丁文敏，鄭勇

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052）

智能混合動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)在輕卡車上的應(yīng)用與研究

丁文敏，鄭勇

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052）

文章通過對一種新型智能混合動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)在國內(nèi)某款輕型卡車上的成功應(yīng)用為例，介紹了一種適用于在輕型卡車上使用的智能混合動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅能夠匹配不同行駛工況下整車所需的轉(zhuǎn)向助力大小，而且能夠提高整車的駕駛舒適性和操控穩(wěn)定性。并且該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來將能夠支持輕卡實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛（ADAS）功能，對于轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

智能混合動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)（servotwin）；輕型卡車；自動(dòng)駕駛（ADAS）

前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)總量的不斷增長，物流運(yùn)輸業(yè)也在蓬勃發(fā)展。不論是何種運(yùn)輸方式（管道運(yùn)輸除外），在終端配送環(huán)節(jié)或短途運(yùn)輸上，都基本上需要依靠輕型卡車（以下簡稱“輕卡”）來完成運(yùn)輸作業(yè)，輕卡也已經(jīng)成為中短途物流運(yùn)輸?shù)闹匾\(yùn)輸工具[1]。尤其是電子商務(wù)的迅猛增長，物流服務(wù)企業(yè)對輕卡車輛的功能要求也呈現(xiàn)出新的更高要求。因此開發(fā)一款適用于輕卡車使用的智能混合動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，已經(jīng)成為能夠提高輕卡的駕駛舒適性和操控穩(wěn)定性的重要途徑。

1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類別

根據(jù)不同的助力形式，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以分為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱HPAS）、電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱E-HPAS）和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱EPAS）[2]。而近些年隨著EPAS技術(shù)的發(fā)展成熟，原先的HPAS和E-HPAS已經(jīng)逐步被EPAS取代。但是對于前軸載荷較大且使用循環(huán)球液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輕卡車型而言，目前國內(nèi)甚至國際上主流的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供應(yīng)商均沒有開發(fā)出適合輕卡車使用的循環(huán)球式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。同時(shí)輕卡由于前軸載荷較大同時(shí)又是帶大梁的非承載式結(jié)構(gòu)也不適合單獨(dú)采用管柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（C-EPAS）。在目前的技術(shù)瓶頸狀態(tài)下，一種新型的智能混合動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。即在保留原循環(huán)球液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的前提下，同時(shí)在轉(zhuǎn)向器扭桿以上部分增加電動(dòng)轉(zhuǎn)向輔助裝置，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的功能。該系統(tǒng)可分為集成式servotwin轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和分體式servotwin轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，設(shè)計(jì)概念如下圖1所示。

圖1 servotwin轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念圖

1.1 集成式servotwin轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

圖2 集成式servotwin轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

集成式 servotwin循環(huán)球轉(zhuǎn)向器是在傳統(tǒng)的液壓循環(huán)球轉(zhuǎn)向器基礎(chǔ)上，在輸入軸的扭桿部位增加電機(jī)以及ECU來控制液壓轉(zhuǎn)向器閥系的開啟和閉合，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向并提升車輛操控穩(wěn)定性能。其中ECU控制模塊也可以與整車信號通訊，并采集制動(dòng)系統(tǒng)的輪速信號、變速箱檔位信號、車速信號等，來實(shí)現(xiàn)車道偏離預(yù)警、車道保持、半自動(dòng)泊車等ADAS功能的開發(fā)。這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是比較緊湊。缺點(diǎn)是外形尺寸較大，電動(dòng)部分與液壓部分布置在一起，不便于在整車上的空間布置。如圖2所示。

