Sistemele de direcție ale vehiculelor electrice, ca sistem cheie al vehiculelor electrice, diferă semnificativ de cele ale vehiculelor cu combustibil-. Acestea sunt împărțite în principal în trei categorii: servodirecție electrică (EPS), servodirecție electro-hidraulic (EHPS) și direcție-prin cablu (SBW). Fiecare tip prezintă principii de lucru, avantaje, dezavantaje și domenii de aplicare distincte. Acest articol detaliază compoziția și principiile de funcționare ale acestor trei sisteme de direcție pentru vehicule electrice.
I. Servodirecție electrică (EPS)
EPSeste cel mai des folosit sistem de direcție în vehiculele electrice în prezent. Acesta folosește un motor electric pentru a oferi asistență la direcție, înlocuind tradiționala servodirecție hidraulică (HPS).
1. Compoziția EPS
EPS constă în principal din următoarele componente:
(1) Senzor de cuplu: detectează cuplul și direcția de rotație a volanului (intenția șoferului).
(2) Senzorul unghiului de virare: Monitorizează unghiul volanului (integrat în senzorul de cuplu în unele sisteme).
(3) Senzor de viteză a vehiculului: Oferă semnale de viteză a vehiculului (pentru reglarea dinamică a nivelului de asistență la direcție).
(4) Unitate de control electronic (ECU): Prelucrează datele senzorului în timp real și calculează asistența de direcție necesară.
(5) Motor de asistență-putere: de obicei, un motor de curent continuu fără perii (BLDC), care transmite cuplul la coloana de direcție sau la cremalieră printr-un mecanism de reducere (de exemplu, angrenaj melcat).
(6) Mecanism de reducere: Amplifică cuplul motorului pentru a antrena sistemul de direcție.
2. Principiul de lucru al EPS
(1) Detectează intenția șoferului Când șoferul rotește volanul, senzorul de cuplu măsoară cuplul de torsiune al arborelui de direcție, iar senzorul unghiului de direcție înregistrează unghiul de virare, ambele trimițând semnale către ECU. Semnalele de viteză ale vehiculului sunt introduse sincron (de exemplu, este necesară mai multă asistență la viteze reduse, asistență la viteză mare și asistență sporită la viteză mare).
(2) ECU calculează cererea de asistență ECU calculează asistența țintă pe baza cuplului, a vitezei vehiculului și chiar a stării vehiculului (de exemplu, unghiul de înclinare la unele modele-de vârf) și emite un semnal PWM pentru a controla motorul. Exemple de algoritm:
Parcare cu -viteză mică: motorul de-asistență electrică emite un cuplu ridicat (pentru o direcție fără efort).
Conducerea la-viteză mare: asistența este redusă (pentru a îmbunătăți senzația de drum și pentru a evita supra-sensibilitatea).
(3) Motorul execută asistarea direcției. Motorul transmite puterea către coloana de direcție printr-un mecanism de reducere (de exemplu, angrenaj melcat, curea) sau antrenează direct cremaliera (există diferențe structurale între diferitele tipuri de EPS, vezi mai jos). Direcția de asistență a motorului este în concordanță cu direcția de direcție a șoferului (judecata de polaritatea senzorului de cuplu).
(4) Feedback și corecție Sistemul monitorizează continuu cuplul volanului și unghiul real de virare, ajustând dinamic puterea motorului pentru a obține controlul în buclă închisă-și pentru a evita supra-asistența sau întârzierea.
