Innowacje i przyszłość elektrycznych układów kierowniczych dla pojazdów użytkowych
Na fali elektryfikacji i inteligencji pojazdów przemysł motoryzacyjny wkracza w krytyczny okres przejściowy od pojazdów funkcjonalnych do pojazdów inteligentnych. Ta transformacja spowodowała szybki rozwój wielu-najnowocześniejszych technologii, m.insteruj-za pomocą-przewodutechnologia podwozia-jeden z podstawowych fundamentów inteligentnej jazdy-sygnalizuje nadejście nowej ery motoryzacji. Realizacja-autonomicznej jazdy na wysokim poziomie w przyszłości będzie w dużej mierze zależeć od technologii podwozia sterowanego-by-przewodami.
Technologia Steer-by-wire zastępuje tradycyjne połączenia mechaniczne elektryczną transmisją sygnału, przełamując ograniczenia konwencjonalnych mechanizmów kierowniczych i wprowadzając rewolucyjne zmiany w sterowaniu pojazdem. Podwozie ze sterowaniem-by-wire zazwyczaj integruje pięć kluczowych układów: układ kierowniczy, hamulcowy, zawieszenie, napęd i zmianę biegów. Jego główne zalety to zwarta konstrukcja, duża sterowność i szybka reakcja.
Następnie skupiamy się na podstawowej dziedzinie technologii sterowanej-by-przewodowej. W porównaniu z pojazdami osobowymi pojazdy użytkowe muszą stawić czoła bardziej wymagającym wyzwaniom związanym z układami kierowniczymi, takimi jak duże obciążenia, duży rozstaw osi i wymagania dotyczące układu kierowniczego z wieloma-osiami. Obecnie podstawowa funkcja układów kierowniczych pojazdów użytkowych w dalszym ciągu ogranicza się do zapewnienia podstawowego wspomagania kierowania. Zaawansowane funkcje, takie jak-regulacja wspomagania w zależności od prędkości, automatyczny powrót-do-środka, aktywna kontrola układu kierowniczego i autonomiczna regulacja trybów wspomagania, pozostają na etapie badań, rozwoju i instalacji pilotażowej.
Hydrauliczne wspomaganie układu kierowniczego pozostaje głównym rozwiązaniem w pojazdach użytkowych. Ma jednak-od dawna wady, w tym wysoki poziom hałasu,-brak możliwości regulacji charakterystyki wspomagania oraz brak możliwości obsługi funkcji sterowania elektronicznego lub sterowania-za pomocą-przewodu.
Wraz z szybkim rozwojem sterowania elektronicznego i inteligentnych technologii, układy kierownicze pojazdów użytkowych stopniowo przechodzą na rozwiązania w zakresie elektronicznie sterowanego układu kierowniczego i sterowania-by-przewodowego. Ta zmiana doprowadziła do rozwoju technologii, takich jak elektro-hydrauliczne wspomaganie kierownicy (EHPS),Elektryczne wspomaganie kierownicy(EPS) oraz różne nowe konfiguracje przekładni kierowniczej. Te elektronicznie sterowane układy kierownicze nie tylko eliminują nieodłączne ograniczenia tradycyjnych układów hydraulicznych, ale także znacznie poprawiają wydajność kierowania, zdolność aktywnego sterowania, bezpieczeństwo jazdy i ogólne wrażenia z jazdy.
Elektro-hydrauliczny układ wspomagania kierownicy (EHPS) łączy w sobie tradycyjny hydrauliczny układ wspomagania kierownicy (HPS) z silnikiem elektrycznym i może pozostać kompatybilny z oryginalnym interfejsem HPS pojazdu. Systemy EHPS są szeroko stosowane w lekkich-, średnich- i ciężkich-samochodach ciężarowych, a także w średnich- i dużych autobusach.
Wraz z szybkim rozwojem nowych pojazdów użytkowych zasilanych energią,-takich jak autobusy, pojazdy logistyczne i pojazdy sanitarne,-źródło zasilania tradycyjnych hydraulicznych układów kierowniczych stopniowo przesuwa się z silników spalinowych na silniki elektryczne. Tymczasem pokładowe systemy akumulatorów-wysokonapięciowych umożliwiły zastosowanie pomp elektrycznych-o dużej mocy. Omawiany tutaj układ EHPS to zasadniczo hydrauliczny układ wspomagania kierownicy napędzany-pompą elektryczną o dużej mocy.
12 maja 2020 r. oficjalnie opublikowano krajową obowiązkową normę GB 38032-2020 Wymagania bezpieczeństwa dla autobusów elektrycznych. Artykuł 4.5.2 tej normy wprowadza nowe wymagania dotyczące sterowania wspomaganiem podczas jazdy: jeżeli podczas jazdy pojazdu nastąpi nieprawidłowe odłączenie wysokiego napięcia klasy B, a prędkość pojazdu przekracza 5 km/h, układ kierowniczy musi utrzymać wspomaganie przez co najmniej 30 sekund. Aby zachować zgodność z tym rozporządzeniem, większość pomp elektrycznych stosowanych w obecnych autobusach elektrycznych przyjmuje strategię sterowania podwójnym zasilaniem.
W lekkich-pojazdach użytkowych systemy elektrycznego wspomagania kierownicy (EPS) stopniowo stają się głównym rozwiązaniem. Systemy te zazwyczaj wykorzystują elektryczną przekładnię kierowniczą z kulkami obiegowymi. W porównaniu z tradycyjnymi systemami EHPS, EPS eliminuje złożone elementy hydrauliczne, takie jak pompy, zbiorniki oleju i rurociągi, co skutkuje prostszą konstrukcją. W rezultacie systemy EPS są lżejsze, zapewniają szybszą reakcję i zapewniają bardziej precyzyjną kontrolę.
