Stýrikerfi rafknúinna ökutækja, sem lykilkerfi rafknúinna ökutækja, eru verulega frábrugðin því sem er í eldsneytisknúnum ökutækjum-. Þeim er aðallega skipt í þrjá flokka: rafmagnsrafstýri (EPS), raf-vökvastýri (EHPS) og stýri-eftir-vír (SBW). Hver tegund hefur sérstakar vinnureglur, kosti, galla og notkunarsvið. Þessi grein útskýrir samsetningu og vinnureglur þessara þriggja stýrikerfa fyrir rafbíla.
I. Rafmagnsstýri (EPS)
EPSer algengasta stýriskerfið í rafknúnum ökutækjum um þessar mundir. Hann notar rafmótor til að veita stýrisaðstoð og kemur í stað hefðbundins vökvastýris (HPS).
1. Samsetning EPS
EPS samanstendur aðallega af eftirfarandi hlutum:
(1) Togskynjari: Greinir tog og stefnu snúnings stýrisins (áform ökumanns).
(2) Stýrishornskynjari: Fylgir halla stýrishjólsins (innbyggt í togskynjarann í sumum kerfum).
(3) Hraðaskynjari ökutækis: Gefur hraðamerki ökutækis (til að stilla á kraftmikinn hátt stýrisaðstoð).
(4) Rafræn stýrieining (ECU): Vinnur skynjaragögn í rauntíma og reiknar út nauðsynlega stýrisaðstoð.
(5) Afl-aðstoðarmótor: Venjulega burstalaus jafnstraumsmótor (BLDC), sem sendir tog til stýrissúlunnar eða grindarinnar í gegnum minnkunarbúnað (td ormgír).
(6) Minnkunarbúnaður: Magnar tog mótorsins til að knýja stýrikerfið.
2. Vinnureglur EPS
(1) Finndu fyrirætlun ökumanns Þegar ökumaður snýr stýrinu, mælir togskynjarinn snúningsátak stýrisskaftsins og stýrishornskynjarinn skráir stýrishornið, bæði sendir merki til ECU. Hraðamerki ökutækis eru sett inn samstillt (t.d. þarf meiri aðstoð við lágan hraða og auka aðstoð við háan hraða).
(2) ECU reiknar eftirspurn eftir aðstoð. ECU reiknar út markmiðsaðstoð byggt á tog, hraða ökutækis og jafnvel stöðu ökutækis (td hallahorn í sumum háum gerðum) og gefur frá sér PWM merki til að stjórna mótornum. Dæmi um reiknirit:
Bílastæði á lágum-hraða: Afl-aðstoðarmótorinn gefur frá sér hátt tog (fyrir áreynslulaust stýri).
Hár-akstur: Aðstoð minnkar (til að bæta vegtilfinningu og forðast of-viðkvæmni).
(3) Mótor framkvæmir stýrisaðstoð Mótorinn sendir afl til stýrissúlunnar í gegnum minnkunarbúnað (td ormbúnað, belti) eða rekur grindina beint (byggingarmunur er á milli mismunandi EPS tegunda, sjá hér að neðan). Stefna mótoraðstoðar er í samræmi við stýrisstefnu ökumanns (metið af pólun togskynjarans).
(4) Endurgjöf og leiðrétting Kerfið fylgist stöðugt með snúningsvægi stýrishjólsins og raunverulegu stýrishorni, stillir kraftmikið afköst mótorsins til að ná stjórn á lokaðri-lykkju og forðast of-aðstoð eða seinkun.
