Elektrisko transportlīdzekļu stūres sistēmas kā galvenā elektrisko transportlīdzekļu sistēma būtiski atšķiras no ar degvielu{0}} darbināmiem transportlīdzekļiem. Tos galvenokārt iedala trīs kategorijās: elektriskais stūres pastiprinātājs (EPS), elektro-hidrauliskais stūres pastiprinātājs (EHPS) un stūrēšana-ar vadu (SBW). Katram tipam ir atšķirīgi darbības principi, priekšrocības, trūkumi un pielietojuma joma. Šajā rakstā ir aprakstīts šo trīs elektrisko transportlīdzekļu stūres sistēmu sastāvs un darbības principi.
I. Elektriskais stūres pastiprinātājs (EPS)
EPSir šobrīd visbiežāk izmantotā stūres sistēma elektriskajos transportlīdzekļos. Tas izmanto elektromotoru, lai nodrošinātu stūrēšanas palīdzību, aizstājot tradicionālo hidraulisko stūres pastiprinātāju (HPS).
1. EPS sastāvs
EPS galvenokārt sastāv no šādām sastāvdaļām:
(1) Griezes momenta sensors: nosaka stūres rata griešanās momentu un virzienu (vadītāja nodoms).
(2) Stūres leņķa sensors: uzrauga stūres rata leņķi (dažās sistēmās integrēts griezes momenta sensorā).
(3) Transportlīdzekļa ātruma sensors: nodrošina transportlīdzekļa ātruma signālus (lai dinamiski pielāgotu stūrēšanas palīdzības līmeni).
(4) Elektroniskais vadības bloks (ECU): apstrādā sensoru datus reāllaikā un aprēķina nepieciešamo stūrēšanas palīdzību.
(5) Jaudas palīgmotors: parasti bezsuku līdzstrāvas motors (BLDC), kas nodod griezes momentu uz stūres statni vai statni, izmantojot samazināšanas mehānismu (piemēram, gliemežpārvadu).
(6) Samazināšanas mehānisms: pastiprina motora griezes momentu, lai vadītu stūres sistēmu.
2. EPS darbības princips
(1) Atklājiet vadītāja nodomuKad vadītājs griež stūri, griezes momenta sensors mēra stūres vārpstas griezes momentu, bet stūres leņķa sensors reģistrē stūres leņķi, abi nosūtot signālus uz ECU. Transportlīdzekļa ātruma signāli tiek ievadīti sinhroni (piem., ir nepieciešama lielāka palīdzība, lai palielinātu stabilitāti pie maza ātruma, un palīdzība ir nepieciešama, lai uzlabotu stabilitāti pie samazināta ātruma).
(2) ECU aprēķina palīdzības pieprasījumu ECU aprēķina mērķa palīdzību, pamatojoties uz griezes momentu, transportlīdzekļa ātrumu un pat transportlīdzekļa statusu (piem., slīpuma leņķi dažos augstākās klases modeļos), un izvada PWM signālu, lai kontrolētu motoru.Algoritmu piemēri:
Zema-ātruma autostāvvieta: jaudas-motors nodrošina lielu griezes momentu (lai stūrēšana būtu bez piepūles).
Braukšana ar lielu-ātrumu: palīdzība tiek samazināta (lai uzlabotu ceļa sajūtu un izvairītos no pārmērīgas-jutības).
(3) Motors veic stūrēšanas palīdzībuMotors pārsūta jaudu uz stūres statni, izmantojot reduktora mehānismu (piemēram, gliemežpārvadu, siksnu) vai tieši darbina bagāžnieku (dažādiem EPS veidiem pastāv strukturālas atšķirības, skatiet tālāk). Motora palīdzības virziens atbilst vadītāja stūrēšanas virzienam (novērtēts pēc griezes momenta sensora polaritātes).
(4) Atgriezeniskā saite un korekcijaSistēma nepārtraukti uzrauga stūres rata griezes momentu un faktisko stūrēšanas leņķi, dinamiski pielāgojot motora jaudu, lai panāktu slēgtas-cilpas vadību un izvairītos no pārmērīgas-palīdzības vai kavēšanās.
