王 皓

（昆明冶金高等?？茖W校 650033）

1 汽車的電子轉(zhuǎn)向技術(shù)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(shù)等多項技術(shù)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(gòu)，包括寶馬DELPHI以及TRW、ZF等和Japan的豐田精工技術(shù)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?，F(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(shè)置了此系統(tǒng)。日本光洋精工株式會技術(shù)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(guān)電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)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(shù)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(gòu)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(gòu)和性能特點

2.1 汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(shè)備進行供電，各個設(shè)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(shè)備的功率已經(jīng)非常大，汽車上需要用電的設(shè)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(dǎo)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(yīng)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(shè)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(guān)鍵技術(shù)

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?zāi)Ｐ椭械臄?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(shè)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(shè)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(shù)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(gòu)還保存著原有機械的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的冗余設(shè)備，其中的結(jié)構(gòu)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(yīng)的問題。

4 電子轉(zhuǎn)向技術(shù)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(guān)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(shè)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(dǎo)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(guān)注，其中汽車智能轉(zhuǎn)向的最重要的技術(shù)就是汽車的轉(zhuǎn)向技術(shù)。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(shù)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(shù)的安全性與可靠性的同時，并使得電子轉(zhuǎn)向技術(shù)的投資成本得到有效的減少。假設(shè)該問題能夠獲得有效的解決，那電子轉(zhuǎn)向技術(shù)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(shù)，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(shù)的發(fā)展前景是十分廣闊的。

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