3. Flokkun og umsóknarumfang EPS
Byggt á mismunandi uppsetningarstöðum mótorsins er hægt að skipta EPS í eftirfarandi gerðir:
| Tegund | Mótor Staða | Viðeigandi ökutækisgerðir | Eiginleikar |
|---|---|---|---|
| C-EPS (dálkur-gerð EPS) | Festur á stýrisstöng | Litlir bílar, örbílar | Einföld uppbygging, lítill kostnaður, en lítil framleiðsla á aðstoð |
| P-EPS (Pinion-gerð EPS) | Festur á stýrishjólið | Litlir/miðlungsbílar | Hófleg aðstoð, vel-afköst |
| R-EPS (Rack-gerð EPS) | Ekur stýrisgrindinni beint | Stórir og meðalstórir-bílar, jeppar | Mikil aðstoðarframleiðsla, hröð viðbrögð, hentugur fyrir þung-vinnuökutæki |
| DP-EPS (Dual-Pinion EPS) | Tveir mótorar knýja pinion og grind í sömu röð | Hár-afkastabílar, lúxusbílar | Nákvæmara stýri, betri kraftmikil svörun |
4. Kostir og gallar EPS
Kostir
(1) Mikil orkunýtni, drægni-væn: Knúið beint af rafmótor, EPS krefst engrar vökvadælu og hefur afar lítið orkutap (hefðbundið HPS eyðir stöðugt vélarafli). Fyrir rafknúin farartæki getur sparað orka óbeint aukið drægni (um 3%-5% orkunýtni hagræðingu).
(2) Sveigjanlega stillanleg stýrisaðstoð: Hægt er að stilla aðstoðina á kraftmikinn hátt með hugbúnaði til að laga sig að mismunandi aðstæðum (td létt stýri á lágum hraða, stöðugt stýri á miklum hraða), og það styður jafnvel persónulega akstursstillingar (sport/þægindi).
(3) Einföld uppbygging, lítill viðhaldskostnaður: Fjarlægir vökvaolíu, dælur, leiðslur og aðra íhluti, sem dregur úr hættu á olíuleka og þörf á síðari viðhaldi.
(4) Sterk umhverfisaðlögunarhæfni: Óbreytt af miklum hita (vökvaolía þykknar við lágt hitastig í vökvakerfum, sem leiðir til stýris seinkun).
(5) Stuðningur við háþróuð ökumannsaðstoðarkerfi (ADAS): Samhæft við ADAS aðgerðir eins og akreinagæslu og sjálfvirk bílastæði.
Ókostir
(1) Viðbrögð við veikburða vegtilfinningu: Hermt vegtilfinning rafaðstoðar er óeðlilegri en vökvakerfi.
(2) Það er háð áreiðanleika rafeindastýrikerfisins: Bilanir í mótor, skynjara eða stýrihugbúnaði geta valdið skyndilegu tapi á aðstoð (þó að offramboð sé til staðar er áhætta enn fyrir hendi).
(3) Ófullnægjandi aðstoð við mikla-álagsaðstæður: Mikið-afl mótorar eru dýrir og sumar gerðir á lágu-verði kunna að hafa ófullnægjandi aðstoð við erfiðar vinnuaðstæður (t.d. að stýra á kyrrstöðu).
II. Raf-vökvastýri (EHPS)
Vegna mikils álags rafknúinna vörubíla og þörf fyrir sterkari stýrisaðstoð, taka sumar gerðir upp raf-vökvastýri (EHPS), sem kynnir rafeindastýritækni á grundvelli hefðbundinnar vökvastýris (HPS) til að bæta orkunýtni og stjórnhæfni.
1. Samsetning EHPS
EHPS kerfið samanstendur aðallega af eftirfarandi hlutum:
(1) Raf-vökvadæla (komur í stað hefðbundinnar vélar-knúinn vökvadæla) Knúið af rafmótor og starfar óháð vélinni, hún er hentug fyrir rafknúin farartæki. Hún notar venjulega burstalausan jafnstraumsmótor (BLDC) eða Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) til að bæta orkunýtni.
(2) Vökvaafl-aðstoðarbúnaður (grindur og snúningshjól eða hringstýrisbúnaður) Svipað og HPS, en vökvaþrýstingurinn er nákvæmlega stilltur af rafeindastýrikerfinu.
(3) Rafræn stýrieining (ECU) Stillir snúningshraða og þrýsting raf-vökvadælunnar í samræmi við merki eins og hraða ökutækis og stýristog.
(4) Vökvageymir, vökvaleiðslur, stýrisventill Sama og hefðbundin HPS, ábyrg fyrir geymslu og flæðistýringu vökvaolíu.
