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方向盘的秘密武器 EPS系统何时才能普及

卡车之家
一个小吴

一名热爱商用车的车辆工程学生。

方向盘可能是驾驶室里最明显的汽车部件了。不管车辆燃料形式如何变化,也不论是手动挡还是自动挡,方向盘在驾驶室内的地位一直屹立不倒。虽然随着时代的变迁与发展,方向盘上的功能越来越多,但是它始终没有忘记自己的本分——转向。

方向盘的秘密武器 EPS系统何时才能普及

因转向故障而发生的世界上第一次机动车交通事故

方向盘的秘密武器 EPS系统何时才能普及

不知上图描述的内容大家是否听说过,这是人类历史上的第一起机动车交通事故。这是1769年由法国陆军工程师古诺制造的第一辆蒸汽机驱动的汽车,但是很遗憾,由于试车时转向系统失灵,撞到般圣奴兵工厂的墙壁上粉身碎骨。

可见转向系在汽车上的重要性不亚于于制动系。虽然它是如此的重要,但是大部分时候它都是在默默的工作,任劳任怨而非抛头露面。

纵然工作环境再恶劣,也难以见到转向系出现严重故障。既要克服悬架跳动的影响,也要经受复杂路面的考验,甚至在发生事故时也要能够适时地牺牲自己来保障驾驶员的生命安全。

方向盘的秘密武器 EPS系统何时才能普及

如今判断一辆车的转向系是否配合工作良好,不能只单看故障率,更应注意转向系对用户使用时的体验。特别是现在驾驶员数量大幅增加,有时与其说是驾驶员经验丰富动作老道不如说是转向系与驾驶员合作良好。

这么多年过去了,我们卡车上不仅排放系统在升级,车辆的转向系统也体现着科技的进步。从老解放的大方向盘到现在的多功能方向盘,这是表面上的变化。

而在被内饰板和地板的下方,转向机也得到了迅速而实用的发展。转向机作为转向系的核心零件,它的性能高低直接影响着车辆的转向性能。

汽车最大的优点在于路线灵活,而不必像轨道交通那样严格遵守运行图,也不用像空中交通那样先期投入巨大的成本和设备维护费用。也正因如此,转向性能的优劣对机动车运行安全显得尤为重要。

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机动车的转向系可以说是体现了车辆的进步,将人从繁重的体力劳动中脱离出来而只用做一些指向性的工作。在一百多年后的今天,汽车不单单是机械的产品,更是电子、电气、化学、材料等学科交织的地带。

转向系统在长期的演变过程中,逐渐脱离了纯机械的结构。随着动力液压助力和电子控制液压助力的大规模应用,不仅驾驶员的双手的劳动强度大大降低,方向盘的尺寸和最大转角也小了不少——都是转向助力系统带来的优势。

转向助力系统的普及使得车辆的操纵性大为提高,也顺应驾驶员追求安全、轻便、舒适的驾驶体验。在一般的重型商用车上,由于轴荷相较乘用车有十分大的差距,这就造成了商用车与乘用车在一些部件设计选型时的不同理念。

液压系统有着简单粗暴,输出力大的特点,因而被广泛用于商用车。而乘用车则追求舒适与轻便,液压系统的应用在其上应用相对较少。

加之乘用车溢价高于商用车,一些新技术也敢于应用在乘用车上进行验证。也就是为什么乘用车在一些公共领域的技术应用要领先于商用车一段时间。

相较备受关注的EHPS,EPS究竟好在哪?

之前有篇文章说电液转向机将会在卡车上得到普及。未来趋势!卡车电液转向机你了解吗?电液转向器对应的技术是EHPS,也就是电动液压助力转向。从原理上可以简单理解成将原先的液压助力转向系统进行了一个电气化升级。

液压助力转向我们都知道,液压泵是由发动机直接带动的。在一些山区路段行驶时如果没有及时降低档位将发动机转速保持在较高的水平,会明显感觉到方向盘变沉,转向费力。

而且液压助力转向的助力特性直接由路况和液压系统决定,难以根据实际路况作出调整。这也就是为何很多人反映低速转向费力,高速时又感觉飘忽不定。

由于助力系统直接由发动机供能,也需要消耗一部分发动机的动力。而EHPS则用电动机带动液压泵,通过控制电动机转速就可以起到调节助力特性的效果。

通过一些传感器就可以实现转向系统助力特性随路况调节,使得操纵更为轻松,减少驾驶员负担。由于电机转速可以调节,液压系统与发动机转速解耦,节约了一部分的能量消耗。

方向盘的秘密武器 EPS系统何时才能普及

相比之下,EPS无疑更为直接。由于EPS的电动机直接与机械转向器建立了传动关系,直接避免了液压系统故障所带来的安全风险。并且EPS可以实现主动回正和车道纠偏。在连续弯道时帮助驾驶员快速回正车轮,把握行车轨迹。

