Innovazione e futuro dei sistemi di sterzo elettrici per veicoli commerciali
Nel contesto dell’ondata di elettrificazione e intelligenza dei veicoli, l’industria automobilistica sta entrando in un periodo critico di transizione dai veicoli funzionali ai veicoli intelligenti. Questa trasformazione ha portato al rapido sviluppo di numerose-tecnologie all'avanguardia, tra cuigovernare-con-cavola tecnologia del telaio-uno dei fondamenti fondamentali della guida intelligente-segnala l'arrivo di una nuova era automobilistica. La realizzazione della guida autonoma di alto livello-in futuro dipenderà in gran parte dalla tecnologia del telaio steer-by-wire.
La tecnologia Steer-by-wire sostituisce i tradizionali collegamenti meccanici con la trasmissione del segnale elettrico, superando i limiti dei meccanismi di sterzo convenzionali e apportando cambiamenti rivoluzionari al controllo del veicolo. Un telaio Steer{3}}by-wire integra in genere cinque sistemi chiave: sterzo, frenata, sospensioni, guida e cambio. I suoi principali vantaggi includono una struttura compatta, forte controllabilità e risposta rapida.
Successivamente, ci concentreremo sul dominio principale della tecnologia steer-by-wire. Rispetto ai veicoli passeggeri, i veicoli commerciali affrontano sfide più impegnative nei sistemi di sterzo, come carichi pesanti, passi lunghi e requisiti di sterzo multi-assi. Al momento, la funzione primaria dei sistemi sterzanti dei veicoli commerciali è ancora limitata a fornire un’assistenza di base alla sterzata. Funzionalità avanzate come la regolazione dell'assistenza-sensibile alla velocità, il ritorno automatico-al-centro, il controllo attivo dello sterzo e la regolazione autonoma delle modalità di assistenza rimangono nelle fasi di ricerca, sviluppo e installazione pilota.
Il servosterzo idraulico continua ad essere la soluzione tradizionale per i veicoli commerciali. Tuttavia, presenta degli svantaggi di vecchia data, tra cui livelli di rumore elevati, caratteristiche di assistenza non regolabili e l'incapacità di supportare il controllo elettronico o le funzioni di sterzo tramite cavo.
Con il rapido progresso del controllo elettronico e delle tecnologie intelligenti, i sistemi di sterzo dei veicoli commerciali stanno gradualmente passando verso soluzioni di sterzo e steer-by-wire controllate elettronicamente. Questo cambiamento ha portato allo sviluppo di tecnologie come il servosterzo elettro-idraulico (EHPS),Servosterzo elettrico(EPS) e varie nuove configurazioni della scatola dello sterzo. Questi sistemi di sterzo a controllo elettronico non solo risolvono i limiti intrinseci dei sistemi idraulici tradizionali ma migliorano anche significativamente le prestazioni di sterzo, la capacità di controllo attivo, la sicurezza di guida e l'esperienza di guida complessiva.
Il sistema-servosterzo idraulico (EHPS) combina un tradizionale sistema di servosterzo idraulico (HPS) con un motore elettrico e può rimanere compatibile con l'interfaccia HPS originale del veicolo. I sistemi EHPS sono ampiamente applicati negli autocarri leggeri-, medi-e pesanti-, nonché negli autobus di medie-dimensioni e grandi.
Con la rapida crescita dei veicoli commerciali alimentati da nuove energie-come autobus, veicoli logistici e veicoli igienico-sanitari-la fonte di energia dei tradizionali sistemi di sterzo idraulici si è gradualmente spostata dai motori a combustione interna ai motori elettrici. Nel frattempo, i sistemi di batterie ad alta-tensione di bordo hanno consentito l'applicazione di pompe elettriche ad alta-potenza. Il sistema EHPS discusso qui è essenzialmente un sistema di servosterzo idraulico azionato da una pompa elettrica ad alta-potenza.
Il 12 maggio 2020 è stata ufficialmente emessa la norma nazionale obbligatoria GB 38032-2020 Requisiti di sicurezza per gli autobus elettrici. L'articolo 4.5.2 di questa norma introduce nuovi requisiti per il controllo della servoassistenza durante la guida: se si verifica una disconnessione anomala dell'alta tensione di classe B mentre il veicolo è in movimento e la velocità del veicolo supera i 5 km/h, il sistema di sterzo deve mantenere la servoassistenza per almeno 30 secondi. Per rispettare questo regolamento, la maggior parte delle elettropompe utilizzate negli attuali autobus elettrici adotta una strategia di controllo della doppia alimentazione.
Nei veicoli commerciali leggeri-, i sistemi di servosterzo elettrico (EPS) sono gradualmente diventati la soluzione tradizionale. Questi sistemi adottano tipicamente uno sterzo elettrico a ricircolo di sfere. Rispetto ai tradizionali sistemi EHPS, l'EPS elimina componenti idraulici complessi come pompe, serbatoi di olio e tubazioni, risultando in una struttura più semplice. Di conseguenza, i sistemi EPS sono più leggeri, offrono una risposta più rapida e forniscono un controllo più preciso.