W układach EPS wspomaganie kierowania zapewnia silnik elektryczny, a nie ciśnienie hydrauliczne. Sterownik precyzyjnie reguluje moc silnika na podstawie sygnałów obrotu kierownicy. Kiedy kierowca obraca kierownicę, czujniki rejestrują w czasie rzeczywistym dane dotyczące kąta i momentu obrotowego i przesyłają je do sterownika. Po przetworzeniu sterownik wysyła sygnały sterujące w celu napędzania silnika i zapewnienia odpowiedniego wsparcia. Gdy kierownica nie jest używana, system wspomagania przechodzi w stan uśpienia, nie zużywając dodatkowej energii, poprawiając w ten sposób efektywność energetyczną.
Obecnie zaczęto wprowadzać na rynek niektóre modele pojazdów użytkowych o-niskim tonażuRozwiązania EPS, w tym lekkie-pojazdy użytkowe opracowane niezależnie przez naszą firmę. Rozwój technologii elektrycznego sterowania staje się coraz bardziej zróżnicowany. Nowe konfiguracje przekładni kierowniczej, takie jak konstrukcje z prostym- drążkiem kierowniczym, są w fazie opracowywania i osiągają stały postęp, aby sprostać wymaganiom pojazdów użytkowych związanych z wysokim momentem obrotowym.
Obecnie uniwersytety i producenci na całym świecie opracowali różnorodne konfiguracje elektrycznych przekładni kierowniczych, które są w stanie zapewnić duży moment obrotowy wymagany przez pojazdy użytkowe. Innowacje te nadały nowy impuls rozwojowi technologii elektrycznego układu kierowniczego w pojazdach użytkowych. Wśród nich duże zainteresowanie wzbudziła elektryczna przekładnia kierownicza z przekładnią planetarną. Integruje kluczowe komponenty, takie jak silnik-wspomagający moc, mechanizm redukcji przekładni cylindrycznej, mechanizm redukcji przekładni planetarnej i przekładnia ślimakowa. Łącząc mechanizmy redukcji przekładni planetarnej i cylindrycznej, konstrukcja ta skutecznie zmniejsza prędkość silnika, jednocześnie zwiększając wyjściowy moment obrotowy, spełniając w ten sposób wysokie-wymagania dotyczące momentu obrotowego.
Tymczasem mechanizm przekładni ślimakowej zapewnia płynne przenoszenie momentu obrotowego sprzężenia zwrotnego kierownicy i obciążeń związanych z oporem drogi. Cykloidalna elektryczna przekładnia kierownicza składa się z silnika, cykloidalnego reduktora wiatraczka i reduktora przekładni stożkowej. Silnik napędza cykloidalny reduktor wiatraczkowy, który następnie łączy się z reduktorem przekładni stożkowej i ostatecznie przekazuje ruch na wał wejściowy układu kierowniczego. Ta konfiguracja charakteryzuje się zwartą i wyrafinowaną konstrukcją, zapewniając jednocześnie wysoki moment obrotowy, zapewniając lekkie i czułe sterowanie pojazdami użytkowymi.
Elektromagnetyczny układ wspomagania kierownicy wykorzystuje zasady elektromagnetyczne do uzyskania-wspomagania układu kierowniczego. Jego podstawowe elementy obejmują zespół zębatki-i-nakrętki na wale wejściowym układu kierowniczego, który zazębia się z sektorowym wałkiem wahacza umieszczonym w zespole przekładni kierowniczej. Magnes trwały jest zamontowany na zespole zębatki-i-nakrętce, natomiast cewki elektromagnetyczne prądu stałego są zainstalowane w zespołach górnej i dolnej pokrywy. Ponadto czujniki na wale wejściowym układu kierowniczego monitorują stan układu kierowniczego w czasie rzeczywistym.
Kiedy ECU przekładni kierowniczej odbiera sygnały związane z kątem skrętu, prędkością i momentem obrotowym, dostarcza prąd o odpowiedniej wielkości i kierunku do cewek elektromagnetycznych prądu stałego. W oparciu o zasadę, że bieguny magnetyczne odpychają się, a przeciwne przyciągają, zespół zębatki-i-nakrętki wprawiany jest w ruch, obracając w ten sposób sektorowy wał wahacza i zapewniając wspomaganie sterowania.
Wraz z ciągłym rozwojem technologii jazdy autonomicznej stawiane są wyższe wymagania w zakresie redundancji bezpieczeństwa w systemach sterowanych-by-przewodowych. Obecnie w pojazdach demonstracyjnych do jazdy autonomicznej zazwyczaj stosuje się strategie redundancji oprogramowania i sprzętu, aby zapewnić bezpieczeństwo operacyjne. Jednak technologie te nie znalazły jeszcze szerokiego zastosowania w-masowo produkowanych pojazdach użytkowych.
Podsumowując, wybór technologii sterowanych-by-przewodów do pojazdów użytkowych różni się w zależności od takich czynników, jak obciążenie pojazdu, ograniczenia układu i dojrzałość technologii. Wiele dróg technicznych zbiega się w kierunku elektrycznych rozwiązań układu kierowniczego, wyznaczając wyraźny trend w przyszłym rozwoju układów kierowniczych pojazdów użytkowych.
