1.3 汽车线控转向系统的特点
(1)提高汽车安全性能。去除了转向柱等机械连接,完全避免了撞车事故中转向柱对驾驶员的伤害;智能化的ECU根据汽车的行驶状态判断驾驶员的操作是否合理,并做出相应的调整;当汽车处于极限工况时,能够自动对汽车进行稳定控制。
(2)改善驾驶特性,增强操纵性。基于车速、牵引力控制以及其它相关参数基础上的转向比率(转向盘转角和车轮转角的比值)不断变化,低速行驶时,转向比率低,可以减少转弯或停车时转向盘转动的角度;高速行驶时,转向比率变大,获得更好的直线行驶条件。
(3)改善驾驶员的路感。由于转向盘和转向车轮之间无机械连接,驾驶员“路感”通过模拟生成。可以从信号中提出最能够反应汽车实际行驶状态和路面状况的信息,作为转向盘回正力矩的控制变量,使转向盘仅向驾驶员提供有用信息,从而为驾驶员提供更为真实的“路感”。
(4)增强汽车舒适性。由于消除了机械结构连接,地面的不平和转向轮的不平衡不会传递到转向轴上,从而减缓了驾驶员的疲劳;驾驶员的腿部活动空间和汽车底盘的空间明显增大。
2 汽车线控转向系统的主要技术发展
汽车线控转向系统的实现有如下的关键技术需要解决。
2.1 线控转向系统的稳定可靠及安全性问题目前阻挠线控转向系统普及的一个重要因素是其可靠性问题,现在还无法在可靠性与成本之间取得一个很好的平衡。世界各大研究机构正在就这一问题进行联合攻关,相信这一问题能够得到合理的解决。装载机线控转向系统的实现,必须解决如下问题:
(1)目前,电子部件还没有达到机械部件那样可靠的程度,如何保证在电子部件出现故障后,系统仍能实现其最基本的转向功能,即如何保证电子转向系统的稳定可靠、安全工作是十分重要的,这也是电子转向系统目前最为突出的问题;
(2)由于方向盘与转向轮之间没有直接的机械连接,因此如何提供给驾驶员合适的路感,以使驾驶员能够感受到道路的状况以及转向轮所处的位置,从而据此调节转向力矩是其中的关键技术之一;
(3)为了保证车辆的行驶安全性,即车辆只要是在运行中,都应该保证转向系统能够起作用;
(4)如何通过软件来实现方向盘转向圈数、转向敏感度和路感强弱可调节。
线控转向系统的稳定可靠及安全性问题对于传统的机械系统,可以通过精巧设计来实现系统的安全性和可靠性,但线控转向系统由于转向盘和转向车轮之间无机械连接,完全依靠电子和电器元件来工作。目前,电子部件还没有达到机械部件那样可靠的程度,如何保证在电子部件出现故障后,系统仍能实现其最基本的转向功能,即如何保证线控转向系统的稳定可靠、安全工作是十分重要的。这也是线控转向系统最需要解决的关键技术。为解决这个问题,国外一些汽车公司采用了系统冗余和容错技术。
2.2 线控转向系统中模拟“路感”的问题
如何生成让驾驶员能够感知汽车实际行驶状态和路面状况的路感,是实现线控转向系统必须解决的问题之一。这就涉及到模拟路感的电机震动控制技术。
汽车转向系一直存在着轻与灵的矛盾。为此,人们常将转向器设计成变传动比,在转向盘小转角时以灵为主,在转向盘大转角时以轻为主。但是,灵的范围只在转向盘中间位置附近,仅对高速行驶有意义,并且传动比不能随车速变化,所以这种方法不能从根本上解决这一矛盾。另外,转向力与路感也是相互制约的,转向力小意味着转向轻便,能减小驾驶员的体力消耗;但转向力过小,就缺乏路感。传统液压动力转向由于不能对助力进行实时调节与控制,所以协调转向力与路感的关系困难,特别是汽车高速行驶时,仍然会提供较大助力,使驾驶员缺乏路感,甚至感觉汽车发飘,从而影响操纵稳定性。由于线控转向系统由电机提供动力源,由于电动机具有弹簧阻尼的效果,能减少不平路面对转向盘的冲击力和车轮不平衡引起的震动,这样同时就减少了驾驶员的“路感”。采用模拟路感的电机震动控制技术可以有效地解决这一问题。