林成杰 陳晶艷 胡偉

摘 要：文章通過收集幾百款車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案，對(duì)比分析各方案的轉(zhuǎn)向形式，重量等信息，根據(jù)年份信息劃分，分析轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì);通過對(duì)比各主機(jī)廠的轉(zhuǎn)向信息，按照車輛等級(jí)等信息劃分，分析不同主機(jī)廠的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)策略;綜合不同主機(jī)廠的策略以及重量、成本等信息提出更為合理的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)策略。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);轉(zhuǎn)向系統(tǒng);發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：U463.4 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）21-246-04

Abstract： This paper analyzes the steering system development strategy of different host plants by collecting the steering system schemes of hundreds of models， comparing and analyzing the steering form， weight and other information of each scheme. Firstly， analyzing the trend of steering system according to the year information division; secondly， analyzing the steering system development?strategy of different host plants according to the vehicle grade information; finally， combining the strategies of different host plants with the information of weight and cost to put forward more reasonable steering system strategies.

Keywords： Big data; Steering system; Development trend

CLC NO.： U463.4 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）21-246-04

前言

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)除了滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能要求，同時(shí)也需要考慮重量，成本及對(duì)標(biāo)車的應(yīng)用情況，才能使開發(fā)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在重量、成本、性能三個(gè)方面得到平衡。本文通過收集從2010年到2017年的354款量產(chǎn)車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過該數(shù)據(jù)庫(kù)分析了從2010年到2017年的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并預(yù)測(cè)后續(xù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供支撐。

1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展[1]經(jīng)歷了最初的機(jī)械轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向（Hydraulic Power Steering，簡(jiǎn)稱HPS）、電控液壓助力轉(zhuǎn)向（Electric Hydraulic Power Steering，簡(jiǎn)稱EHPS）發(fā)展到目前主流的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（Electric Power Steering，簡(jiǎn)稱EPS），以及后續(xù)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering by Wire，簡(jiǎn)稱SBW）。

機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（圖1）主要用于小汽車上面，隨著人們對(duì)車輛操縱性能要求的提高，目前已經(jīng)基本上沒有用。

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）（圖2）在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了液壓系統(tǒng)。

電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）（圖3）在液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了電液轉(zhuǎn)向泵，使轉(zhuǎn)向助力能夠隨著車速變化，進(jìn)一步提高了操穩(wěn)性能。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS） [2]是在EHPS的基礎(chǔ)上取消了液壓助力系統(tǒng)，采用電機(jī)助力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向可以降低油耗，另外結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)是現(xiàn)在市場(chǎng)的主流。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[3][4]根據(jù)電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)布置在不同的位置分為：管柱助力EPS（C-EPS） （圖4），小齒輪式助力EPS（P-EPS）（圖5），雙小齒條式助力EPS（DP-EPS）（圖6），齒條式助力EPS [5]（R-EPS）（圖7）。

2 智能化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

除了由液壓系統(tǒng)升級(jí)為電動(dòng)助力系統(tǒng)，由于汽車越來越電動(dòng)化，智能化，自動(dòng)駕駛汽車也越來越被關(guān)注與熟知。自動(dòng)駕駛[6]通過集成各類電子電器，在提供更舒適安全的駕駛體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)車輛的可靠性也提出了更高的要求。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)向功能外，如何保證轉(zhuǎn)向功能不失效，相應(yīng)的也成為目前轉(zhuǎn)向行業(yè)面臨的重要課題。

自動(dòng)駕駛按照 SAE J3016 標(biāo)準(zhǔn)[7]共劃分為 5 個(gè)等級(jí)。為滿足不同等級(jí)的自動(dòng)駕駛，目前電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主流設(shè)計(jì)是按照ISO26262功能安全要求進(jìn)行開發(fā)。

結(jié)合自動(dòng)駕駛等級(jí)，整車對(duì)EPS的功能要求，對(duì)EPS的容錯(cuò)等級(jí)[8]相應(yīng)提出不同的需要，從而要求EPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同的冗余要求。

