新能源輕型商用車轉向系統發展淺析

劉俊榮，牛營凱，尹華清，李紅艷

（浙江吉利新能源商用車研究院有限公司，浙江 杭州 311228）

概述

轉向系統是用來改變或保持汽車行駛或倒退方向的裝置。其主要功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。從汽車誕生的那天起，轉向系統就是其最重要的系統之一。隨著汽車技術的發展，汽車轉向系統也得到的長足的發展，從最早的純機械轉向，發展到液壓助力轉向（HPS）、電動液壓助力轉向系統（EHPS）、電動助力轉向系統（EPS），以及正在研究發展的線控轉向系統（SBW）。

線控轉向系統（SBW）以電線連接代替機械轉向系統中轉向盤和轉向輪之間的機械連接[1]。SBW 是近年來汽車轉向系統研究的熱門話題，對L4 及L5 階段的自動駕駛尤為重要，但由于線控技術取消了傳動的機械轉向傳動軸，轉向控制器根據方向盤或自動駕駛控制單元的指令來驅動轉向電機從而實現汽車的轉向功能。然而現階段線控轉向尚不能做到完全可靠，尚不能規模性的應用。據悉，汽車轉向系統標準GB17675 正在討論修訂，有望對涉及線控轉向部分的內容進行修訂。

現代汽車轉向系統主要存在兩大結構類型，分別是角傳動轉向和線性傳動轉向，其最具代表意義的是用于商用車的循環球轉向系統和應用于中小型乘用車的齒輪齒條轉向系統。

1 新能源輕型商用車轉向系統發展趨勢

輕型商用車普遍采用的是循環球液壓助力轉向系統，該轉向系統的特點是能產生并傳遞較大的扭矩，適合輕型商用車轉向軸偏重的轉向需求。其缺點也很明顯，轉向桿系相對較復雜，自由間隙相對線性轉向系統（齒輪齒條轉向系統）更難控制。

汽車的發展趨勢之一是智能駕駛甚至是自動駕駛，而傳動的液壓助力轉向系統（HPS）無法實現自動駕駛工況下的轉向需求。乘用車目前普遍采用的是電動助力轉向系統（EPS），其優點是環保、節能、操縱舒適等，可以滿足L3級自動駕駛的需求。但在商用車領域卻幾乎無EPS 的應用，究其根本原因是商用車轉向軸載荷較大，所需求的轉向力矩較大。 傳統的EPS 僅能提供的800-1000N.m 的輸出扭矩，滿足不了中重型商用車轉向助力需求。

商用車駕駛員駕車時間長，路況更復雜，更需要操控性更好的轉向系統，能實現車道保持（LKA），甚至是自動駕駛，來提高駕駛舒適性、減輕勞動強度。目前相關法規正在修訂，預計不久將要在中重型貨車、客車上實現車道保持功能（LKA），所以發展商用車的電動助力轉向系統甚至是線控轉向系統更為迫切。

目前在重卡及客車領域正在開發的是電液雙伺服轉向系統，其基本的原理是在傳統液壓轉向器的技術上增加一個電動助力控制系統，由液壓提供基本的助力，電動助力控制系統優化轉向助力、增加主動回正力，必要時可以擴展為LKA及L3 級自動駕駛。但輕型商用車由于空間布置的限制，無法采用該轉向系統，必須要另辟蹊徑。

2 輕型商用車轉向系統發展思考

針對輕型商用車的轉向系統在自動駕駛即將來臨時該如何做，國內外廠商和研究機構對此研究得并不是很多。隨著這兩年電機技術的進步，尤其是大扭矩無刷直流電機技術的進步，我們吉利新能源商用車公司率先在新能源輕型貨車上開發了電動循環球助力轉向系統，該系統不需要額外的電機變壓控制器，只需要共用12V 或24V 低壓電源即可，相對于其他新能源輕卡常用的電動液壓轉向系統（EHPS）成本節約1500 元，節約電能平均每小時1KW。電動循環球助力轉向 系統（X-EPS）能滿足轉向軸載荷在2.5T 以下的轉向助力需求[2]（相當于80 缸徑轉向器的輸出扭矩），能實現主動回正功能，可以根據車速及需要調節轉向助力的大小，大幅改善汽車的操控性能。該套轉向系統可以滿足車道保持功能的需求，可以滿足L3、L4 級自動駕駛的轉向需求。

該系統還有不完善的地方，如輸出扭矩無法突破1500N.m，無法滿足轉向軸載荷大于2.5 噸的輕型商用車的轉向需求，我們需要聯合供應商做進一步的研究，爭取早日突破。

3 總結

未來輕型商用車轉向系統該如何發展？個人認為是智能化、線控化、舒適化、個性化。吉利輕型商用車率先應用的X-EPS 系統可以初步實現智能化、舒適化及部分個性化的需求，可以根據自動駕駛的需求實現車輛基本的橫向控制。

由于技術條件限制，目前商用車領域的EPS 甚至線控方面的研究都落后于乘用車，控制和反饋未能達到理想水平，需要我們進一步協調有實力的供應商一起研究、開發。自動駕駛汽車的開發一定是整零合作開發的，只依靠整車企業或零部件企業都不能很好地完成開發任務。

未來輕型商用車一定是率先實現自動駕駛的汽車，而轉向系統在該環節中尤其重要，我們一定要把握智能化、線控化、舒適化、個性化的需求，打開思路，開發設計適應自動駕駛的汽車轉向系統。