而在遇到横风等复杂情况时,也可以帮助驾驶员保持车辆行驶方向的稳定。只需要把握住方向盘,剩下的事都可以一股脑抛给电动机。

用更小的臂力就能把控住方向,这无疑会大大减少一些因为单手驾驶而引发的事故。同样也是因为取消了液压系统,使得EPS的助力特性真正的实现随车速动态变化,直接改善了以往车辆高速行驶时方向感不明确的弊端。

表:助力装置主要组成

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商用车新技术普及较慢,是EPS必经的坎坷

正如前面所说,乘用车在车辆公共领域的一些技术应用要领先与商用车。目前EHPS在乘用车上已经接近生命末期,很多都已经配备了EPS(Electric Power Steering system 电动助力转向系统)。

这其中的原因是多方面的,既有车辆属性带来的差别,也有要与其他功能配套的考量。液压系统工作粗暴,虽然适应能力很强,但是泄露问题一直存在且难以避免,毕竟这是液压系统自身构建的高压环境决定的。

在转向时依靠液压腔内压力差来推动转向拉杆,回位时需要重新建立起压力的平衡状态。虽然可以通过改善液压系统来达到快速建压的效果,但是依然会存在一定迟滞。

而目前的乘用车越来越偏向性能,如何减少转向的迟滞是各家主机厂共同的努力目标。这时候EPS的推广自然也就不足为奇了。加之乘用车轴荷小,电动助力电机的额定功率在1kw级别就能满足绝大部分车型的需要了。

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使得转向器设计的通用性更强,成本更低。当然了,电动助力转向最吸引人的地方在于体积小,布置方便。对于发动机舱空间狭小的乘用车来说,这可以减少总布置的耗时,加快新车型开发速度。

加之助力系统由电动机直接控制,在供应商的配合下能够快速标定转向特性而无需考虑液压系统的干扰,减少研发成本。可以说对于乘用车来说EPS简直就是好处多多。

哦,对了,最重要的是在于可以用于存电动汽车等新能源车型上。虽然EHPS也无需发动机即可工作,但是由于需要液压系统作为执行元件,部件总质量相较EPS形式要更沉。

不过很多卡友会问,重型商用车总质量那么大,还差这点质量上的差别吗?

面向未来,EPS出路在何方?

毫无疑问的是汽车的未来一定是高度电动化的。电动化带来的好处是可以节约材料的利用,对于机构的控制也更为简单直接。并且采用电动助力的方式更能直接反应车辆的行驶状态。那是不是电动液压助力(EHPS)就不行了呢?

这并不是绝对的的。我这里说的“更”是指电动助力转向系统(EPS)里的电动机的运转状态与转向系的转向横拉杆直接相关且不用通过其他方式连接,这样通过传感器传递回的数据在避免液压系统泄露的干扰的基础上将会更加可信。

这样配以OBD系统就不仅可以监控整车的状态,还可以记录路面的一些颠簸。如果将此应用到列队跟驰功能中,当车队头车遇到复杂路况时可以及时向后续车辆提供预警。

这样一来汽车车队在跟驰行驶时会更加安全,在部分程度上避免了由后车单一监测时的误判。这样大家的行车安全会更有保障。

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同样的,在关键时刻发力 紧急转向系统何时普及!一文中,四川现代这款创虎载货车上的“紧急转向助力泵”其实就是一种EHPS,只不过其使用工况不同与一般层面的转向助力系统,电动液压泵仅在发动机熄火时工作。

如前文所说,这种电动液压助力转向系统依然不能避免液压系统损坏时的转向助力丢失。

而电动助力转向系统中电动机与转向器的传动关系更为直接,用户完全不用担心转向系统的故障,况且在电动机完全失效之前行车电脑就已经可以检测出系统状态异常并转为跛行模式。

比如转向力矩不再随车速变化而变化,高速行驶时出现方向不稳的趋势,转向时车轮回正需要跟多的驾驶员干预,可以说EPS的稳定性不亚于现有的EHPS。(文/卡家号:一个小吴)

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