智能混合動力轉向技術在輕卡車上的應用與研究

丁文敏，鄭勇

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052）

智能混合動力轉向技術在輕卡車上的應用與研究

丁文敏，鄭勇

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052）

文章通過對一種新型智能混合動力轉向技術在國內某款輕型卡車上的成功應用為例，介紹了一種適用于在輕型卡車上使用的智能混合動力轉向系統，該轉向系統不僅能夠匹配不同行駛工況下整車所需的轉向助力大小，而且能夠提高整車的駕駛舒適性和操控穩定性。并且該轉向系統未來將能夠支持輕卡實現自動駕駛（ADAS）功能，對于轉向技術的發展具有深遠的意義。

智能混合動力轉向技術（servotwin）；輕型卡車；自動駕駛（ADAS）

前言

近年來，隨著我國經濟總量的不斷增長，物流運輸業也在蓬勃發展。不論是何種運輸方式（管道運輸除外），在終端配送環節或短途運輸上，都基本上需要依靠輕型卡車（以下簡稱“輕卡”）來完成運輸作業，輕卡也已經成為中短途物流運輸的重要運輸工具[1]。尤其是電子商務的迅猛增長，物流服務企業對輕卡車輛的功能要求也呈現出新的更高要求。因此開發一款適用于輕卡車使用的智能混合動力轉向系統，已經成為能夠提高輕卡的駕駛舒適性和操控穩定性的重要途徑。

1 轉向系統的類別

根據不同的助力形式，轉向系統可以分為液壓助力轉向系統（簡稱HPAS）、電動液壓助力轉向系統（簡稱E-HPAS）和電動助力轉向系統（簡稱EPAS）[2]。而近些年隨著EPAS技術的發展成熟，原先的HPAS和E-HPAS已經逐步被EPAS取代。但是對于前軸載荷較大且使用循環球液壓轉向系統的輕卡車型而言，目前國內甚至國際上主流的轉向系統供應商均沒有開發出適合輕卡車使用的循環球式電動助力轉向系統。同時輕卡由于前軸載荷較大同時又是帶大梁的非承載式結構也不適合單獨采用管柱式電動助力轉向系統（C-EPAS）。在目前的技術瓶頸狀態下，一種新型的智能混合動力轉向技術應運而生。即在保留原循環球液壓轉向系統的前提下，同時在轉向器扭桿以上部分增加電動轉向輔助裝置，以實現電動助力轉向的功能。該系統可分為集成式servotwin轉向系統和分體式servotwin轉向系統，設計概念如下圖1所示。

圖1 servotwin轉向系統設計概念圖

1.1 集成式servotwin轉向系統

圖2 集成式servotwin轉向系統結構圖

集成式 servotwin循環球轉向器是在傳統的液壓循環球轉向器基礎上，在輸入軸的扭桿部位增加電機以及ECU來控制液壓轉向器閥系的開啟和閉合，從而實現電動助力轉向并提升車輛操控穩定性能。其中ECU控制模塊也可以與整車信號通訊，并采集制動系統的輪速信號、變速箱檔位信號、車速信號等，來實現車道偏離預警、車道保持、半自動泊車等ADAS功能的開發。這種結構最大的優點是比較緊湊。缺點是外形尺寸較大，電動部分與液壓部分布置在一起，不便于在整車上的空間布置。如圖2所示。

1.2 分體式servotwin轉向系統

圖3 分體式servotwin轉向系統結構圖

分體式 servotwin轉向系統是在保留原傳統液壓循環球轉向器、轉向泵、轉向油管的基礎上，將機械轉向管柱部分替代為電動轉向管柱，其中驅動電機選擇霍爾式無刷電機。這種轉向系統也可以通過電動轉向管柱上的電機 ECU控制模塊采集制動系統的輪速信號、變速箱檔位信號、車速信號來實現車道偏離預警、車道保持、半自動泊車等ADAS功能的開發。這種結構最大的優點就是電動部分與液壓部分分開布置，便于整車空間布置。最終因為空間布置的原因，在做樣車時選用了分體式servotwin轉向系統。如圖3所示。

2 樣車驗證及調校

將分體式 servotwin轉向系統安裝在輕卡樣車上進行實車驗證。由于電動轉向管柱上的驅動電機可以實現隨著車速的變化而輸出不同大小的轉向力矩，并將這種隨車速變化而輸出的不同輔助力矩作為液壓系統的輸入。按照液壓轉向系統的特性曲線，可以產生不同的助力曲線，從而實現整車在不同車速下的合適助力大小。如圖4所示。

圖4 整車在不同車速下的助力曲線圖

針對各項功能進行主觀駕評及客觀測試，樣車在試驗場進行了大量的實驗，得出以下調校結果：（1）車輛靜止狀態下，如果電動和液壓都不工作，幾乎打不動方向盤；在有液壓沒有電動助力的情況下，轉向手力在7N.m左右，在液壓和電動助力都有的情況下，轉向手力可以到3N.m左右，滿足打方向盤手力輕便的要求。在5、10、20Km/h的試驗條件下，手力均比較輕便。（2）在各車速行駛條件下，整車的主動回正性能經過驗證滿足要求。（3）在行進過程中,當車速達到15Km/h時，將發動機關閉，液壓助力停止，在只有電機提供助力的情況下執行轉向操作，此時仍可進行手力不是太重的轉向，滿足應急轉向的要求。

3 結論

本文對一種適用于在輕型卡車上使用的智能混合動力轉向系統進行介紹及原理分析，該servotwin轉向系統可以有效地提升輕卡車輛的操控穩定性，即低速時輕便、高速時穩定；同時整車的回正性也有大幅度提高。并且該轉向系統未來將能夠支持輕卡實現自動駕駛（ADAS）功能，這對于轉向技術的發展具有深遠的意義。

[1] 陳慧,等.世界汽車技術發展跟蹤研究[M].北京:北京理工大學出版社,2008年.

[2] 左建令.汽車電動助力轉向系統的分類及應用特點[J].上海汽車,2009年12期25-27頁.

Application and Research of Intelligent Hybrid Power Steering Technology in Light Truck

Ding Wenmin, Zheng Yong
( Jiangling Motors Corporation, Ltd., Jiangxi Nanchang 330052 )

A new type of intelligent hybrid power steering system suitable for using in light trucks is introduced in this paper,which is based on its successful application on a domestic light truck. This steering system is capable of matching different steering efforts under variable driving condition, also able to improving vehicle driving comfort and control stability. What’s More, this steering system will be able to support the light truck to achieve automatic driving (ADAS) function, which contributes profound significance for the steering technology development.

Intelligent hybrid steering technology (servotwin); light truck; automatic driving (ADAS)

U472

A

1671-7988(2017)22-71-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.025

丁文敏（1972-），男，新技術策劃&管理，從事領域為汽車設計開發及研究工作。鄭勇（1981-），男，轉向工程師，從事領域為汽車轉向系統的設計開發及研究工作。

CLC NO.:U472

B

1671-7988(2017)22-71-02