3 數(shù)據(jù)分析

從2010年開始統(tǒng)計(jì)，總共有354款車型，車型年代分布情況如圖8所示：

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用情況如圖9，其中HPS只有65款，EPS為289款，可知目前EPS已經(jīng)成為行業(yè)的主流：

對(duì)EPS的種類又進(jìn)一步區(qū)分，由于C-EPS低成本的優(yōu)勢(shì)，C-EPS的占比為47%，如圖10所示：

通過時(shí)間來看轉(zhuǎn)向的發(fā)展趨勢(shì)的話（圖11）：1.HPS從2013年的應(yīng)用逐漸減小，并慢慢退出歷史舞臺(tái);2.EPS從2013年后開始大副使用，其中主流為C-EPS和R-EPS;3.客戶對(duì)轉(zhuǎn)向性能的要求更高，由于R-EPS的轉(zhuǎn)向響應(yīng)相對(duì)C-EPS更快，R-EPS在2016后的應(yīng)用大副提升。

4 各主機(jī)廠應(yīng)用分析

按各主機(jī)廠，轉(zhuǎn)向類型及汽車等級(jí)來進(jìn)行歸類，可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)主機(jī)廠的轉(zhuǎn)向造型策略，如表2：

以上分析可知：

（1）大部分主機(jī)廠都已采用了DP-EPS或者R-EPS;

（2）豐田TNGA平B級(jí)車，如新一代凱美瑞，漢蘭達(dá)等車型，通過CEPS更換為REPS來提高轉(zhuǎn)向性能;

（3）本田B級(jí)車，如雅閣，通過由PEPS更換為DP-EPS來提高轉(zhuǎn)向性能。

5 總結(jié)

綜上所述，從轉(zhuǎn)向性能，重量，成本，發(fā)展趨勢(shì)等來分析不同轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)，如圖12所示。

通過對(duì)標(biāo)車的分析，分析了轉(zhuǎn)向的發(fā)展趨勢(shì)，特別是EPS的應(yīng)用情況，目前EPS已經(jīng)成為市場(chǎng)主流，對(duì)于性能的更高要求，DP-EPS及R-EPS也更多的被應(yīng)用。

最后通過對(duì)各個(gè)主機(jī)廠不同車型的轉(zhuǎn)向應(yīng)用策略分析：A級(jí)及以下車型，考慮到成本原因，絕大部分還是采用C-EPS;B/C級(jí)車型為提高轉(zhuǎn)向性能均已采用DP-EPS或者R-EPS。

結(jié)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)外主機(jī)廠的轉(zhuǎn)向應(yīng)用策略，提出了更合理的轉(zhuǎn)向應(yīng)用策略（圖13，圖14）。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊越，王猛猛，吳明濤.汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展綜述[J].北京汽車，2012（4）： 35-37.

[2] 陳慧.電動(dòng)轉(zhuǎn)向和主動(dòng)轉(zhuǎn)向的發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車與配件，2009（27）： 14-16.

[3] BADAWY A A，?BOLOURCHI F，?GAUT S K.?E· STEER system redefines steering technology[J]. 1997，105（09）：15-18.

[4] YUJI KOZAKI，?GORO HIROSE，?SHOZO SEIKIYA，et al.?Electrical Power Steering（EPS）[J].1999.

[5] H MIYAZAKI，F(xiàn)uture views on EPS system technological develop -ment， JTEKT ENGINEERING JOURNAL English Edition No. 1009E（2012）.

[6] 胡偉，林成杰，吳虎強(qiáng).自動(dòng)駕駛汽車下電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向發(fā)展研究[J]. 汽車零部件，2019， 127（01）：89-92.

[7] SAE International.Taxonomy and definitions for terms related to driving automation system for on-road motor vehicles： SAE J3016 [S].2014.

[8] 徐平，鄭虎.自動(dòng)駕駛中的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[J].汽車電器，2018（6）.