在電動(dòng)化與智能化兩大發(fā)展趨勢(shì)之下，我國正處于功能汽車向智能汽車轉(zhuǎn)型的拐點(diǎn)，無數(shù)新興技術(shù)得到長足進(jìn)步，作為智能駕駛的主要載體，汽車線控底盤技術(shù)將創(chuàng)造一個(gè)新的未來，未來高階自動(dòng)駕駛將基于線控化底盤來實(shí)現(xiàn)。 線控技術(shù)是指由“電線”或者電信號(hào)來傳遞控制，取代傳統(tǒng)機(jī)械連接裝置的“硬”連接來實(shí)現(xiàn)操控的一種技術(shù)。線控底盤由轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、懸架、驅(qū)動(dòng)、換擋五大系統(tǒng)構(gòu)成。線控系統(tǒng)取消了部分笨重且精度較低的氣動(dòng)、液壓及機(jī)械連接，取而代之以電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的傳感器、控制單元及電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此具有結(jié)構(gòu)緊湊、可控性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)。今天首先為大家介紹線控轉(zhuǎn)向技術(shù)。

一、線控轉(zhuǎn)向技術(shù)

相對(duì)乘用車而言，商用車轉(zhuǎn)向技術(shù)需要克服重載、長軸距及多軸轉(zhuǎn)向等難題。目前，商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要功能是提供轉(zhuǎn)向助力，而轉(zhuǎn)向助力隨速調(diào)節(jié)、自動(dòng)回正、主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制及助力模式自主調(diào)節(jié)等先進(jìn)功能還處在研發(fā)試裝階段，未大批量應(yīng)用。商用車轉(zhuǎn)向助力是以液壓助力為主，而它面臨許多問題需要解決：

（1）由于存在高壓油路，會(huì)產(chǎn)生噪聲。

（2）助力特性不可調(diào)節(jié)，駕駛體驗(yàn)差。

（3）無電控/線控功能。隨著電控化和智能化技術(shù)的發(fā)展，商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正向電控轉(zhuǎn)向技術(shù)和線控轉(zhuǎn)向技術(shù)方向轉(zhuǎn)變。目前，電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向（Electro-Hydraulic Power Steering，EHPS） 系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（Electric Power Steering，EPS） 系統(tǒng)及其它新構(gòu)型轉(zhuǎn)向器技術(shù)等。這些新型商用車電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅解決了傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有缺點(diǎn)，而且明顯改善了整車轉(zhuǎn)向性能，具備主動(dòng)控制功能，從而提升了駕駛安全和駕駛體驗(yàn)。

1、電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

下圖是由液壓轉(zhuǎn)向（Hydraulic Power Steering，HPS） 和電機(jī)組合而成，支持原車HPS 系統(tǒng)的接口接入。該EHPS系統(tǒng)適用于輕型貨車、中型貨車、重型貨車以及中型客車和大型客車。隨著新能源商用車（公交、物流、環(huán)衛(wèi)等） 的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓泵的動(dòng)力源由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C(jī)，車上的高壓電池系統(tǒng)使應(yīng)用大功率電動(dòng)泵成為可能。這里的EHPS 系統(tǒng)就是指應(yīng)用了大功率電動(dòng)泵的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

隨著國家對(duì)新能源汽車安全質(zhì)量重視程度的提升，2020年5月12日發(fā)布了強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)《GB38032—2020 電動(dòng)客車安全要求》，其中4.5.2條增加了行駛中助力系統(tǒng)控制要求，即車輛行駛過程中，當(dāng)整車出現(xiàn)斷B級(jí)高壓電的異常情況時(shí)，在車速大于5 km/h 時(shí)應(yīng)保持轉(zhuǎn)向系統(tǒng)維持助力狀態(tài)或至少保持轉(zhuǎn)向助力狀態(tài)30 s。因此，目前電動(dòng)客車電動(dòng)泵多采用雙源供電控制模式來滿足法規(guī)要求。其它電動(dòng)商用車按照《GB 18384—2020 電動(dòng)汽車安全要求》執(zhí)行。商用車EHPS系統(tǒng)組成。目前壹為4.5噸及以上車型均采用HPS系統(tǒng)，自研底盤預(yù)留EHPS布置空間。

2、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

輕型商用車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，EPS） 多采用電動(dòng)循環(huán)球轉(zhuǎn)向器，它相比EHPS 系統(tǒng)省去了電動(dòng)液壓泵、儲(chǔ)油罐和油管等零部件，具有系統(tǒng)簡單、質(zhì)量減輕、響應(yīng)快、控制精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)向助力由原來的液壓助力轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C(jī)助力，控制器直接控制電機(jī)產(chǎn)生助力。在駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，傳感器將轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳遞給控制器，控制器接收轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩信號(hào)等信息后，通過計(jì)算，輸出控制信號(hào)，控制電機(jī)產(chǎn)生助力。在方向盤不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向助力控制單元不發(fā)出信號(hào)，助力電機(jī)不工作。常見電動(dòng)循環(huán)球轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成。目前壹為自研小噸位車型采用EPS方案。

