汽車電子轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展前景

摘 要:汽車電子轉(zhuǎn)向技術(shù)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重大變革，這不但可以降低駕駛員的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以加強(qiáng)汽車的安全性能與舒適程度，目前使用在豪華轎車、高檔汽車中，并擁有廣闊的使用前景。筆者在此分析了電子轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展與原理，并對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞:汽車 電子轉(zhuǎn)向技術(shù) 發(fā)展

中圖分類號(hào):U463文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)11(c)-0080-01

伴隨著電子技術(shù)的日新月異，電子技術(shù)在汽車工程上的使用越來越廣。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從簡(jiǎn)單的純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HydraulicPowerSteering，簡(jiǎn)稱HPS)、電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ElectricHydraulicPowerSteering，簡(jiǎn)稱EHPS)發(fā)展，到如今的更為節(jié)能及操縱性能更為優(yōu)越的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ElectricalPowerSteering，簡(jiǎn)稱EPS)。EHPS和EPS等助力系統(tǒng)在汽車上的采用，加強(qiáng)了汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的的控制性能，削弱了操作者的轉(zhuǎn)向壓力，但是汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)仍然是在機(jī)械傳動(dòng)的層面上。因?yàn)檗D(zhuǎn)向傳動(dòng)比是固定的，汽車轉(zhuǎn)向特性按照車速變化采取一定的操作輔助，以期能控制汽車根據(jù)駕駛員的意圖行駛。若是轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪使用控制信號(hào)連接，即電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Steering-By-WireSystem，簡(jiǎn)稱SBWS)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與汽車前輪轉(zhuǎn)角兩者之間(汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性)的設(shè)置則能夠有所改善，從而降低駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)。筆者在此分析了電子轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展與原理，并對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

1 汽車電子轉(zhuǎn)向技術(shù)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重大變革

以往的汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)是機(jī)械技術(shù)層面，通過駕駛員手動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，利用轉(zhuǎn)向器與互相連接的桿件一直到轉(zhuǎn)向車輪而達(dá)到的。二十世紀(jì)四十年代時(shí)，由機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上使用了液壓助力技術(shù)。因?yàn)樵诩夹g(shù)上相對(duì)完善，所以直到現(xiàn)在尚被大面積使用。伴隨新興的電子技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中也逐步的使用了電子元件，電液助力轉(zhuǎn)向技術(shù)是基于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的前提下產(chǎn)生的，是利用液壓助力泵，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)，代替了以往的液壓泵。因?yàn)轵?qū)動(dòng)不見和發(fā)動(dòng)機(jī)不再議題，從而降低了燃料消耗，驅(qū)動(dòng)電機(jī)則通過控制單元來操作，能夠按照轉(zhuǎn)向速率、車速等因素設(shè)計(jì)成可變助力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的前提下使用了電機(jī)當(dāng)做動(dòng)力源，電動(dòng)助力和液壓助力系統(tǒng)進(jìn)行比較，不但節(jié)約了燃料，而且因?yàn)槿∠艘簤合到y(tǒng)從而更有利于環(huán)保。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)扭轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳遞狀況，能夠大大的減輕了駕駛員的體力勞動(dòng)量，增強(qiáng)了汽車的穩(wěn)定性，但還不能充分控制汽車的轉(zhuǎn)向特性，也不能達(dá)到對(duì)汽車轉(zhuǎn)向的主動(dòng)控制。但是電子轉(zhuǎn)向技術(shù)因?yàn)闆]有了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪部件間的機(jī)械關(guān)聯(lián)，所以沒有了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種不足，不僅能按照需要來設(shè)計(jì)汽車轉(zhuǎn)向的力傳遞特性，并且能夠設(shè)計(jì)汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性，為汽車轉(zhuǎn)向特性的設(shè)計(jì)鋪設(shè)了很大的前景，是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重大變革。

2 電子轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展前景

2.1 電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)架

電子轉(zhuǎn)向技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器三個(gè)主要部件與自動(dòng)防故障系統(tǒng)、電源等輔助部件構(gòu)成:

