汽车电子转向技术的发展前景
摘要:汽车电子转向技术是汽车转向系统的重大变革,这不但可以降低驾驶员的体力劳动强度,还可以加强汽车的安全性能与舒适程度,目前使用在豪华轿车、高档汽车中,并拥有广阔的使用前景。笔者在此分析了电子转向技术的发展与原理,并对此项技术的发展前景进行展望。
关键词:汽车 电子转向技术 发展
伴随着电子技术的日新月异,电子技术在汽车工程上的使用越来越广。汽车转向系统已从简单的纯机械式转向系统、液压动力转向系统(HydraulicPowerSteering,简称HPS)、电动液压助力转向系统(ElectricHydraulicPowerSteering,简称EHPS)发展,到如今的更为节能及操纵性能更为优越的电动助力转向系统(ElectricalPowerSteering,简称EPS)。EHPS和EPS等助力系统在汽车上的采用,加强了汽车转向时的的控制性能,削弱了操作者的转向压力,但是汽车转向技术仍然是在机械传动的层面上。因为转向传动比是固定的,汽车转向特性按照车速变化采取一定的操作辅助,以期能控制汽车根据驾驶员的意图行驶。若是转向盘和转向轮使用控制信号连接,即电子转向系统(Steering-By-WireSystem,简称SBWS),转向盘转角与汽车前轮转角两者之间(汽车转向的角传递特性)的设置则能够有所改善,从而降低驾驶员的操纵负担。笔者在此分析了电子转向技术的发展与原理,并对此项技术的发展前景进行展望。
1 汽车电子转向技术是汽车转向系统的重大变革
以往的汽车转向技术是机械技术层面,通过驾驶员手动转向盘,利用转向器与互相连接的杆件一直到转向车轮而达到的。二十世纪四十年代时,由机械转向系统上使用了液压助力技术。因为在技术上相对完善,所以直到现在尚被大面积使用。伴随新兴的电子技术的进步,传统转向系统中也逐步的使用了电子元件,电液助力转向技术是基于液压助力转向系统的前提下产生的,是利用液压助力泵,通过电机驱动,代替了以往的液压泵。因为驱动不见和发动机不再议题,从而降低了燃料消耗,驱动电机则通过控制单元来操作,能够按照转向速率、车速等因素设计成可变助力。电动助力转向技术是在机械转向系统的前提下使用了电机当做动力源,电动助力和液压助力系统进行比较,不但节约了燃料,而且因为取消了液压系统从而更有利于环保。
电动助力转向技术扭转了转向系统的力传递状况,能够大大的减轻了驾驶员的体力劳动量,增强了汽车的稳定性,但还不能充分控制汽车的转向特性,也不能达到对汽车转向的主动控制。但是电子转向技术因为没有了转向盘与转向轮部件间的机械关联,所以没有了传统转向系统的各种不足,不仅能按照需要来设计汽车转向的力传递特性,并且能够设计汽车转向的角传递特性,为汽车转向特性的设计铺设了很大的前景,是汽车转向系统的重大变革。
2 电子转向技术的发展前景
2.1 电子转向系统的技术构架
电子转向技术的实现是由转向盘模块、转向执行模块和主控制器三个主要部件与自动防故障系统、电源等辅助部件构成:
(1)转向盘模块
转向盘模块包括转向盘、转向盘转角、力矩传感器和转向盘回正力矩电机。转向盘模块的主要功能是将驾驶者的转向意图转换成数字信号并传递给主控制器;同时接收主控制器送来的力矩信号,产生转向盘回正力矩,以提供给驾驶员相应的路感信息。
(2)转向执行模块
转向执行模块包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等组成。转向执行模块通过接收主控制器的命令,控制转向电机实现前轮转角,完成驾驶员的转向意图。
(3)主控制器
主控制器根据采集到的信息进行分析,判断汽车的运动状态,向转向盘回正力矩电机和转向电机发送命令,控制两个电机的工作,尽量保证在不同车速的情况下汽车转向响应特性基本一致,减少由于车速的变化而影响汽车转向特性,从而减轻驾驶员的负担。同时控制器还可
以对驾驶员的操作指令做出判断,检测是否存在问题。
2.2 电子转向技术的主要发展目标
(1)改善控制系统性能、减小控制单元和驱动单元的体积及降低控制系统的制造成本,使之更好地与不同档次汽车相适应。如改进电动机控制技术,消除由于电动机惯性大、摩擦力所带来的转向路感不足等缺点,使电动助力转向系统也能应用于重型载货汽车上。
(2)实现电动助力转向系统控制单元与汽车上其他控制单元的通讯联系,以实现整车电子控制系统一体化。
(3)将根据车速、转矩、转向角、转向速度、横向加速度、前轴重力等多种信号进行与汽车特性相吻合的综合控制,以获得更好的转向路感。
(4)提高系统的可靠性。这应从提高系统各部件的可靠性入手,如采用非接触式转矩传感器。在前轮转向控制方面可以实现传动比的任意设置,并对随车速变化的参数而作出补偿,使汽车转向特性不随车速的变化而变化。从而减轻驾驶员的负担,提高了汽车系统对驾驶员转向输入的响应和人车闭环系统的主动安全性。
(5)提高系统的安全性。采用取消转向盘的SBWS系统后,驾驶室有更大的空间用于布置被动安全部件,减少了危险发生时对乘员的伤害。
(6)改善驾驶员的路感。由于转向盘和转向车轮之间已经没有机械连接,驾驶员的路感只能通过模拟生成。作为转向盘回正力矩的控制变量,使转向盘仅仅向驾驶员提供有用信息,从而使驾驶员能够掌握汽车实际行驶状态和路面状况的信息,提供了更为真实的路感。
3 结论
汽车电子转向技术的应用,不但可以降低驾驶员的体力劳动强度,还可以加强汽车的安全性能与舒适程度,拥有着广阔的使用前景。而且,现在的无人驾驶汽车逐渐成为汽车产业的的新宠儿,使用电子转向技术就是汽车智能转向中关键的技术。未来汽车的普及与使用要求的提高,将会给电子转向技术的应用与发展提供越来越广阔的前景。现在需要解决的是,怎样提高电子转向技术安全性的同时能够较大的减少成本投入,如果该问题得到解决,汽车电子转向技术将更加的普及,为更多的人带来便利。
参考文献
[1]胡建军,李彤,龚为伦,秦大同.汽车转向技术进展分析[J].液压与气动,2006(12).
[2]龚培康,万沛霖.汽车电子转向系统[J].重庆工业管理学院学报,1996(4).