3. Clasificarea și domeniul de aplicare al EPS
Pe baza diferitelor poziții de instalare ale motorului, EPS poate fi împărțit în următoarele tipuri:
| Tip | Poziția motorului | Modele de vehicule aplicabile | Caracteristici |
|---|---|---|---|
| C-EPS (EPS de tip-coloană) | Montat pe coloana de directie | Mașini compacte, mașini micro | Structură simplă, cost redus, dar asistență redusă |
| P-EPS (EPS de tip-pinion) | Montat pe pinionul de directie | Mașini compacte/medii | Asistență moderată,{0}}performanță bine echilibrată |
| R-EPS (EPS de tip-rack) | Acționează direct cremaliera de direcție | Mașini mari și mijlocii-, SUV-uri | Asistență ridicată, răspuns rapid, potrivit pentru vehicule grele- |
| DP-EPS (EPS cu dublu-pinion) | Două motoare antrenează pinionul și respectiv cremaliera | Mașini-de înaltă performanță, mașini de lux | Direcție mai precisă, răspuns dinamic mai bun |
4. Avantajele și dezavantajele EPS
Avantaje
(1) Eficiență energetică ridicată, autonomie-: Acționat direct de un motor electric, EPS nu necesită pompă hidraulică și are pierderi de energie extrem de reduse (HPS tradițional consumă continuu puterea motorului). Pentru vehiculele electrice, energia economisită poate crește indirect autonomia de rulare (aproximativ 3%-5% optimizare a eficienței energetice).
(2) Asistență la direcție reglabilă flexibil: nivelul de asistență poate fi ajustat dinamic prin intermediul software-ului pentru a se adapta la diferite scenarii (de exemplu, direcție ușoară la viteze mici, direcție stabilă la viteze mari) și acceptă chiar și moduri de conducere personalizate (sport/confort).
(3) Structură simplă, cost redus de întreținere: elimină uleiul hidraulic, pompele, conductele și alte componente, reducând riscul scurgerii de ulei și necesitatea întreținerii ulterioare.
(4) Adaptabilitate puternică la mediu: Neafectat de temperaturi extreme (ulei hidraulic se îngroașă la temperaturi scăzute în sistemele hidraulice, ceea ce duce la întârziere de direcție).
(5) Suport pentru sistemele avansate de asistență a șoferului (ADAS): compatibil cu funcțiile ADAS, cum ar fi păstrarea benzii și parcarea automată.
Dezavantaje
(1) Feedback slab la senzația de drum: senzația de drum simulată a asistenței electrice este mai puțin naturală decât cea a sistemelor hidraulice.
(2) Dependența de fiabilitatea sistemului de control electronic: Defecțiunile motorului, ale senzorilor sau ale software-ului de control pot cauza pierderea bruscă a asistenței (deși există proiecte de redundanță, riscurile încă există).
(3) Asistență insuficientă în scenarii de-încărcare mare: motoarele de-putere mare sunt costisitoare, iar unele modele-cu preț redus pot avea asistență insuficientă în condiții extreme de lucru (de exemplu, direcția în timp ce staționează).
II. Servodirecție electro-hidraulic (EHPS)
Datorită încărcăturii grele a camioanelor electrice și a necesității unei asistențe mai puternice la direcție, unele modele adoptă servodirecția electro-hidraulic (EHPS), care introduce tehnologia de control electronic pe baza servodirecției hidraulice tradiționale (HPS) pentru a îmbunătăți eficiența energetică și controlabilitatea.
1. Compoziția EHPS
Sistemul EHPS constă în principal din următoarele componente:
(1) Pompă electro-hidraulică (înlocuind pompa hidraulică tradițională-acționată de motor) Acționată de un motor electric și funcționând independent de motor, este potrivită pentru vehicule electrice. De obicei, adoptă un motor DC fără perii (BLDC) sau un motor sincron cu magnet permanent (PMSM) pentru a îmbunătăți eficiența energetică.
(2) Mecanism hidraulic de asistență-(cremală și pinion sau transmisie de direcție cu bile cu recirculare) Similar cu HPS, dar presiunea hidraulică este reglată cu precizie de sistemul de control electronic.
(3) Unitate de control electronic (ECU) Reglează viteza de rotație și presiunea pompei electro-hidraulice în funcție de semnale precum viteza vehiculului și cuplul de direcție.
(4) Rezervor hidraulic, conducte hidraulice, supapă de direcție La fel ca HPS tradițional, responsabil pentru stocarea și controlul debitului uleiului hidraulic.