2. Vinnureglur EHPS
(1) Merkjasöfnun Þegar ökumaður snýr stýrinu, nemur snúningsskynjari stýrishjólsins ætlun ökumanns að stýra (stærð og stefnu stýriskrafts). Hraðaskynjari ökutækisins veitir núverandi upplýsingar um hraða ökutækisins (meiri aðstoð á lágum hraða, minni aðstoð á miklum hraða).
(2) ECU reiknar út nauðsynlega aðstoð Byggt á gögnum eins og togi, hraða ökutækis og stýrishorni, reiknar ECU viðeigandi vökvaþrýstingsþörf og stjórnar snúningshraða raf-vökvadælunnar.
Lágur hraði (td bílastæði): Mótorinn keyrir á miklum hraða til að veita mikið flæði af vökvaolíu fyrir áreynslulausa stýringu.
Mikill hraði: Mótorinn hægir á sér til að draga úr aðstoð, auka „stöðugleika“ stýrisins og bæta akstursstöðugleika.
(3) Raf-vökvadæla veitir þrýsting. Mótorinn knýr vökvadæluna, sem þrýstir vökvaolíuna og skilar henni til stýrisstýrilokans. Í samræmi við stefnu snúnings stýrishjólsins leiðir stjórnventillinn vökvaolíuna inn í samsvarandi hólf vökvahólksins og ýtir á grindina eða stýrisaðstoðartengilinn.
Lágur hraði/mikið álag: Aukið vökvaþrýsting til að auka aðstoð til að auðvelda stýringu.
Mikill hraði/ekki álag: Dragðu úr vökvaþrýstingi til að minnka aðstoð og bæta akstursstöðugleika.
(4) Vökvaolíuhringrás Eftir að aðstoðinni er lokið flæðir vökvaolían aftur í lónið til að mynda lokaða-lykkjuhringrás.
3. Kostir og gallar EHPS
Kostir
(1) Hátt-togaðstoð: Hentar fyrir þunga-rafmagnsflutningabíla og atvinnubíla, sem veitir sterkari stýriskraft en EPS.
(2) Mikil áreiðanleiki: Þroskað vökvakerfi virkar stöðugt við erfiðar vinnuaðstæður (td lágt hitastig, mikið álag).
(3) Miðlungs kostnaður: Hagkvæmari en EPS (útbúinn með-afli mótor + minnkunarbúnaði) og orkunýtnari-en hefðbundinn HPS.
Ókostir
(1) Tiltölulega mikil orkunotkun: Raf-vökvadælan gengur stöðugt og eyðir meiri orku en EPS (en meiri orku-hagkvæmari en hefðbundin HPS).
(2) Flókið uppbygging: Krefst vökvalagna, geyma og annarra íhluta, með aðeins erfiðara viðhald en EPS.
(3) Örlítið hæg viðbrögð: Kraftmikill aðlögunarhraði vökvakerfisins er aðeins lægri en EPS.
III. Stýra-eftir-vír (SBW)
Stýra-eftir-vír (SBW)er framtíðarþróunarstefna stýrikerfa. Það útilokar algjörlega vélrænni tengingu milli stýris og hjólanna og treystir algjörlega á rafboð til að stjórna stýrinu.
1. Samsetning SBW
SBW kerfið samanstendur aðallega af eftirfarandi hlutum:
(1) Stýriseining Ábyrg fyrir að greina ætlun ökumanns að stýra og líkja eftir endurgjöf á vegum, þar á meðal: tog-/hornskynjara stýrishjóls, mótor fyrir endurgjöf á vegum og rafeindastýringu stýris.
(2) Framkvæmdaeining stýris Ábyrg fyrir að keyra hjólstýrið, kemur í stað hefðbundins stýrissúlu og grindarbúnaðar, þar á meðal: stýrismótor, stýrishornskynjari og minnkunarbúnaður (td kúluskrúfa eða gírsett).
(3) Rafræn stýrieining (ECU) „Heili“ SBW, sem ber ábyrgð á merkjavinnslu og kerfissamhæfingu, þar á meðal: aðal-eind og óþarfa ECU.