1.2 分體式servotwin轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

圖3 分體式servotwin轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

分體式 servotwin轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在保留原傳統(tǒng)液壓循環(huán)球轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向泵、轉(zhuǎn)向油管的基礎(chǔ)上，將機(jī)械轉(zhuǎn)向管柱部分替代為電動(dòng)轉(zhuǎn)向管柱，其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇霍爾式無刷電機(jī)。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也可以通過電動(dòng)轉(zhuǎn)向管柱上的電機(jī) ECU控制模塊采集制動(dòng)系統(tǒng)的輪速信號、變速箱檔位信號、車速信號來實(shí)現(xiàn)車道偏離預(yù)警、車道保持、半自動(dòng)泊車等ADAS功能的開發(fā)。這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)就是電動(dòng)部分與液壓部分分開布置，便于整車空間布置。最終因?yàn)榭臻g布置的原因，在做樣車時(shí)選用了分體式servotwin轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。如圖3所示。

2 樣車驗(yàn)證及調(diào)校

將分體式 servotwin轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安裝在輕卡樣車上進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。由于電動(dòng)轉(zhuǎn)向管柱上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)隨著車速的變化而輸出不同大小的轉(zhuǎn)向力矩，并將這種隨車速變化而輸出的不同輔助力矩作為液壓系統(tǒng)的輸入。按照液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性曲線，可以產(chǎn)生不同的助力曲線，從而實(shí)現(xiàn)整車在不同車速下的合適助力大小。如圖4所示。

圖4 整車在不同車速下的助力曲線圖

針對各項(xiàng)功能進(jìn)行主觀駕評及客觀測試，樣車在試驗(yàn)場進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，得出以下調(diào)校結(jié)果：（1）車輛靜止?fàn)顟B(tài)下，如果電動(dòng)和液壓都不工作，幾乎打不動(dòng)方向盤；在有液壓沒有電動(dòng)助力的情況下，轉(zhuǎn)向手力在7N.m左右，在液壓和電動(dòng)助力都有的情況下，轉(zhuǎn)向手力可以到3N.m左右，滿足打方向盤手力輕便的要求。在5、10、20Km/h的試驗(yàn)條件下，手力均比較輕便。（2）在各車速行駛條件下，整車的主動(dòng)回正性能經(jīng)過驗(yàn)證滿足要求。（3）在行進(jìn)過程中,當(dāng)車速達(dá)到15Km/h時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，液壓助力停止，在只有電機(jī)提供助力的情況下執(zhí)行轉(zhuǎn)向操作，此時(shí)仍可進(jìn)行手力不是太重的轉(zhuǎn)向，滿足應(yīng)急轉(zhuǎn)向的要求。

3 結(jié)論

本文對一種適用于在輕型卡車上使用的智能混合動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行介紹及原理分析，該servotwin轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以有效地提升輕卡車輛的操控穩(wěn)定性，即低速時(shí)輕便、高速時(shí)穩(wěn)定；同時(shí)整車的回正性也有大幅度提高。并且該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來將能夠支持輕卡實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛（ADAS）功能，這對于轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

[1] 陳慧,等.世界汽車技術(shù)發(fā)展跟蹤研究[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2008年.

[2] 左建令.汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類及應(yīng)用特點(diǎn)[J].上海汽車,2009年12期25-27頁.

Application and Research of Intelligent Hybrid Power Steering Technology in Light Truck

Ding Wenmin, Zheng Yong
( Jiangling Motors Corporation, Ltd., Jiangxi Nanchang 330052 )

A new type of intelligent hybrid power steering system suitable for using in light trucks is introduced in this paper,which is based on its successful application on a domestic light truck. This steering system is capable of matching different steering efforts under variable driving condition, also able to improving vehicle driving comfort and control stability. What’s More, this steering system will be able to support the light truck to achieve automatic driving (ADAS) function, which contributes profound significance for the steering technology development.

Intelligent hybrid steering technology (servotwin); light truck; automatic driving (ADAS)

U472

A

1671-7988(2017)22-71-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.025

丁文敏（1972-），男，新技術(shù)策劃&管理，從事領(lǐng)域?yàn)槠囋O(shè)計(jì)開發(fā)及研究工作。鄭勇（1981-），男，轉(zhuǎn)向工程師，從事領(lǐng)域?yàn)槠囖D(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)及研究工作。

CLC NO.:U472

B

1671-7988(2017)22-71-02