汽車電動助力轉向系統的研究與方案
現代汽車技術追求高效節能,高舒適性和高安全性三大目標。作為汽車最重要的子系統之一,轉向系統的發展也一直努力追求達到這些目標。與傳統液壓助力轉向系統(HPS)相比,電動助力轉向系統(EPS)能節省油耗約3%~5%,具有結構精巧、節能環保、安全舒適等優點,是汽車助力轉向系統的發展方向。
英飛凌作為世界第二大車用半導體供應商,一直致力于開發新的產品以適應于電動助力轉向系統的發展。本文首先介紹轉向系統的市場分析以及EPS的分類及其基本功能,然后在此基礎上介紹英飛凌對于基于兩種不同電機的EPS系統的解決方案及其產品,最后本文分析了EPS的兩個新方向以及英飛凌將采用的解決方案和新的產品技術。
1.轉向系統市場分析
在汽車的發展歷程中,轉向體經歷了四個階段:從簡單的純機械式轉向系統(Mechanical Steering,MS)發展到液壓助力轉向系統(Hydraulic Power Steering,HPS),然后又出現了電液助力轉向系統(Electrically Powered Hydraulic Steering,EHPS),而目前正開始廣泛應用的是電動助力轉向系統(Electric Power Steering,EPS)。
與傳統的液壓動力轉向系統相比,電動助力轉向系統主要有以下幾個方面的優勢:
1.能耗少:EPS沒有轉向油泵,且只在轉向時電動機才提供助力,所以動力消耗和燃油消耗均可降到最低。比液壓助力轉向系統可節約燃油3%~5%,因而燃油經濟性有了很大的提高。
2.路感好:EPS能在各種行駛工況下提供最佳力,減小路面不平度所引起的對轉向系的擾動。且由于EPS 系統內部采用剛性連接,系統的滯后特性可以通過軟件加以控制,因此有較好的路感。
3.安裝方便:EPS取消了油泵、皮帶、密封件、液壓軟管、液壓油及密封件等零件,并且其電機和減速機構安裝在轉向柱或裝在轉向器內,從而使整個轉向系統的重量減輕、結構緊湊且安裝方便。
4.回正性能好:EPS結構簡單精確、內部阻力小、回正性能好,而且可以通過軟件進行補償,從而可以得到最佳的轉向回正特性,且可改善汽車的操縱穩定性。
5.應用范圍廣:EPS可適應各種汽車,目前主要用于轎車和輕型載貨汽車。而對于新能源車,尤其是純電動汽車,EPS系統為其最佳選擇。
6.整車網絡構建:EPS由于有CAN/LIN的網絡接口,可以與汽車其它電子控制系統結合,例如主動懸架、制動防抱死(ABS)及駕駛員輔助系統等,共享其電子裝置的功能,實現更加復雜的功能,比如汽車智能化的終極目標:無人駕駛。
下表一是世界著名的咨詢公司Strategy Analytics對全球轉向系統的預測,可以看到EPS將占據50%以上的市場份額。
表一:2007-2018全球轉向系統市場預測 (百萬套)
若分區域來看,過去主要在歐美和日本采用EPS.但是從2015開始,中國將超過歐美和日本,成為全球最大的EPS市場。見下表二。
表二:2007-2017 全球轉向系統市場分區域預測 (百萬套)
若分車型來看,所有的廣義乘用車都能應用EPS,從2007年至2017年的平均年增長率為15%.不過由于大型轎車和輕卡對于EPS的需求增長迅猛,表三顯示從C級以下的小型轎車的份額從2007年的86%下降為2018年的66%.
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