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智能网联汽车线控转向系统

2021-03-05 23:20:44·  来源：焉知自动驾驶  
　
来源 |  驱动视界 知圈 |  进“ 车载芯片社群”请加微信15221054164，备注芯片 前言： 汽车的转向系统经历了机械转向系统、液压助力转向系统、电控液压助力转向系统、电动助力转向系统的发展过程，随着线控技术的发展，线控转向技术也逐渐出现在汽车的转向系
来源 |  驱动视界
前言： 汽车的转向系统经历了机械转向系统、液压助力转向系统、电控液压助力转向系统、电动助力转向系统的发展过程，随着线控技术的发展，线控转向技术也逐渐出现在汽车的转向系统中。
一、 汽车转向系统发展情况
1.助力转向分类
  • 机械转向
  • 液压助力转向
  • 电控液压助力转向
  • 电动助力转向
2.液压助力转向系统（HPS）
液压助力转向系统采用液压伺服控制方式构成的液压控制系统，主要由V型传动皮带、压力流量控制阀体、油管、动力缸、转向助力泵、转向柱、转向传动轴、储油罐等部件构成
优点：
  • 采用机械部件连接，操控精准，路感直接，信息反馈丰富
  • 液压泵由发动机驱动，转向动力充沛，技术成熟，可靠性高，平均制造成本低
缺点：
  • 低速大转向转弯时比较沉
  • 依靠发动机动力来驱动油泵，能耗比较高
  • 液压系统的管路结构非常复杂，油路经常保持高压状态，使用寿命受到影响。
3.电控液压助力转向系统（EHPS）
电控液压助力系统（EHPS）的主要由储油罐、控制单元、电动泵、转向机构、助力转向传感器等构成。
电控液压助力转向系统（EHPS）
优点：
  • 采用电动液压泵,低速输出大扭矩，高速输出小扭矩
缺点：
  • 结构复杂、不便于安装维修及检测、造价较高，无法克服液压系统的缺点，如渗油问题、低温工作性能
4.电动助力转向系统（EPS）
电动助力转向系统（EPS）是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统，可以根据不同的使用工况控制电动机提供不同的动力，实现转向助力随车速的变化而变化，且仅在需要转向的时候提供转向动力，降低燃油消耗率，且转向更加轻便。
电动助力转向系统（EPS）结构组成
优点：
  • 结构简单
  • 降低油耗
  • 噪声小
  • 助力效果好
  • 实现转向系统主动回正
  • 环保性好
二、 电动转向系统结构及工作原理
1.电动助力转向系统（EPS）的分类
电动助力转向系统（EPS）根据电机驱动部位和机械结构的不同，可将电动助力转向系统（EPS）分为转向轴助力式、齿轮助力式和齿条助力式。
电动助力转向系统（EPS）的类型
2.电动助力转向系统（EPS）的结构
电动助力转向系统（EPS）直接依靠电动机提供辅助转向动力。
EPS主要由转矩传感器、转角传感器、车速传感器、电动机、电磁离合器、减速机构、电子控制单元（ECU）等组成。
电动助力转向系统（EPS）结构示意图
（1）转矩传感器
转矩传感器用于检测作用于转向盘上扭矩信号的大小与方向
接触式扭杆电位计传感器是在转向轴位置加一根扭杆，通过扭杆检测输入轴与输出轴的相对扭转位移，并将这种扭转变化输入给ECU。
 接触式转矩传感器
（2）电动机
EPS一般常采用直流无刷永磁电动机,无刷永磁电动机具有无激磁损耗、效率较高、体积较小等特点。
（3）电磁离合器
电磁离合器可以保证电动助力只在预定的范围内起作用。
当车速、电流超过限定的最大值或转向系统发生故障时，离合器便自动切断电动机动力，恢复手动控制转向。
单片干式电磁离合器
（4）减速机构
减速机构用来增大电动机传递给转向器的转矩。
涡轮蜗杆减速机构
电动式EPS以直流电动机作为助力源，电子控制单元根据车速和转向参数控制电动机通电电流强度，调节加力电动机工作力矩，进而控制转向助力强度。
电动式EPS的助力作用受电脑控制，在低速转向时的助力作用最强，随着车速的升高助力作用逐渐减弱。
电动助力转向系统（EPS）
三、 线控转向结构及原理
1.线控转向系统（SBW）
汽车线控转向系统（SBW）取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，设计汽车转向的角传递特性，通过控制算法实现智能化车辆转向，而且比传统转向系统更加节省安装空间，重量更轻。
线控转向系统（SBW）结构组成
1）线控转向系统结构组成
（1）转向盘传感器： 转向盘转动时带动转角传感器的大齿轮转动，大齿轮带动装有磁体的两个小齿轮转动，产生变化的磁场，通过敏感电路检测这种变化产生的转角信号，通过CAN总线将数据发送出去。
（2）路感电机： 将主控制器传来的回正信号转化为回正力矩，向驾驶员提供路感。
转向执行总成：快速响应主控制器传来的转角信号，完成车辆的转向。
（3）主控制器： 采集包括转向盘转角、转向盘扭矩、车速等传感器的信息，根据内部的程序，计算出合适的前轮转角发送到转向执行电机，实现车辆转向，计算出合适的回正力矩传递给路感电机，向驾驶员提供路感。
线控转向系统与传统电动助力转向区别
EPS与线控转向之间的主要差异就是线控转向取消了方向盘与车轮之间的机械连接，用传感器获得方向盘的转角数据，然后 ECU将其折算为具体的驱动力数据，用电机推动转向机转动车轮。
而EPS 则根据驾驶员的转角来增加转向力。
线控转向的缺点是需要模拟一个方向盘的力回馈，因为方向盘没有和机械部分连接，驾驶者感觉不到路面传导来的阻力，会失去路感，不过在无人车上，就无需考虑这个了。
在Q50L 上线控转向还保留机械装置，保证即使电子系统全部失效，依然可以正常转向。
四、 线控转向系统典型应用
日产旗下的英菲尼迪 Q50 DAS系统
三个ECU属于并联关系，负责的内容各不相同（从左至右分别为左前轮、方向盘、右前轮），并同时彼此互相监测其它两个ECU的工作情况。
当任意一个ECU被监测到出现了问题时，备用模式将立刻通过一个离合器被激活，恢复至传统的机械传动转向模式，确保万无一失。
但在正常情况下，转向方向盘靠备用离合器保持与转向齿条和前轮分离。
而转向力电机对方向盘/驾驶员产生适当的转向力反馈。
Q50的线控主动转向（DAS）与传统转向系统区别最大的是正常状态下，方向盘和车轮没有机械连接，而是依靠电路传送信号。
线控转向系统在保证与传统转向系统一样精确和快速的同时，还可以过滤多余路面信息，降低驾驶者的疲劳程度。
操控性：由于采用电子信号控制从而消除了转向力在传递过程中产生的迟滞，DAS明显比传统转向更加灵敏和精准，使普通驾驶者无论在激烈驾驶或是日常驾驶中都能够以前所未有的时时掌控车辆的转向状况，享受更多驾驶乐趣。
 
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