(1)轉(zhuǎn)向盤模塊

轉(zhuǎn)向盤模塊包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、力矩傳感器和轉(zhuǎn)向盤回正力矩電機(jī)。轉(zhuǎn)向盤模塊的主要功能是將駕駛者的轉(zhuǎn)向意圖轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳遞給主控制器;同時(shí)接收主控制器送來的力矩信號(hào)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向盤回正力矩，以提供給駕駛員相應(yīng)的路感信息。

(2)轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊

轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括前輪轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器和前輪轉(zhuǎn)向組件等組成。轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊通過接收主控制器的命令，控制轉(zhuǎn)向電機(jī)實(shí)現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)角，完成駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。

(3)主控制器

主控制器根據(jù)采集到的信息進(jìn)行分析，判斷汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，向轉(zhuǎn)向盤回正力矩電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)發(fā)送命令，控制兩個(gè)電機(jī)的工作，盡量保證在不同車速的情況下汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性基本一致，減少由于車速的變化而影響汽車轉(zhuǎn)向特性，從而減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)。同時(shí)控制器還可以對(duì)駕駛員的操作指令做出判斷，檢測(cè)是否存在問題。

2.2 電子轉(zhuǎn)向技術(shù)的主要發(fā)展目標(biāo)

(1)改善控制系統(tǒng)性能、減小控制單元和驅(qū)動(dòng)單元的體積及降低控制系統(tǒng)的制造成本，使之更好地與不同檔次汽車相適應(yīng)。如改進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)，消除由于電動(dòng)機(jī)慣性大、摩擦力所帶來的轉(zhuǎn)向路感不足等缺點(diǎn)，使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也能應(yīng)用于重型載貨汽車上。

(2)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元與汽車上其他控制單元的通訊聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)整車電子控制系統(tǒng)一體化。

(3)將根據(jù)車速、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向速度、橫向加速度、前軸重力等多種信號(hào)進(jìn)行與汽車特性相吻合的綜合控制，以獲得更好的轉(zhuǎn)向路感。

(4)提高系統(tǒng)的可靠性。這應(yīng)從提高系統(tǒng)各部件的可靠性入手，如采用非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器。在前輪轉(zhuǎn)向控制方面可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的任意設(shè)置，并對(duì)隨車速變化的參數(shù)而作出補(bǔ)償，使汽車轉(zhuǎn)向特性不隨車速的變化而變化。從而減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)，提高了汽車系統(tǒng)對(duì)駕駛員轉(zhuǎn)向輸入的響應(yīng)和人車閉環(huán)系統(tǒng)的主動(dòng)安全性。

(5)提高系統(tǒng)的安全性。采用取消轉(zhuǎn)向盤的SBWS系統(tǒng)后，駕駛室有更大的空間用于布置被動(dòng)安全部件，減少了危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)對(duì)乘員的傷害。

(6)改善駕駛員的路感。由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間已經(jīng)沒有機(jī)械連接，駕駛員的路感只能通過模擬生成。作為轉(zhuǎn)向盤回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤僅僅向駕駛員提供有用信息，從而使駕駛員能夠掌握汽車實(shí)際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，提供了更為真實(shí)的路感。

3 結(jié)論

汽車電子轉(zhuǎn)向技術(shù)的應(yīng)用，不但可以降低駕駛員的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以加強(qiáng)汽車的安全性能與舒適程度，擁有著廣闊的使用前景。而且，現(xiàn)在的無人駕駛汽車逐漸成為汽車產(chǎn)業(yè)的的新寵兒，使用電子轉(zhuǎn)向技術(shù)就是汽車智能轉(zhuǎn)向中關(guān)鍵的技術(shù)。未來汽車的普及與使用要求的提高，將會(huì)給電子轉(zhuǎn)向技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展提供越來越廣闊的前景。現(xiàn)在需要解決的是，怎樣提高電子轉(zhuǎn)向技術(shù)安全性的同時(shí)能夠較大的減少成本投入，如果該問題得到解決，汽車電子轉(zhuǎn)向技術(shù)將更加的普及，為更多的人帶來便利。

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