向系統經歷了機械轉向系統、液壓助力轉向系統、電控液壓助力轉向系統、電動助力轉向系統的發展過程,隨著線控技術的發展,線控轉向技術也逐漸出現在汽車的轉向系統中。一、 汽車轉向系統發展情況1.助力轉向分類機械轉向液壓助力
汽車的轉向系統經歷了機械轉向系統、液壓助力轉向系統、電控液壓助力轉向系統、電動助力轉向系統的發展過程,隨著線控技術的發展,線控轉向技術也逐漸出現在汽車的轉向系統中。
一、 汽車轉向系統發展情況
1.助力轉向分類
  • 機械轉向
  • 液壓助力轉向
  • 電控液壓助力轉向
  • 電動助力轉向
2.液壓助力轉向系統(HPS)
液壓助力轉向系統采用液壓伺服控制方式構成的液壓控制系統,主要由V型傳動皮帶、壓力流量控制閥體、油管、動力缸、轉向助力泵、轉向柱、轉向傳動軸、儲油罐等部件構成
優點:
  • 采用機械部件連接,操控精準,路感直接,信息反饋豐富
  • 液壓泵由發動機驅動,轉向動力充沛,技術成熟,可靠性高,平均制造成本低
缺點:
  • 低速大轉向轉彎時比較沉
  • 依靠發動機動力來驅動油泵,能耗比較高
  • 液壓系統的管路結構非常復雜,油路經常保持高壓狀態,使用壽命受到影響。
3.電控液壓助力轉向系統(EHPS)
電控液壓助力系統(EHPS)的主要由儲油罐、控制單元、電動泵、轉向機構、助力轉向傳感器等構成。
電控液壓助力轉向系統(EHPS)
優點:
  • 采用電動液壓泵,低速輸出大扭矩,高速輸出小扭矩
缺點:
  • 結構復雜、不便于安裝維修及檢測、造價較高,無法克服液壓系統的缺點,如滲油問題、低溫工作性能
4.電動助力轉向系統(EPS)
電動助力轉向系統(EPS)是一種直接依靠電動機提供輔助轉矩的動力轉向系統,可以根據不同的使用工況控制電動機提供不同的動力,實現轉向助力隨車速的變化而變化,且僅在需要轉向的時候提供轉向動力,降低燃油消耗率,且轉向更加輕便。
電動助力轉向系統(EPS)結構組成
優點:
  • 結構簡單
  • 降低油耗
  • 噪聲小
  • 助力效果好
  • 實現轉向系統主動回正
  • 環保性好
二、 電動轉向系統結構及工作原理
1.電動助力轉向系統(EPS)的分類
電動助力轉向系統(EPS)根據電機驅動部位和機械結構的不同,可將電動助力轉向系統(EPS)分為轉向軸助力式、齒輪助力式和齒條助力式。
電動助力轉向系統(EPS)的類型
2.電動助力轉向系統(EPS)的結構
電動助力轉向系統(EPS)直接依靠電動機提供輔助轉向動力。
EPS主要由轉矩傳感器、轉角傳感器、車速傳感器、電動機、電磁離合器、減速機構、電子控制單元(ECU)等組成。
電動助力轉向系統(EPS)結構示意圖
(1)轉矩傳感器
轉矩傳感器用于檢測作用于轉向盤上扭矩信號的大小與方向
接觸式扭桿電位計傳感器是在轉向軸位置加一根扭桿,通過扭桿檢測輸入軸與輸出軸的相對扭轉位移,并將這種扭轉變化輸入給ECU。
 接觸式轉矩傳感器
(2)電動機
EPS一般常采用直流無刷永磁電動機,無刷永磁電動機具有無激磁損耗、效率較高、體積較小等特點。
(3)電磁離合器
電磁離合器可以保證電動助力只在預定的范圍內起作用。
當車速、電流超過限定的最大值或轉向系統發生故障時,離合器便自動切斷電動機動力,恢復手動控制轉向。