Nei sistemi EPS, l'assistenza alla sterzata è fornita da un motore elettrico anziché dalla pressione idraulica. Il controller regola con precisione la potenza del motore in base ai segnali di rotazione del volante. Quando il conducente gira il volante, i sensori catturano i dati di angolo e coppia in tempo reale e li trasmettono al controller. Dopo l'elaborazione, il controller invia segnali di controllo per azionare il motore e fornire l'assistenza adeguata. Quando il volante non è in funzione, il sistema di assistenza entra in uno stato dormiente, senza consumare energia aggiuntiva e migliorando così l'efficienza energetica.
Attualmente, alcuni modelli di veicoli commerciali a basso-tonnellaggio presenti sul mercato hanno iniziato ad adottare tali tecnologieSoluzioni EPS, compresi i veicoli commerciali leggeri-sviluppati in modo indipendente dalla nostra azienda. Lo sviluppo della tecnologia dello sterzo elettrico sta diventando sempre più diversificato. Nuove configurazioni della scatola dello sterzo, come i design dei tiranti dritti-, sono in fase di sviluppo e hanno compiuto progressi costanti per soddisfare le elevate richieste di coppia dei veicoli commerciali.
Attualmente, università e produttori di tutto il mondo hanno sviluppato una varietà di configurazioni di sterzo elettrico in grado di fornire la grande coppia richiesta dai veicoli commerciali. Queste innovazioni hanno dato nuovo slancio al progresso della tecnologia dello sterzo elettrico per i veicoli commerciali. Tra questi, lo sterzo elettrico con ingranaggi planetari ha attirato molta attenzione. Integra componenti chiave come un motore di assistenza-, un meccanismo di riduzione a ingranaggi cilindrici, un meccanismo di riduzione a ingranaggi planetari e una trasmissione a vite senza fine. Combinando meccanismi di riduzione a ingranaggi planetari e cilindrici, questo design riduce efficacemente la velocità del motore aumentando al tempo stesso la coppia di uscita, soddisfacendo così i requisiti di coppia elevata-.
Nel frattempo, il meccanismo di trasmissione con ingranaggio a vite senza fine garantisce una trasmissione fluida della coppia di feedback del volante e dei carichi di resistenza stradale. La timoneria elettrica a girandola cicloidale integra un motore, un riduttore a girandola cicloidale e un riduttore ad ingranaggi conici. Il motore aziona il riduttore a girandola cicloidale, che poi si collega al riduttore ad ingranaggi conici e infine trasmette il movimento all'albero di ingresso dello sterzo. Questa configurazione presenta una struttura compatta e sofisticata che fornisce allo stesso tempo un'elevata coppia erogata, garantendo uno sterzo leggero e reattivo per i veicoli commerciali.
Il servosterzo elettromagnetico utilizza i principi elettromagnetici per ottenere il servosterzo-assistito. I suoi componenti principali includono un gruppo cremagliera-e-dado sull'albero di ingresso dello sterzo, che si incastra con un albero bilanciere a settore alloggiato all'interno del gruppo dello sterzo. Un magnete permanente è montato sul gruppo cremagliera-e-dado, mentre le bobine elettromagnetiche CC sono installate nei gruppi coperchio superiore e inferiore. Inoltre, i sensori sull'albero primario dello sterzo monitorano lo stato dello sterzo in tempo reale.
Quando l'ECU dello sterzo riceve segnali relativi all'angolo di sterzata, alla velocità e alla coppia, fornisce corrente di ampiezza e direzione adeguate alle bobine elettromagnetiche CC. Basandosi sul principio che i poli magnetici simili si respingono e i poli opposti si attraggono, il gruppo cremagliera-e-dado viene spinto a muoversi, ruotando così l'albero bilanciere del settore e fornendo assistenza allo sterzo.
Con il continuo progresso delle tecnologie di guida autonoma, vengono posti requisiti sempre più elevati in termini di ridondanza di sicurezza nei sistemi steer-by-wire. Attualmente, i veicoli dimostrativi di guida autonoma adottano in genere strategie di ridondanza sia software che hardware per garantire la sicurezza operativa. Tuttavia, queste tecnologie non sono ancora state ampiamente applicate nei veicoli commerciali-prodotti in serie.
In sintesi, la scelta delle tecnologie Steer{0}}by-per i veicoli commerciali varia a seconda di fattori quali il carico del veicolo, i vincoli di layout e la maturità della tecnologia. Molteplici percorsi tecnici stanno convergendo verso soluzioni di sterzo elettrico, segnando una chiara tendenza nello sviluppo futuro dei sistemi di sterzo per veicoli commerciali.
