淺談汽車電子轉(zhuǎn)向技術發(fā)展趨勢

王 皓

（昆明冶金高等專科學校 650033）

1 汽車的電子轉(zhuǎn)向技術發(fā)展概述

上世紀六十年代末，德國某汽車公司試著把轉(zhuǎn)向盤借助連接性和轉(zhuǎn)向車輪之間實現(xiàn)連接（也就是電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)），不過因為當時受到電子與控制技術等多項技術的制約，當時汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還一直處在發(fā)展較為艱難的階段。

上個世紀九十年代出，德國奔馳公司就開始研發(fā)汽車前輪的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在順利研究成功之后，把自己研發(fā)該電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運用在F400的概念車上。全球其他各大型汽車的生產(chǎn)廠家以及開發(fā)機構，包括寶馬DELPHI以及TRW、ZF等和Japan的豐田精工技術研究院、本田汽車公司等前前后后均對汽車的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實時了深入研究。現(xiàn)階段，世界各地很多汽車公司均開始研發(fā)屬于自己的汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，部分國際性汽車制造商已經(jīng)在自己生產(chǎn)的概念車上安裝設置了此系統(tǒng)。日本光洋精工株式會技術研究所亦是對電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了深入的研究，并早已取得了屬于自己的車輛電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

現(xiàn)階段因為汽車供電系統(tǒng)的原因，轉(zhuǎn)向電機很難提高比較大的功率，目前有關電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關研究和近段時間的使用對象主要還是集中針對小型車輛。重型載貨汽車上想要使用轉(zhuǎn)向電機還存在比較大的難度，如果一定要使用的話，必須要使用液壓執(zhí)行器。當然隨著技術的不斷進步。汽車的轉(zhuǎn)向電機系統(tǒng)使用在重型與中型汽車上將不再是難題。目前四十二伏電源已經(jīng)在一些概念車上得到使用。

圖1 行星齒輪作為其故障離合器與減速機構的汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

2 汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構和性能特點

2.1 汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構分析

所謂電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由轉(zhuǎn)主控制器（即ECU）、轉(zhuǎn)向盤模塊以及轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊三個主要的部分和自動防故障電源與系統(tǒng)等輔助類模塊組成，圖中1所示。

此處電源系統(tǒng)對兩個執(zhí)行馬達以及控制器和需要用電的設備進行供電，各個設備的用電功率分別是前輪轉(zhuǎn)角執(zhí)行馬達功率大概在500瓦到800瓦；轉(zhuǎn)向盤的回正力矩電機的功率大概在50瓦到80瓦之間，最大不會超過80瓦。此兩個用電設備的功率已經(jīng)非常大，汽車上需要用電的設備非常多，而用電最多的系統(tǒng)就是前面提到的兩個系統(tǒng)，這就導致了電源系統(tǒng)的超負荷工作。當然如果換成42伏供電系統(tǒng)，那么電力不足的情況將得到徹底的改觀，完全可以保證汽車的正常用電。

2.2 電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能特點分析

2.2.1 有效提升駕駛員的路感。傳統(tǒng)的駕駛，轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向車輪之間有機械連接，這樣就使得駕駛員的路感完全依賴于手上的操作。而電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就沒有這個缺陷，可以讓駕駛員自己通過模擬產(chǎn)生路感。于回正力矩操控方面可以從信號中提取最能夠反應出汽車實際的行駛狀態(tài)與路面狀況的信息。以此為操作者提高更加真實的“路感”。

2.2.2 有效提升汽車的平穩(wěn)性能。汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠利用前輪轉(zhuǎn)向的操控，實現(xiàn)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的功能，可以達到更加理想的效果，同時能夠和其他主動安全設備比如防鎖死剎車系統(tǒng)、防碰撞、軌跡跟蹤、自動側(cè)向?qū)Ш胶妥詣玉{駛、單個車輪轉(zhuǎn)向、汽車動力學控制等功能相結(jié)合，以此實現(xiàn)對汽車的整體性控制，提升汽車整體的平穩(wěn)性。

