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(zhuǎn)向系統(tǒng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)就是其最重要的系統(tǒng)之一。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得到的長足的發(fā)展，從最早的純機械轉(zhuǎn)向，發(fā)展到液壓助力轉(zhuǎn)向（HPS）、電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS），以及正在研究發(fā)展的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）以電線連接代替機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接[1]。SBW 是近年來汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(shù)取消了傳動的機械轉(zhuǎn)向傳動軸，轉(zhuǎn)向控制器根據(jù)方向盤或自動駕駛控制單元的指令來驅(qū)動轉(zhuǎn)向電機從而實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向功能。然而現(xiàn)階段線控轉(zhuǎn)向尚不能做到完全可靠，尚不能規(guī)模性的應(yīng)用。據(jù)悉，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)GB17675 正在討論修訂，有望對涉及線控轉(zhuǎn)向部分的內(nèi)容進(jìn)行修訂。

現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要存在兩大結(jié)構(gòu)類型，分別是角傳動轉(zhuǎn)向和線性傳動轉(zhuǎn)向，其最具代表意義的是用于商用車的循環(huán)球轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和應(yīng)用于中小型乘用車的齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

1 新能源輕型商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展趨勢

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

汽車的發(fā)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(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）無法實現(xiàn)自動駕駛工況下的轉(zhuǎn)向需求。乘用車目前普遍采用的是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS），其優(yōu)點是環(huán)保、節(jié)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(lǐng)域卻幾乎無EPS 的應(yīng)用，究其根本原因是商用車轉(zhuǎn)向軸載荷較大，所需求的轉(zhuǎn)向力矩較大。 傳統(tǒng)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(zhuǎn)向助力需求。

商用車駕駛員駕車時間長，路況更復(fù)雜，更需要操控性更好的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能實現(xiàn)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(guān)法規(guī)正在修訂，預(yù)計不久將要在中重型貨車、客車上實現(xiàn)車道保持功能（LKA），所以發(fā)展商用車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)甚至是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更為迫切。

目前在重卡及客車領(lǐng)域正在開發(fā)的是電液雙伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其基本的原理是在傳統(tǒng)液壓轉(zhuǎn)向器的技術(shù)上增加一個電動助力控制系統(tǒng)，由液壓提供基本的助力，電動助力控制系統(tǒng)優(yōu)化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)，必須要另辟蹊徑。

2 輕型商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展思考

針對輕型商用車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在自動駕駛即將來臨時該如何做，國內(nèi)外廠商和研究機構(gòu)對此研究得并不是很多。隨著這兩年電機技術(shù)的進(jìn)步，尤其是大扭矩?zé)o刷直流電機技術(shù)的進(jìn)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(fā)了電動循環(huán)球助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）成本節(jié)約1500 元，節(jié)約電能平均每小時1KW。電動循環(huán)球助力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)（X-EPS）能滿足轉(zhuǎn)向軸載荷在2.5T 以下的轉(zhuǎn)向助力需求[2]（相當(dāng)于80 缸徑轉(zhuǎn)向器的輸出扭矩），能實現(xiàn)主動回正功能，可以根據(jù)車速及需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向助力的大小，大幅改善汽車的操控性能。該套轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(zhuǎn)向需求。

該系統(tǒng)還有不完善的地方，如輸出扭矩?zé)o法突破1500N.m，無法滿足轉(zhuǎn)向軸載荷大于2.5 噸的輕型商用車的轉(zhuǎn)向需求，我們需要聯(lián)合供應(yīng)商做進(jìn)一步的研究，爭取早日突破。

3 總結(jié)

未來輕型商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)該如何發(fā)展？個人認(rèn)為是智能化、線控化、舒適化、個性化。吉利輕型商用車率先應(yīng)用的X-EPS 系統(tǒng)可以初步實現(xiàn)智能化、舒適化及部分個性化的需求，可以根據(jù)自動駕駛的需求實現(xiàn)車輛基本的橫向控制。

由于技術(shù)條件限制，目前商用車領(lǐng)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(dá)到理想水平，需要我們進(jìn)一步協(xié)調(diào)有實力的供應(yīng)商一起研究、開發(fā)。自動駕駛汽車的開發(fā)一定是整零合作開發(fā)的，只依靠整車企業(yè)或零部件企業(yè)都不能很好地完成開發(fā)任務(wù)。

未來輕型商用車一定是率先實現(xiàn)自動駕駛的汽車，而轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在該環(huán)節(jié)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(fā)設(shè)計適應(yīng)自動駕駛的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。