新能源轻型商用车转向系统发展浅析

2019-11-25刘俊荣牛营凯尹华清李红艳

汽车实用技术 2019年19期

刘俊荣，牛营凯，尹华清，李红艳

（浙江吉利新能源商用车研究院有限公司，浙江杭州 311228）

概述

转向系统是用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的装置。其主要功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。从汽车诞生的那天起，转向系统就是其最重要的系统之一。随着汽车技术的发展，汽车转向系统也得到的长足的发展，从最早的纯机械转向，发展到液压助力转向（HPS）、电动液压助力转向系统（EHPS）、电动助力转向系统（EPS），以及正在研究发展的线控转向系统（SBW）。

线控转向系统（SBW）以电线连接代替机械转向系统中转向盘和转向轮之间的机械连接[1]。SBW 是近年来汽车转向系统研究的热门话题，对L4 及L5 阶段的自动驾驶尤为重要，但由于线控技术取消了传动的机械转向传动轴，转向控制器根据方向盘或自动驾驶控制单元的指令来驱动转向电机从而实现汽车的转向功能。然而现阶段线控转向尚不能做到完全可靠，尚不能规模性的应用。据悉，汽车转向系统标准GB17675 正在讨论修订，有望对涉及线控转向部分的内容进行修订。

现代汽车转向系统主要存在两大结构类型，分别是角传动转向和线性传动转向，其最具代表意义的是用于商用车的循环球转向系统和应用于中小型乘用车的齿轮齿条转向系统。

1 新能源轻型商用车转向系统发展趋势

轻型商用车普遍采用的是循环球液压助力转向系统，该转向系统的特点是能产生并传递较大的扭矩，适合轻型商用车转向轴偏重的转向需求。其缺点也很明显，转向杆系相对较复杂，自由间隙相对线性转向系统（齿轮齿条转向系统）更难控制。

汽车的发展趋势之一是智能驾驶甚至是自动驾驶，而传动的液压助力转向系统（HPS）无法实现自动驾驶工况下的转向需求。乘用车目前普遍采用的是电动助力转向系统（EPS），其优点是环保、节能、操纵舒适等，可以满足L3级自动驾驶的需求。但在商用车领域却几乎无EPS 的应用，究其根本原因是商用车转向轴载荷较大，所需求的转向力矩较大。传统的EPS 仅能提供的800-1000N.m 的输出扭矩，满足不了中重型商用车转向助力需求。

商用车驾驶员驾车时间长，路况更复杂，更需要操控性更好的转向系统，能实现车道保持（LKA），甚至是自动驾驶，来提高驾驶舒适性、减轻劳动强度。目前相关法规正在修订，预计不久将要在中重型货车、客车上实现车道保持功能（LKA），所以发展商用车的电动助力转向系统甚至是线控转向系统更为迫切。

目前在重卡及客车领域正在开发的是电液双伺服转向系统，其基本的原理是在传统液压转向器的技术上增加一个电动助力控制系统，由液压提供基本的助力，电动助力控制系统优化转向助力、增加主动回正力，必要时可以扩展为LKA及L3 级自动驾驶。但轻型商用车由于空间布置的限制，无法采用该转向系统，必须要另辟蹊径。

2 轻型商用车转向系统发展思考

针对轻型商用车的转向系统在自动驾驶即将来临时该如何做，国内外厂商和研究机构对此研究得并不是很多。随着这两年电机技术的进步，尤其是大扭矩无刷直流电机技术的进步，我们吉利新能源商用车公司率先在新能源轻型货车上开发了电动循环球助力转向系统，该系统不需要额外的电机变压控制器，只需要共用12V 或24V 低压电源即可，相对于其他新能源轻卡常用的电动液压转向系统（EHPS）成本节约1500 元，节约电能平均每小时1KW。电动循环球助力转向系统（X-EPS）能满足转向轴载荷在2.5T 以下的转向助力需求[2]（相当于80 缸径转向器的输出扭矩），能实现主动回正功能，可以根据车速及需要调节转向助力的大小，大幅改善汽车的操控性能。该套转向系统可以满足车道保持功能的需求，可以满足L3、L4 级自动驾驶的转向需求。

该系统还有不完善的地方，如输出扭矩无法突破1500N.m，无法满足转向轴载荷大于2.5 吨的轻型商用车的转向需求，我们需要联合供应商做进一步的研究，争取早日突破。