3. EPS klasifikācija un piemērošanas joma
Pamatojoties uz dažādajām motora uzstādīšanas pozīcijām, EPS var iedalīt šādos veidos:
| Tips | Motora pozīcija | Piemērojamie transportlīdzekļu modeļi | Funkcijas |
|---|---|---|---|
| C-EPS (kolonnas-veids EPS) | Uzstādīts uz stūres statņa | Kompaktās automašīnas, mikroautomobiļi | Vienkārša struktūra, zemas izmaksas, bet zema palīdzības jauda |
| P-EPS (zobrata{1}}tipa EPS) | Uzstādīts uz stūres zobrata | Kompakti/vidēji auto | Mērena palīdzība, labi{0}}līdzsvarota veiktspēja |
| R-EPS (rack-tipa EPS) | Tieši vada stūres statni | Lielas un vidēja izmēra{0}}automašīnas, apvidus auto | Augsta palīdzības jauda, ātra reakcija, piemērota lieljaudas{0}}transportlīdzekļiem |
| DP-EPS (Dual-Pinion EPS) | Divi motori darbina attiecīgi zobratu un bagāžnieku | Augstas veiktspējas{0}}automašīnas, luksusa automašīnas | Precīzāka stūrēšana, labāka dinamiskā reakcija |
4. EPS priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības
(1) Augsta energoefektivitāte,{1}}draudzīgs diapazonam: EPS darbina tieši ar elektromotoru, un tam nav nepieciešams hidrauliskais sūknis, un tam ir ārkārtīgi zemi enerģijas zudumi (tradicionālā HPS nepārtraukti patērē dzinēja jaudu). Elektrisko transportlīdzekļu gadījumā ietaupītā enerģija var netieši palielināt braukšanas diapazonu (apmēram 3–5% energoefektivitātes optimizācija).
(2) Elastīgi regulējama stūrēšanas palīdzība: palīdzības līmeni var dinamiski pielāgot, izmantojot programmatūru, lai pielāgotos dažādiem scenārijiem (piemēram, viegla stūrēšana mazā ātrumā, stabila stūrēšana lielā ātrumā), un tas pat atbalsta personalizētus braukšanas režīmus (sports/komforts).
(3) Vienkārša struktūra, zemas uzturēšanas izmaksas: novērš hidraulisko eļļu, sūkņus, cauruļvadus un citas sastāvdaļas, samazinot eļļas noplūdes risku un nepieciešamību pēc turpmākas apkopes.
(4) Spēcīga vides pielāgošanās spēja: to neietekmē ārkārtējas temperatūras (hidrauliskā eļļa sabiezē zemā temperatūrā hidrauliskajās sistēmās, izraisot stūrēšanas nobīdi).
(5) Atbalsts uzlabotajām vadītāja palīdzības sistēmām (ADAS): savietojams ar ADAS funkcijām, piemēram, joslu saglabāšanu un automātisko parkošanos.
Trūkumi
(1) Vāja ceļa sajūta: elektriskās palīdzības imitētā ceļa sajūta ir mazāk dabiska nekā hidrauliskajām sistēmām.
(2) Atkarība no elektroniskās vadības sistēmas uzticamības: motora, sensoru vai vadības programmatūras darbības traucējumi var izraisīt pēkšņu palīdzības zudumu (lai gan pastāv dublēšanas modeļi, riski joprojām pastāv).
(3) Nepietiekama palīdzība lielas-slodzes scenārijos: lielas-jaudas motori ir dārgi, un dažiem modeļiem par zemu cenu{3}}var būt nepietiekama palīdzība ekstremālos darba apstākļos (piemēram, stūrēšana stāvot).
II. Elektro-hidrauliskais stūres pastiprinātājs (EHPS)
Elektrisko kravas automašīnu lielās slodzes un nepieciešamības pēc spēcīgākas stūrēšanas palīdzības dažos modeļos tiek izmantots elektro-hidrauliskais stūres pastiprinātājs (EHPS), kas ievieš elektronisko vadības tehnoloģiju, kuras pamatā ir tradicionālais hidrauliskais stūres pastiprinātājs (HPS), lai uzlabotu energoefektivitāti un vadāmību.
1. EHPS sastāvs
EHPS sistēma galvenokārt sastāv no šādiem komponentiem:
(1) Elektro-hidrauliskais sūknis (aizstāj tradicionālo dzinēja-piedziņas hidraulisko sūkni) To darbina elektromotors un darbojas neatkarīgi no dzinēja, tas ir piemērots elektriskajiem transportlīdzekļiem. Parasti tas izmanto bezsuku līdzstrāvas motoru (BLDC) vai pastāvīgo magnētu sinhrono motoru (PMSM), lai uzlabotu energoefektivitāti.
(2) Hidrauliskā jaudas -palīgmehānisms (sliedes zobrata vai recirkulācijas lodveida stūres mehānisms) līdzīgs HPS, taču hidraulisko spiedienu precīzi regulē elektroniskā vadības sistēma.
(3) Elektroniskais vadības bloks (ECU) Pielāgo elektrohidrauliskā sūkņa griešanās ātrumu un spiedienu atbilstoši tādiem signāliem kā transportlīdzekļa ātrums un stūres griezes moments.