(4) Óþarfi öryggiskerfi Til að tryggja öryggi verður SBW að vera búið mörgum öryggisafritum, þar á meðal: tvöföldum-aflgjafa, tvöföldum samskiptarásum og vélrænni öryggisafritun.
2. Vinnureglur SBW
(1) Merkjasöfnun (stýrieining)
Tog-/hornskynjari: Greinir kraft og horn snúnings stýris ökumanns og breytir þeim í rafboð.
Merki eins og hraði ökutækis og yaw rate: Fáðu stöðu ökutækis (td ESP, ABS gögn) í gegnum CAN-rútuna til að reikna út bestu stýrissvörun.
(2) Rafræn stjórn (ákvarðanataka-ECU)
Main ECU: Reiknar markstýrishornið (stillir stýrishlutfallið á virkum hætti ásamt hraða ökutækis, akstursstillingu o.s.frv.) og styrkleika endurgjöfar á vegtilfinningunni (líkir eftir víxlverkunarkrafti dekkja og vegyfirborðs) byggt á skynjaramerkjum.
Óþarfi ECU: Fylgist með aðalkerfinu í rauntíma og tekur strax við eða virkjar neyðarstillinguna þegar bilun hefur fundist (td tap á merkjum, óeðlilegt mótor).
(3) Framkvæmd stýris (hjóladrifin) Stýrismótorinn (venjulega burstalaus mótor með háu-togi) knýr grindina eða stýrishnúginn beint til að ýta hjólunum til að snúast. Stöðuskynjarinn endurspeglar raunverulegt stýrishorn hjólanna í rauntíma til að ná lokuðu-lykkjustýringu og tryggja nákvæma framkvæmd ECU leiðbeininganna.
(4) Vegatilfinning eftirlíking (endurgjöf stýrishjóls) Vegatilfinning endurgjöf mótorinn beitir forritanlegu mótstöðu á stýrið til að líkja eftir vélrænni vegtilfinningu hefðbundinna stýrikerfa (td ójöfnur, breytingar á gripi hjólbarða).
3. Kostir og gallar SBW
Kostir
(1) Engin vélræn tenging: Bætir sveigjanleika í skipulagi undirvagns og eykur innra rými.
(2) Breytilegt stýrishlutfall: Hægt er að stilla snúningshornið og stýrishornið frjálslega (td viðkvæmara stýri á lágum hraða, stöðugra á miklum hraða).
(3) Fullkomlega aðlöguð að sjálfvirkum akstri: Hægt er að stjórna stýrinu að fullu með tölvu án afskipta ökumanns.
(4) Öruggari árekstrarvörn: Engin stýrissúla, sem mun ekki brjótast inn í ökumannsrýmið við árekstur.
Ókostir
(1) Mikill kostnaður: Krefst mikillar-áreiðanlegra rafeindaíhluta og óþarfa kerfa.
(2) Reglubundnar takmarkanir: Eins og er krefjast sum lönd þess að geymt sé vélræn afrit að hluta (td SBW kerfi Toyota heldur enn neyðartengingu með kúplingu).
(3) Samþykki neytenda: Sumir notendur hafa efasemdir um stýrisaðferðina „engin vélræn tenging“.
IV. Samantekt
Þessi grein kynnir þrjár mismunandi gerðir af stýrikerfum fyrir rafknúin ökutæki og starfsreglur þeirra. Vegna mikils stýrisálags rafknúinna vörubíla er EHPS (Electro-Vökvakraftstýring) enn almenna lausnin um þessar mundir, sem nær góðu jafnvægi milli styrkleika, áreiðanleika og kostnaðar. Hins vegar, með þróun há-afls EPS tækni, gætu sumir rafknúnir vörubílar skipt yfir í EPS eða blendingsstýrikerfi í framtíðinni. Sem stendur er EPS enn hagkvæmasta-lausnin og er mikið notuð. Framtíð stýrikerfa rafknúinna ökutækja mun þróast frá EPS (Electric Power Steering) í SBW (Steer-By-Wire), og SBW mun verða almennt með meiri sveigjanleika og samhæfni við sjálfvirkan akstur.