3 汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關鍵技術

3.1 汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)其轉(zhuǎn)向盤的力感模擬

汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)其轉(zhuǎn)向盤的力感模擬能夠通過兩種方法實現(xiàn)：第一種為使用駕駛模擬器中的轉(zhuǎn)向盤力矩模擬方式，也就是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學建模方法，仿照傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的路感特征，動力學模型中不需要考慮轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中產(chǎn)生的干摩擦會更加有利于操作者感知實際的路面狀況。第二種為建立基于經(jīng)驗上的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)系統(tǒng)回正力矩的算法模型，借助操作者主觀評價方法來確定經(jīng)驗模型中的數(shù)據(jù)。因為后一種方法較為簡答且實用，目前被絕大多數(shù)的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所采用。

3.2 汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性和安全性設計

現(xiàn)階段電子部件還沒能達到像機械機械系統(tǒng)那樣高的可靠程度，所以，汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如果真正的走向消費市場，那么首先需要解決的問題就是安全可靠性。目前在汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，可靠性和安全性方面的設計主要使用下面方案：

機械與電子結(jié)合的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。位于日本的光洋精工株式會社技術研究所的汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還保留著原機械系統(tǒng)，使用離合器把轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分成上下兩個部分，也就是轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)與前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，如圖1所示。當電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生故障時，其故障離合器結(jié)合，此時機械系統(tǒng)就會完成轉(zhuǎn)向功能，以此保障汽車行駛的安全性。

上述中的機構還保存著原有機械的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的冗余設備，其中的結(jié)構以及控制邏輯比較的簡單，具有比較可靠的工作能力。但是在特性上而言，電子以及機械系統(tǒng)存在極大的差異，特別是在進行高速行駛的過程中，電子系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，則存在著操作者能否適應的問題。

4 電子轉(zhuǎn)向技術的發(fā)展前景

上面說到了汽車電子可靠性、安全現(xiàn)等問題，但是阻礙汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的普及，其中可靠性依然是其最為關鍵的問題。全球各大汽車研究組織正在試圖尋找一種有效的解決措施，解決成本與可靠性之間存在的問題，使兩者能夠達到統(tǒng)一與平衡。我們相信在大家的不懈努力之下，該問題將會在不久的將來被攻克。盡管電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在研發(fā)階段、銷售時期價格比較高，但是，我們在對電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行觀察之后發(fā)現(xiàn)，在對汽車地盤進行設計時，無需對其左右行駛交通系統(tǒng)內(nèi)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行區(qū)分開，這就導致在對底盤進行開發(fā)，尤其是世界性跨國公司其底盤的研發(fā)成本降低。將來的汽車的發(fā)展將主要是四大類，具體是混合動力汽車、燃料電池汽車、低排放汽車以及電動汽車，這種發(fā)展趨勢將會對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展帶來更為廣闊的空間。

5 結(jié)束語

近年來，在汽車行業(yè)當中，無人駕駛汽車越來越受到人們的關注，其中汽車智能轉(zhuǎn)向的最重要的技術就是汽車的轉(zhuǎn)向技術。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展與社會的不斷進步，汽車在人們生活中所占的比重將會越來越重，汽車的使用頻率將越來越高，這將對電子轉(zhuǎn)向技術的發(fā)展提供了極大的空間。但是，當前我們必須解決的問題有：如何在提升汽車電子轉(zhuǎn)向技術的安全性與可靠性的同時，并使得電子轉(zhuǎn)向技術的投資成本得到有效的減少。假設該問題能夠獲得有效的解決，那電子轉(zhuǎn)向技術在未來會得到更為廣泛的發(fā)展，并且為人們的生活以及工作帶來極大的便捷。在汽車行業(yè)中使用電子轉(zhuǎn)向技術，不但能夠使操作人員的勞動強度得到大大的降低，并且還有效的提升了汽車的安全性以及舒適度，該技術的發(fā)展前景是十分廣闊的。

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