單片干式電磁離合器
(4)減速機構
減速機構用來增大電動機傳遞給轉向器的轉矩。
渦輪蝸桿減速機構
電動式EPS以直流電動機作為助力源,電子控制單元根據車速和轉向參數控制電動機通電電流強度,調節加力電動機工作力矩,進而控制轉向助力強度。
電動式EPS的助力作用受電腦控制,在低速轉向時的助力作用最強,隨著車速的升高助力作用逐漸減弱。
電動助力轉向系統(EPS)
三、 線控轉向結構及原理
1.線控轉向系統(SBW)
汽車線控轉向系統(SBW)取消了轉向盤與轉向輪之間的機械連接,完全由電能實現轉向,擺脫了傳統轉向系統的各種限制,不但可以自由設計汽車轉向的力傳遞特性,設計汽車轉向的角傳遞特性,通過控制算法實現智能化車輛轉向,而且比傳統轉向系統更加節省安裝空間,重量更輕。
線控轉向系統(SBW)結構組成
1)線控轉向系統結構組成
(1)轉向盤傳感器:轉向盤轉動時帶動轉角傳感器的大齒輪轉動,大齒輪帶動裝有磁體的兩個小齒輪轉動,產生變化的磁場,通過敏感電路檢測這種變化產生的轉角信號,通過CAN總線將數據發送出去。
(2)路感電機:將主控制器傳來的回正信號轉化為回正力矩,向駕駛員提供路感。
轉向執行總成:快速響應主控制器傳來的轉角信號,完成車輛的轉向。
(3)主控制器:采集包括轉向盤轉角、轉向盤扭矩、車速等傳感器的信息,根據內部的程序,計算出合適的前輪轉角發送到轉向執行電機,實現車輛轉向,計算出合適的回正力矩傳遞給路感電機,向駕駛員提供路感。
2)線控轉向系統與傳統電動助力轉向區別
EPS與線控轉向之間的主要差異就是線控轉向取消了方向盤與車輪之間的機械連接,用傳感器獲得方向盤的轉角數據,然后 ECU將其折算為具體的驅動力數據,用電機推動轉向機轉動車輪。
而EPS 則根據駕駛員的轉角來增加轉向力。
線控轉向的缺點是需要模擬一個方向盤的力回饋,因為方向盤沒有和機械部分連接,駕駛者感覺不到路面傳導來的阻力,會失去路感,不過在無人車上,就無需考慮這個了。
在Q50L 上線控轉向還保留機械裝置,保證即使電子系統全部失效,依然可以正常轉向。
四、 線控轉向系統典型應用
日產旗下的英菲尼迪 Q50 DAS系統
三個ECU屬于并聯關系,負責的內容各不相同(從左至右分別為左前輪、方向盤、右前輪),并同時彼此互相監測其它兩個ECU的工作情況。
當任意一個ECU被監測到出現了問題時,備用模式將立刻通過一個離合器被激活,恢復至傳統的機械傳動轉向模式,確保萬無一失。
但在正常情況下,轉向方向盤靠備用離合器保持與轉向齒條和前輪分離。
而轉向力電機對方向盤/駕駛員產生適當的轉向力反饋。
Q50的線控主動轉向(DAS)與傳統轉向系統區別最大的是正常狀態下,方向盤和車輪沒有機械連接,而是依靠電路傳送信號。
線控轉向系統在保證與傳統轉向系統一樣精確和快速的同時,還可以過濾多余路面信息,降低駕駛者的疲勞程度。
操控性:由于采用電子信號控制從而消除了轉向力在傳遞過程中產生的遲滯,DAS明顯比傳統轉向更加靈敏和精準,使普通駕駛者無論在激烈駕駛或是日常駕駛中都能夠以前所未有的時時掌控車輛的轉向狀況,享受更多駕駛樂趣。 
 
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