Innovatie en toekomst van elektrische stuursystemen voor bedrijfsvoertuigen
Te midden van de golf van voertuigelektrificatie en -intelligentie gaat de auto-industrie een kritieke overgangsperiode in van functionele voertuigen naar intelligente voertuigen. Deze transformatie heeft geleid tot de snelle ontwikkeling van talrijke geavanceerde-technologieën, waarondersturen-via-draadchassistechnologie-een van de belangrijkste fundamenten van intelligent rijden- luidt de komst van een nieuw autotijdperk in. De realisatie van autonoom rijden op hoog-niveau in de toekomst zal grotendeels afhangen van de stuur-by-wire-chassistechnologie.
Stuur-by-technologie vervangt traditionele mechanische verbindingen door elektrische signaaloverdracht, doorbreekt de beperkingen van conventionele stuurmechanismen en brengt revolutionaire veranderingen in de voertuigbesturing met zich mee. Een draadgestuurd chassis integreert doorgaans vijf belangrijke systemen: sturen, remmen, ophanging, aandrijving en schakelen. De belangrijkste voordelen zijn onder meer een compacte structuur, sterke bestuurbaarheid en snelle respons.
Vervolgens concentreren we ons op het kerndomein van de stuur-by-wire-technologie. Vergeleken met personenauto's worden bedrijfsvoertuigen geconfronteerd met veeleisendere uitdagingen op het gebied van stuursystemen, zoals zware lasten, lange wielbases en meer- besturingseisen op assen. Momenteel is de primaire functie van stuursystemen voor bedrijfsvoertuigen nog steeds beperkt tot het bieden van basisstuurhulp. Geavanceerde functies zoals snelheids-gevoelige aanpassing van de ondersteuning, automatische terugkeer-naar-het midden, actieve stuurbediening en autonome aanpassing van de ondersteuningsmodi bevinden zich nog in de fase van onderzoek, ontwikkeling en pilot-installatie.
Hydraulische stuurbekrachtiging blijft de mainstream oplossing voor bedrijfsvoertuigen. Het heeft echter al lang-aanhoudende nadelen, waaronder hoge geluidsniveaus, niet-instelbare ondersteuningskenmerken en het onvermogen om elektronische besturing of sturen-via-draadfuncties te ondersteunen.
Met de snelle vooruitgang van elektronische besturing en intelligente technologieën gaan de stuursystemen van bedrijfsvoertuigen geleidelijk over naar elektronisch gestuurde besturing en besturing-by-wire-oplossingen. Deze verschuiving heeft geleid tot de ontwikkeling van technologieën zoals elektro-hydraulische stuurbekrachtiging (EHPS),Elektrische stuurbekrachtiging(EPS) en diverse nieuwe stuurinrichtingconfiguraties. Deze elektronisch geregelde stuursystemen pakken niet alleen de inherente beperkingen van traditionele hydraulische systemen aan, maar verbeteren ook de stuurprestaties, het actieve controlevermogen, de rijveiligheid en de algehele rijervaring aanzienlijk.
Het elektro-hydraulische stuurbekrachtigingssysteem (EHPS) combineert een traditioneel hydraulisch stuurbekrachtigingssysteem (HPS) met een elektromotor en kan compatibel blijven met de originele HPS-interface van het voertuig. EHPS-systemen worden op grote schaal toegepast in lichte-, middelzware- en zware- vrachtwagens, maar ook in middelgrote- en grote bussen.
Met de snelle groei van nieuwe energiebedrijfsvoertuigen-zoals bussen, logistieke voertuigen en sanitaire voertuigen-is de krachtbron van traditionele hydraulische stuursystemen geleidelijk verschoven van verbrandingsmotoren naar elektrische motoren. Ondertussen hebben de hoog-accusystemen aan boord de toepassing van hoog-elektrische pompen mogelijk gemaakt. Het hier besproken EHPS-systeem is in wezen een hydraulisch stuurbekrachtigingssysteem dat wordt aangedreven door een elektrische pomp met hoog vermogen.
Op 12 mei 2020 zijn de nationale verplichte norm GB 38032-2020 veiligheidseisen voor elektrische bussen officieel uitgegeven. Artikel 4.5.2 van deze norm introduceert nieuwe eisen voor de besturing van de stuurbekrachtiging tijdens het rijden: als zich een abnormale ontkoppeling van de hoogspanning van klasse B voordoet terwijl het voertuig in beweging is en de voertuigsnelheid hoger is dan 5 km/u, moet het stuursysteem de stuurbekrachtiging gedurende ten minste 30 seconden behouden. Om aan deze regelgeving te voldoen, hanteren de meeste elektrische pompen die in de huidige elektrische bussen worden gebruikt een strategie voor dubbele stroomvoorziening.
Bij lichte-bedrijfsvoertuigen zijn elektrische stuurbekrachtigingssystemen (EPS) geleidelijk de mainstreamoplossing geworden. Deze systemen maken doorgaans gebruik van een elektrisch recirculerende kogelstuurinrichting. Vergeleken met traditionele EHPS-systemen elimineert EPS complexe hydraulische componenten zoals pompen, oliereservoirs en pijpleidingen, wat resulteert in een eenvoudiger structuur. Als gevolg hiervan zijn EPS-systemen lichter, reageren ze sneller en bieden ze nauwkeurigere controle.
