淺談汽車電子轉向技術發展趨勢

王 皓

（昆明冶金高等專科學校 650033）

1 汽車的電子轉向技術發展概述

上世紀六十年代末，德國某汽車公司試著把轉向盤借助連接性和轉向車輪之間實現連接（也就是電子轉向系統），不過因為當時受到電子與控制技術等多項技術的制約，當時汽車電子轉向系統還一直處在發展較為艱難的階段。

上個世紀九十年代出，德國奔馳公司就開始研發汽車前輪的電子轉向系統，在順利研究成功之后，把自己研發該電子轉向系統運用在F400的概念車上。全球其他各大型汽車的生產廠家以及開發機構，包括寶馬DELPHI以及TRW、ZF等和Japan的豐田精工技術研究院、本田汽車公司等前前后后均對汽車的電子轉向系統實時了深入研究。現階段，世界各地很多汽車公司均開始研發屬于自己的汽車電子轉向系統，部分國際性汽車制造商已經在自己生產的概念車上安裝設置了此系統。日本光洋精工株式會技術研究所亦是對電子轉向系統進行了深入的研究，并早已取得了屬于自己的車輛電子轉向系統。

現階段因為汽車供電系統的原因，轉向電機很難提高比較大的功率，目前有關電子轉向系統相關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，必須要使用液壓執行器。當然隨著技術的不斷進步。汽車的轉向電機系統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的汽車電子轉向系統

2 汽車電子轉向系統的結構和性能特點

2.1 汽車電子轉向系統的結構分析

所謂電子轉向系統是由轉主控制器（即ECU）、轉向盤模塊以及轉向執行模塊三個主要的部分和自動防故障電源與系統等輔助類模塊組成，圖中1所示。

此處電源系統對兩個執行馬達以及控制器和需要用電的設備進行供電，各個設備的用電功率分別是前輪轉角執行馬達功率大概在500瓦到800瓦；轉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。此兩個用電設備的功率已經非常大，汽車上需要用電的設備非常多，而用電最多的系統就是前面提到的兩個系統，這就導致了電源系統的超負荷工作。當然如果換成42伏供電系統，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 電子轉向系統的性能特點分析

2.2.1 有效提升駕駛員的路感。傳統的駕駛，轉向盤與轉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。而電子轉向系統就沒有這個缺陷，可以讓駕駛員自己通過模擬產生路感。于回正力矩操控方面可以從信號中提取最能夠反應出汽車實際的行駛狀態與路面狀況的信息。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性能。汽車電子轉向系統能夠利用前輪轉向的操控，實現穩定性控制系統的功能，可以達到更加理想的效果，同時能夠和其他主動安全設備比如防鎖死剎車系統、防碰撞、軌跡跟蹤、自動側向導航和自動駕駛、單個車輪轉向、汽車動力學控制等功能相結合，以此實現對汽車的整體性控制，提升汽車整體的平穩性。

3 汽車電子轉向系統的關鍵技術

3.1 汽車電子轉向系統其轉向盤的力感模擬

汽車電子轉向系統其轉向盤的力感模擬能夠通過兩種方法實現：第一種為使用駕駛模擬器中的轉向盤力矩模擬方式，也就是轉向系統的動力學建模方法，仿照傳統的轉向系統中的路感特征，動力學模型中不需要考慮轉向系統中產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驗上的汽車轉向系統系統回正力矩的算法模型，借助操作者主觀評價方法來確定經驗模型中的數據。因為后一種方法較為簡答且實用，目前被絕大多數的電子轉向系統所采用。

3.2 汽車電子轉向系統的可靠性和安全性設計

現階段電子部件還沒能達到像機械機械系統那樣高的可靠程度，所以，汽車電子轉向系統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。目前在汽車電子轉向系統中，可靠性和安全性方面的設計主要使用下面方案：

機械與電子結合的轉向系統。位于日本的光洋精工株式會社技術研究所的汽車電子轉向系統還保留著原機械系統，使用離合器把轉向系統分成上下兩個部分，也就是轉向盤系統與前輪轉向系統，如圖1所示。當電子轉向系統發生故障時，其故障離合器結合，此時機械系統就會完成轉向功能，以此保障汽車行駛的安全性。

上述中的機構還保存著原有機械的轉向系統中的冗余設備，其中的結構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，電子系統一旦發生故障，則存在著操作者能否適應的問題。

4 電子轉向技術的發展前景

上面說到了汽車電子可靠性、安全現等問題，但是阻礙汽車電子轉向系統的普及，其中可靠性依然是其最為關鍵的問題。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。盡管電子轉向系統在研發階段、銷售時期價格比較高，但是，我們在對電子轉向系統進行觀察之后發現，在對汽車地盤進行設計時，無需對其左右行駛交通系統內的轉向系統進行區分開，這就導致在對底盤進行開發，尤其是世界性跨國公司其底盤的研發成本降低。將來的汽車的發展將主要是四大類，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，這種發展趨勢將會對汽車轉向系統的發展帶來更為廣闊的空間。

5 結束語

近年來，在汽車行業當中，無人駕駛汽車越來越受到人們的關注，其中汽車智能轉向的最重要的技術就是汽車的轉向技術。隨著經濟的快速發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，這將對電子轉向技術的發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向技術的安全性與可靠性的同時，并使得電子轉向技術的投資成本得到有效的減少。假設該問題能夠獲得有效的解決，那電子轉向技術在未來會得到更為廣泛的發展，并且為人們的生活以及工作帶來極大的便捷。在汽車行業中使用電子轉向技術，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，該技術的發展前景是十分廣闊的。

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