2. Principiul de lucru al EHPS
(1) Colectarea semnalului Când șoferul întoarce volanul, senzorul de cuplu al volanului detectează intenția de direcție a șoferului (mărimea și direcția forței de direcție). Senzorul de viteză al vehiculului oferă informații despre viteza actuală a vehiculului (mai multă asistență la viteze mici, mai puțină asistență la viteze mari).
(2) ECU calculează asistența necesară Pe baza datelor precum cuplul, viteza vehiculului și unghiul de virare, ECU calculează cererea adecvată de presiune hidraulică și controlează viteza de rotație a pompei electro-hidraulice.
Viteze mici (de exemplu, parcare): motorul funcționează la viteză mare pentru a oferi un debit mare de ulei hidraulic pentru o direcție fără efort.
Viteze mari: motorul încetinește pentru a reduce asistența, pentru a spori „stabilitatea” volanului și pentru a îmbunătăți stabilitatea condusului.
(3) Pompa electro-hidraulică asigură presiune. Motorul antrenează pompa hidraulică, care presurizează uleiul hidraulic și îl livrează către supapa de control al direcției. În funcție de direcția cuplului volanului, supapa de control ghidează uleiul hidraulic în camera corespunzătoare a cilindrului hidraulic pentru a obține biela de împingere a cremei sau a direcției.
Viteză mică/sarcină mare: creșteți presiunea hidraulică pentru a îmbunătăți asistența pentru o direcție mai ușoară.
Viteză mare/fără sarcină: Reduceți presiunea hidraulică pentru a reduce asistența și pentru a îmbunătăți stabilitatea conducerii.
(4) Circulația uleiului hidraulic După ce asistența este finalizată, uleiul hidraulic curge înapoi în rezervor pentru a forma o circulație în buclă închisă-.
3. Avantajele și dezavantajele EHPS
Avantaje
(1) Asistență-cuplului ridicat: potrivit pentru camioanele electrice-grele și vehiculele comerciale, oferind o forță de direcție mai puternică decât EPS.
(2) Fiabilitate ridicată: Sistemul hidraulic matur funcționează stabil în condiții extreme de lucru (de exemplu, temperatură scăzută, sarcină mare).
(3) Cost moderat: mai economic decât EPS (echipat cu motor de-putere mare + mecanism de reducere) și mai eficient-din energie decât HPS tradițional.
Dezavantaje
(1) Consum relativ mare de energie: pompa electro-hidraulică funcționează continuu și consumă mai multă energie decât EPS (dar mai eficientă-din energie decât HPS tradițional).
(2) Structură complexă: necesită conducte hidraulice, rezervoare și alte componente, cu întreținere puțin mai dificilă decât EPS.
(3) Răspuns ușor lent: viteza de reglare dinamică a sistemului hidraulic este puțin mai mică decât cea a EPS.
III. Dirijare-prin-camara (SBW)
Dirijare-prin-camă (SBW)este direcția viitoare de dezvoltare a sistemelor de direcție. Elimină complet legătura mecanică dintre volan și roți și se bazează în întregime pe semnale electrice pentru a controla direcția.
1. Compoziția SBW
Sistemul SBW constă în principal din următoarele componente:
(1) Modulul volan Responsabil pentru detectarea intenției de direcție a șoferului și simularea feedback-ului la senzația de drum, inclusiv: senzorul de cuplu/unghi al volanului, motorul de feedback al șoferului și unitatea de control electronică a volanului.
(2) Modul de execuție a direcției. Responsabil cu conducerea direcției roții, înlocuind coloana de direcție tradițională și mecanismul cu cremalieră și pinion, inclusiv: motorul de execuție a direcției, senzorul unghiului de virare și mecanismul de reducere (de exemplu, șurub cu bile sau angrenaj).
(3) Unitate de control electronic (ECU) „Creierul” SBW, responsabil pentru procesarea semnalului și coordonarea sistemului, inclusiv: ECU principal și ECU redundant.