3、直拉桿式電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

直拉桿式電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種新型商用車電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它由電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾珠絲桿實(shí)現(xiàn)直拉桿的直線伸縮，同時(shí)直拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)相連接，帶動(dòng)車輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。目前已完成樣機(jī)研發(fā)的零部件廠商有德國ZF 和日本NSK。國內(nèi)廠商有中國公路車輛機(jī)械有限公司，并在某公交車上完成了一年約2萬公里的實(shí)際道路運(yùn)營驗(yàn)證。2018年6月26日，在德國采埃孚科技日期間，德國ZF 展示了全球首款全電動(dòng)商用車轉(zhuǎn)向器樣機(jī)ReAX EPS 系統(tǒng)，如圖5所示，開辟了電動(dòng)貨車和電動(dòng)客車自動(dòng)化發(fā)展的新道路。2021年4月22日，日本NSK 在上海車展上展示了應(yīng)用于商用車轉(zhuǎn)向的直拉桿式EPS 系統(tǒng)，它采用“電機(jī)+渦輪蝸桿+滾珠絲杠”的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了大轉(zhuǎn)向力矩輸出和精準(zhǔn)控制，能滿足商用車電動(dòng)轉(zhuǎn)向負(fù)載需求。綜上可知，直拉桿式電動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)是商用車下一代EPS 系統(tǒng)的重要技術(shù)路線。

4、其它新型電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

目前，國內(nèi)外高校和廠商面向商用車電動(dòng)轉(zhuǎn)向大轉(zhuǎn)矩需求也研發(fā)了不少新構(gòu)型的電動(dòng)轉(zhuǎn)向器，為商用車電動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展提供了新思路。

4.1 行星齒輪式電動(dòng)轉(zhuǎn)向器

它由助力電機(jī)、圓柱齒輪減速機(jī)構(gòu)、行星齒輪減速機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)、殼體和搖臂輸出軸等主要零部件組成。采用行星齒輪減速機(jī)構(gòu)和圓柱齒輪減速機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)來對(duì)助力電機(jī)的動(dòng)力輸出進(jìn)行減速增扭，實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩；利用蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來傳遞方向盤的操控扭力及車輪轉(zhuǎn)向阻力負(fù)載的逆向反饋。

4.2 擺線針輪式電動(dòng)轉(zhuǎn)向器

擺線針輪式電動(dòng)轉(zhuǎn)向器由電機(jī)、擺線針輪減速器和螺旋傘齒減速器等組成，電機(jī)通過擺線針輪減速器與螺旋傘齒減速器連接，轉(zhuǎn)向輸入軸與螺旋傘齒減速器連接。該構(gòu)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，又能夠得到較大轉(zhuǎn)矩輸出，使商用車轉(zhuǎn)向輕便靈敏。

4.3 電磁助力電動(dòng)轉(zhuǎn)向器

電磁助力電動(dòng)轉(zhuǎn)向器在轉(zhuǎn)向輸入軸上設(shè)置齒條螺母，該齒條螺母總成與設(shè)置在殼體總成內(nèi)的齒扇搖臂軸嚙合。齒條螺母總成上設(shè)置有永磁體，在上/下蓋總成上分別設(shè)置有與永磁體相對(duì)應(yīng)的直流電磁線圈。在轉(zhuǎn)向輸入軸上設(shè)置有傳感器。轉(zhuǎn)向器ECU根據(jù)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等信息，給直流電磁線圈輸入不同方向和強(qiáng)度的電流，利用磁極同性相斥、異性相吸的特性，實(shí)現(xiàn)齒條螺母的移動(dòng)，帶動(dòng)齒扇搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向。

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，對(duì)線控轉(zhuǎn)向的安全冗余技術(shù)越來越重視。目前，在運(yùn)營的自動(dòng)駕駛示范車輛上普遍采用軟硬件備份的策略滿足安全冗余的要求，如采用雙轉(zhuǎn)向電機(jī)、雙轉(zhuǎn)向控制器、雙傳感器、雙通信線路等。同時(shí)，國內(nèi)外高校也在研發(fā)基于整車系統(tǒng)的安全冗余設(shè)計(jì)，通過各執(zhí)行器之間形成交叉冗余的互補(bǔ)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)車輛在各種部件失效工況下的整體安全冗余，以降低系統(tǒng)硬件成本和系統(tǒng)復(fù)雜度，不過該技術(shù)還未投入應(yīng)用。綜上所述，目前商用車的線控轉(zhuǎn)向技術(shù)還存在因車型載荷大小、布置位置差異（1橋或3橋等）、技術(shù)成熟度等因素而采用不同的技術(shù)路線，且每條技術(shù)路線都在向電動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展。

AIP艾普專注全球電機(jī)測(cè)試，本文來源網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有，因內(nèi)容無法確認(rèn)真正原始作者，故僅標(biāo)明轉(zhuǎn)載來源，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系作者更改！