Bij EPS-systemen wordt de stuurondersteuning geleverd door een elektromotor in plaats van door hydraulische druk. De controller regelt het motorvermogen nauwkeurig op basis van de signalen van de stuurwielrotatie. Wanneer de bestuurder aan het stuur draait, registreren sensoren in realtime gegevens over hoek en koppel en verzenden deze naar de controller. Na verwerking verzendt de controller stuursignalen om de motor aan te drijven en passende ondersteuning te bieden. Wanneer het stuurwiel niet in werking is, gaat het assistentiesysteem in een rusttoestand, waardoor er geen extra energie wordt verbruikt en de energie-efficiëntie wordt verbeterd.
Momenteel zijn er enkele bedrijfsvoertuigmodellen met een laag-gewicht op de markt begonnenEPS-oplossingen, inclusief lichte-bedrijfsvoertuigen die onafhankelijk zijn ontwikkeld door ons bedrijf. De ontwikkeling van elektrische stuurtechnologie wordt steeds gediversifieerder. Nieuwe configuraties voor stuurinrichtingen, zoals ontwerpen met rechte spoor-stangen, zijn in ontwikkeling en hebben gestage vooruitgang geboekt om te voldoen aan de hoge koppelvereisten van bedrijfsvoertuigen.
Momenteel hebben universiteiten en fabrikanten over de hele wereld een verscheidenheid aan configuraties voor elektrische stuurinrichtingen ontwikkeld die in staat zijn het grote koppel te leveren dat bedrijfsvoertuigen nodig hebben. Deze innovaties hebben een nieuwe impuls gegeven aan de vooruitgang van de elektrische stuurtechnologie voor bedrijfsvoertuigen. Onder hen heeft de elektrische stuurinrichting met planetaire versnelling veel aandacht getrokken. Het integreert belangrijke componenten zoals een hulpmotor-, een cilindrisch tandwielreductiemechanisme, een planetair tandwielreductiemechanisme en een wormwieloverbrenging. Door planetaire en cilindrische tandwielreductiemechanismen te combineren, verlaagt dit ontwerp effectief het motortoerental en verhoogt het uitgangskoppel, waardoor wordt voldaan aan de hoge- koppelvereisten.
Ondertussen zorgt het wormwieloverbrengingsmechanisme voor een soepele overdracht van het stuurwielfeedbackkoppel en de wegweerstandsbelastingen. De elektrische stuurinrichting met cycloïde pinwheel integreert een motor, een cycloïde pinwheel-reductiemiddel en een kegeltandwielreductiemiddel. De motor drijft het cycloïde pinwheel-reductiemiddel aan, dat vervolgens wordt aangesloten op het conische tandwielreductiemiddel, en brengt uiteindelijk de beweging over op de ingaande stuuras. Deze configuratie heeft een compacte en geavanceerde structuur en levert tegelijkertijd een hoog koppel, waardoor een lichte en responsieve besturing van bedrijfsvoertuigen wordt gegarandeerd.
De elektromagnetische stuurbekrachtiging maakt gebruik van elektromagnetische principes om stuurbekrachtiging- te bewerkstelligen. De kerncomponenten omvatten een tandheugel-en-moerconstructie op de ingaande stuuras, die in ingrijping komt met een sectortuimelas die zich in de stuurinrichting bevindt. Er is een permanente magneet gemonteerd op het rek-en- de moerconstructie, terwijl gelijkstroom-elektromagnetische spoelen zijn geïnstalleerd in de bovenste en onderste dekselconstructies. Bovendien monitoren sensoren op de ingaande as van het stuur de stuurstatus in realtime.
Wanneer de stuurinrichting-ECU signalen ontvangt die betrekking hebben op de stuurhoek, snelheid en koppel, levert deze stroom van de juiste grootte en richting aan de elektromagnetische DC-spoelen. Gebaseerd op het principe dat magnetische polen elkaar afstoten en tegengestelde polen elkaar aantrekken, wordt het tandheugel-en-moersamenstel aangedreven om te bewegen, waardoor de sector-tuimelas wordt gedraaid en stuurhulp wordt geboden.
Met de voortdurende vooruitgang van autonome rijtechnologieën worden er steeds hogere eisen gesteld aan veiligheidsredundantie in stuursystemen-by-wire. Momenteel gebruiken demonstratievoertuigen voor autonoom rijden doorgaans zowel software- als hardware-redundantiestrategieën om de operationele veiligheid te garanderen. Deze technologieën zijn echter nog niet op grote schaal toegepast in massaproductie-bedrijfsvoertuigen.
Samenvattend varieert de selectie van stuur-by-wire-technologieën voor bedrijfsvoertuigen afhankelijk van factoren zoals voertuigbelasting, lay-outbeperkingen en technologische volwassenheid. Meerdere technische routes komen samen in de richting van elektrische stuuroplossingen, wat een duidelijke trend markeert in de toekomstige ontwikkeling van stuursystemen voor bedrijfsvoertuigen.