(4) Sistem de siguranță redundant Pentru a asigura siguranța, SBW trebuie să fie echipat cu mai multe backup-uri, inclusiv: sursă de alimentare duală-, canale de comunicații duble și backup mecanic de urgență.
2. Principiul de lucru al SBW
(1) Colectare semnal (modul volan)
Senzor de cuplu/unghi: detectează forța și unghiul de rotație a volanului șoferului și le transformă în semnale electrice.
Semnale cum ar fi viteza vehiculului și rata de rotire: obțineți starea vehiculului (de exemplu, date ESP, ABS) prin magistrala CAN pentru a calcula răspunsul optim al direcției.
(2) Control electronic (luare-deciziilor ECU)
ECU principal: Calculează unghiul de virare țintă (ajustează dinamic raportul de direcție combinat cu viteza vehiculului, modul de conducere etc.) și intensitatea feedback-ului la senzația de drum (simulează forța de interacțiune dintre anvelope și suprafața drumului) pe baza semnalelor senzorilor.
ECU redundant: Monitorizează sistemul principal în timp real și preia sau activează imediat modul de urgență odată ce este detectată o defecțiune (de exemplu, pierderea semnalului, anomalia motorului).
(3) Execuția direcției (conducerea roților) Motorul de execuție a direcției (de obicei, un motor fără perii cu cuplu mare) antrenează direct cremaliera sau articulația de direcție pentru a împinge roțile să se întoarcă. Senzorul de poziție transmite în timp real unghiul real de direcție al roților pentru a obține un control în buclă închisă-și asigura executarea corectă a instrucțiunilor ECU.
(4) Simulare de senzație de drum (feedback de la volan) Motorul de feedback de la senzația de drum aplică volanului rezistență programabilă pentru a simula senzația mecanică de drum a sistemelor tradiționale de direcție (de exemplu, denivelări, modificări ale aderenței anvelopei).
3. Avantajele și dezavantajele SBW
Avantaje
(1) Fără conexiune mecanică: îmbunătățește flexibilitatea aspectului șasiului și mărește spațiul interior.
(2) Raport de direcție variabil: Unghiul de rotație al volanului și unghiul de direcție al roții pot fi reglate liber (de exemplu, volan mai sensibil la viteze mici, mai stabil la viteze mari).
(3) Perfect adaptat la conducerea autonomă: direcția poate fi controlată complet de un computer fără intervenția șoferului.
(4) Protecție mai sigură împotriva coliziunii: Fără coloană de direcție, care nu va pătrunde în compartimentul șoferului în cazul unei coliziuni.
Dezavantaje
(1) Cost ridicat: necesită componente electronice de înaltă-fiabilitate și sisteme redundante.
(2) Restricții de reglementare: în prezent, unele țări solicită păstrarea rezervărilor mecanice parțiale (de exemplu, sistemul SBW de la Toyota păstrează încă o conexiune de urgență a ambreiajului).
(3) Acceptarea consumatorilor: Unii utilizatori au îndoieli cu privire la metoda de direcție „fără conexiune mecanică”.
IV. Rezumat
Acest articol prezintă trei tipuri diferite de sisteme de direcție pentru vehicule electrice și principiile de funcționare ale acestora. Datorită sarcinii mari de direcție a camioanelor electrice, EHPS (Electro-Hydraulic Power Steering) este încă soluția de bază în prezent, care realizează un echilibru bun între intensitatea asistenței, fiabilitate și cost. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea tehnologiei EPS de-putere mare, unele camioane electrice pot trece la sistemele de direcție EPS sau hibride în viitor. În prezent, EPS este încă cea mai-soluție rentabilă și este utilizată pe scară largă. Viitorul sistemelor de direcție a vehiculelor electrice va evolua de la EPS (Serviție electrică de servodirecție) la SBW (Steer-By{-Wire), iar SBW va deveni mainstream cu flexibilitatea și compatibilitatea sa mai ridicată cu conducerea autonomă.