(4) Hidrauliskais rezervuārs, hidrauliskie cauruļvadi, stūres vārsts Tāds pats kā tradicionālais HPS, kas atbild par hidrauliskās eļļas uzglabāšanu un plūsmas kontroli.
2. EHPS darbības princips
(1) Signālu savākšanaKad vadītājs griež stūri, stūres rata griezes momenta sensors nosaka vadītāja stūrēšanas nodomu (stūres spēka lielumu un virzienu). Transportlīdzekļa ātruma sensors nodrošina pašreizējo transportlīdzekļa ātruma informāciju (vairāk palīdzības pie maza ātruma, mazāk palīdzības lielā ātrumā).
(2) ECU aprēķina nepieciešamo palīdzībuPamatojoties uz tādiem datiem kā griezes moments, transportlīdzekļa ātrums un stūres leņķis, ECU aprēķina atbilstošo hidrauliskā spiediena pieprasījumu un kontrolē elektrohidrauliskā sūkņa griešanās ātrumu.
Mazi ātrumi (piem., novietošana stāvvietā): motors darbojas lielā ātrumā, lai nodrošinātu lielu hidrauliskās eļļas plūsmu bez piepūles stūrēšanai.
Liels ātrums: motors palēninās, lai samazinātu palīdzību, uzlabotu stūres "stabilitāti" un uzlabotu braukšanas stabilitāti.
(3) Elektro-hidrauliskais sūknis nodrošina spiedienu. Motors darbina hidraulisko sūkni, kas rada spiedienu hidrauliskajā eļļā un piegādā to stūres vadības vārstam. Atbilstoši stūres rata griezes momenta virzienam vadības vārsts virza hidraulisko eļļu attiecīgajā hidrauliskā cilindra kamerā, nospiežot statīvu vai stūres saiti.
Mazs ātrums/liela slodze: palieliniet hidraulisko spiedienu, lai uzlabotu palīdzību vieglākai stūrēšanai.
Liels ātrums/bez slodzes: samaziniet hidraulisko spiedienu, lai samazinātu palīdzību un uzlabotu braukšanas stabilitāti.
(4) Hidrauliskās eļļas cirkulācija Kad palīdzība ir pabeigta, hidrauliskā eļļa plūst atpakaļ uz rezervuāru, veidojot slēgtu -cilpu cirkulāciju.
3. EHPS priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības
(1) Palīdzība ar augstu-griezes momentu: piemērota lieljaudas-elektriskajiem kravas automobiļiem un komerciālajiem transportlīdzekļiem, nodrošinot spēcīgāku stūres spēku nekā EPS.
(2) Augsta uzticamība: nobriedušā hidrauliskā sistēma darbojas stabili ekstremālos darba apstākļos (piem., zema temperatūra, liela slodze).
(3) Vidējas izmaksas: ekonomiskāks par EPS (aprīkots ar lieljaudas-motoru + samazināšanas mehānismu) un energoefektīvāks- nekā tradicionālais HPS.
Trūkumi
(1) Salīdzinoši augsts enerģijas patēriņš: elektro-hidrauliskais sūknis darbojas nepārtraukti un patērē vairāk enerģijas nekā EPS (bet energoefektīvāks nekā tradicionālais HPS).
(2) Sarežģīta struktūra: nepieciešami hidrauliskie cauruļvadi, rezervuāri un citi komponenti ar nedaudz sarežģītāku apkopi nekā EPS.
(3) Nedaudz lēna reakcija: hidrauliskās sistēmas dinamiskās regulēšanas ātrums ir nedaudz mazāks nekā EPS.
III. Vadība-ar-vadu (SBW)
Vadība-ar-vadu (SBW)ir stūres sistēmu nākotnes attīstības virziens. Tas pilnībā novērš mehānisko savienojumu starp stūri un riteņiem un pilnībā paļaujas uz elektriskiem signāliem, lai vadītu stūri.
1. SBW sastāvs
SBW sistēma galvenokārt sastāv no šādiem komponentiem:
(1) Stūres rata modulis, kas ir atbildīgs par vadītāja stūrēšanas nodoma noteikšanu un ceļa sajūtas atgriezeniskās saites imitēšanu, tostarp: stūres griezes momenta/leņķa sensors, ceļa sajūtas atgriezeniskās saites motors un stūres elektroniskā vadības ierīce.
(2) Stūres izpildes modulisAtbild par riteņa stūres vadīšanu, tradicionālās stūres statņa un zobrata un zobrata mehānisma nomaiņu, ieskaitot: stūres izpildes motoru, stūres leņķa sensoru un samazināšanas mehānismu (piemēram, lodveida skrūvi vai zobratu komplektu).
