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    取消机械连接?未来转向系统的核心在这里

    时间:2020/11/20 11:58:50    浏览次数:25    字体:   

    对于大多数车主来说,感受一辆车的操控性能,除了动力、底盘之外,更加直接的第一感触往往来自“路感”,也就是车辆的转向系统。转向系统性能好与不好,除了影响车辆操控性能之外,更关乎车辆的行驶安全。在新能源汽车和自动驾驶汽车日益普及下,转向系统将迎来新的革命,越来越多的传统机械连接将被电机取代。

     

    机械连接被取消的关键在哪里?

     

    你是否驾驶过没有助力转向的老款汽车?驾驶这种汽车有点困难,需要花大力气去改变车轮的方向,而现在的汽车,基本都有助力系统来辅助驾驶人进行转向。

     

    回顾100多年汽车转向系统的发展史,主要历经四个阶段:从最初的机械式转向系统发展为液压助力转向系统(HPS),然后又出现了电子液压助力转向系统(EHPS)和电子助力转向系统(EPS)。一代比一代省力、舒适,便于操作。


    EPS正逐渐取代HPS。据统计,目前中国的HPS系统向EPS系统的切换已经完成了80%左右市场空间,而且将会有更多的汽车将搭载EPS转向系统。EPS是典型的用电机代替机械连接的一项转向技术。其中,转向电机是转向系统最为核心的一道关卡。

     

    专注机电一体化的博泽,近年来在转向电机领域不断探索,带来更多创新解决方案。近日,在上海国际汽车转向系统工程大会上,博泽第二代模块化转向电机首次公开问世。

     

    一款好的转向电机需要达到哪些要求?

     

    整车的竞争实力往往取决于供应链的竞争实力。供应商必须根据整车和系统级的功能安全需求,完整地定义电机(产品)的功能安全特性,并从设计层面完全规避可能发生的失效风险。转向系统直接影响车辆的行车安全,稍不留意就会酿成重大后果。

     

    那么,一款好的转向电机需要达到哪些要求?博泽转向与制动系统专家李俊在会上分享道,“转向电机是典型的功能安全零件。在设计层面,需要规避主要的安全功能失效模式,例如电机短路、堵转等,同时制造商还需拥有资深的功能安全团队,帮助客户把系统级的功能安全要求分解到电机上,并在电机层面提供定制化的方案。”


    基于模块化设计的博泽第二代转向电机

     

    相比上一代产品,博泽新一代转向电机性能有了大幅的提升。通过磁路与气隙的优化提升了齿槽转矩表现。博泽设计了独立的减震元件,隔开定子和机壳之间的机械刚性连接,实现有效隔绝阶次噪音和振动。此外,电机的端盖和机壳上引进全新的激光焊接工艺,保证连接的强度、精度和气密性。


    第二代转向电机大幅提升性能

     

    而基于模块化设计,博泽可以根据客户的需求对产品进行快速适配,例如通过调节转向电机叠长和绕线等参数得到所需的扭矩、转速,显著缩短研发周期。此外,此款电机材料使用率相比上一代产品降低了20%,成本也得以优化,冗余设计更加灵活。

     

    值得一提的是,电机实现冗余设计并不困难,关键在于灵活化。不管是双冗余还是四冗余,博泽都可以根据客户的需求来量身定制,在不改变电机整体架构的情况下,改变一个接线盘即可轻松满足需求。

     

    转向系统的未来在何处?

     

    当前,燃油发动机仍然占据主导地位,但博泽预计在2030-2040年期间,新能源汽车(包括纯电动、混动和氢能)将反超燃油车型,2040-2050年期间将完全成为新能源车型的天下。另一方面,不久的将来,L3级以上自动驾驶汽车将实现部分或全程脱离驾驶员的操控。

     

    无论是新能源汽车,还是自动驾驶汽车,对于转向系统的控制要求将更精确、可靠性更高。而原先的转向系统满足不了这些要求。因此,线控转向技术将成为未来的发展趋势,越来越多的机械件将被电机和线控技术取代。


    在未来自动驾驶车辆上,转向柱、刹车踏板和加速踏板等部件都不会再被保留。方向盘和转向轮之间是通过线控连接,它们之间没有直接的液力或机械连接。没有机械的转向管柱,也提高了车辆的碰撞安全性。

     

    对于转向电机而言,传统燃油发动机只需要一个简单的三相电机,混动汽车和L2级以上自动驾驶汽车需要一个冗余的六相电机,而全自动驾驶会进入线控转向的时代,需要基于线控的六相电机。

     

    在线控转向方面,博泽已在欧洲与一些合作伙伴开展了预研工作。“对于转向电机来说,首先是电机冗余功能会成必选项。”李俊表示,“另外,线控转向会带来方向盘力反馈感知的全新需求,在这几方面,博泽的模块化电机平台也做好了快速匹配的准备。”

     

    此外,在固有的思维里,转向或许只是前轮的事情,但在未来,提升转向性能和安全还有一个利器——后轮转向。通过将后轮转向与前轮相反的方向,可以减小车辆转弯半径,显著提高在狭小空间中的灵活性。而前后轮同向,则可以提高车辆高速稳定性。

     

    特别指出的是,后轮转向同样适用于电动汽车,因为电池在底盘上的布置,电动汽车普遍会有比较长的轴距,长轴距通常会带来比较大的转弯半径,有了后轮转向后可以提高整车操控性能。而通过增配后轴转向系统/电机即可实现后轮转向,但受市场接受度和制造成本原因,目前还只局限于高端汽车上。