(3) Elektroniskais vadības bloks (ECU) SBW "smadzenes", kas atbild par signālu apstrādi un sistēmas koordināciju, tostarp: galveno ECU un lieko ECU.
(4) Lieka drošības sistēma Lai nodrošinātu drošību, SBW ir jābūt aprīkotam ar vairākiem rezerves kopijām, tostarp: dubultā-barošanas padeve, divi sakaru kanāli un mehāniska avārijas dublēšana.
2. SBW darbības princips
(1) Signālu savākšana (stūres rata modulis)
Griezes momenta/leņķa sensors: nosaka vadītāja stūres griešanās spēku un leņķi un pārvērš tos elektriskos signālos.
Signāli, piemēram, transportlīdzekļa ātrums un slīpuma ātrums: iegūstiet transportlīdzekļa statusu (piemēram, ESP, ABS datus), izmantojot CAN kopni, lai aprēķinātu optimālo stūres reakciju.
(2) Elektroniskā vadība (ECU lēmumu pieņemšana)
Galvenais ECU: aprēķina mērķa stūres leņķi (dinamiski pielāgo stūres attiecību kombinācijā ar transportlīdzekļa ātrumu, braukšanas režīmu utt.) un ceļa sajūtas atgriezeniskās saites intensitāti (imitē mijiedarbības spēku starp riepām un ceļa virsmu), pamatojoties uz sensoru signāliem.
Redundants ECU: uzrauga galveno sistēmu reāllaikā un nekavējoties pārņem vai aktivizē avārijas režīmu, tiklīdz tiek konstatēta kļūme (piemēram, signāla zudums, motora anomālija).
(3) Stūres izpilde (riteņu piedziņa) Stūres izpildes motors (parasti bezsuku motors ar lielu-griezes momentu) tieši darbina bagāžnieku vai stūres šarnīrsavienojumu, lai nospiestu riteņus, lai tie pagrieztos. Pozīcijas sensors reāllaikā atgriež riteņu faktisko pagrieziena leņķi, lai panāktu slēgtas -cilpas norādījumu vadību un nodrošinātu precīzu ECU cilpas vadību.
(4) Ceļa sajūtas simulācija (stūres atgriezeniskā saite) Ceļa sajūtas atgriezeniskās saites motors pieliek stūrei programmējamu pretestību, lai modelētu tradicionālo stūres sistēmu mehānisko ceļa sajūtu (piemēram, nelīdzenumus, izmaiņas riepu saķerē).
3. SBW priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības
(1) Nav mehāniska savienojuma: uzlabo šasijas izkārtojuma elastību un palielina iekšējo telpu.
(2) Maināma stūres pakāpe: Stūres griešanās leņķi un riteņa pagrieziena leņķi var brīvi regulēt (piem., jutīgāka stūre mazā ātrumā, stabilāka lielā ātrumā).
(3) Lieliski pielāgots autonomai braukšanai: Stūri var pilnībā kontrolēt ar datoru bez vadītāja iejaukšanās.
(4) Drošāka aizsardzība pret sadursmi: nav stūres statņa, kas sadursmes gadījumā neiekļūs vadītāja nodalījumā.
Trūkumi
(1) Augstas izmaksas: nepieciešami augstas{1}}uzticamības elektroniskie komponenti un rezerves sistēmas.
(2) Normatīvie ierobežojumi: pašlaik dažas valstis pieprasa saglabāt daļēju mehānisko rezerves kopiju (piemēram, Toyota SBW sistēma joprojām saglabā sajūga avārijas savienojumu).
(3) Patērētāju piekrišana: dažiem lietotājiem ir šaubas par stūrēšanas metodi "bez mehāniska savienojuma".
IV. Kopsavilkums
Šajā rakstā ir aprakstīti trīs dažādi elektrisko transportlīdzekļu stūres sistēmu veidi un to darbības principi. Elektrisko kravas automašīnu lielās stūrēšanas slodzes dēļ EHPS (elektro-hidrauliskais stūres pastiprinātājs) šobrīd joprojām ir galvenais risinājums, kas nodrošina labu līdzsvaru starp palīdzības intensitāti, uzticamību un izmaksām. Tomēr, attīstot -jaudas EPS tehnoloģiju, daži elektriskie kravas automobiļi nākotnē var pārslēgties uz EPS vai hibrīda stūrēšanas sistēmām. Pašlaik EPS joprojām ir visrentablākais risinājums{5}}, un to plaši izmanto. Elektrisko transportlīdzekļu stūrēšanas sistēmu nākotne attīstīsies no EPS (elektriskā stūres pastiprinātāja) uz SBW (Steer-By-Wire), un SBW kļūs par galveno virzienu ar savu lielāku elastību un savietojamību ar autonomo braukšanu.