新能源輕卡物流車最初的設計理念是油改電，轉向系統(tǒng)也是在燃油車基礎上將發(fā)動機帶的轉向泵更換為電動轉向泵，即電動液壓助力轉向系統(tǒng)（Electro Hydraulic Power Steering,EHPS）。伴隨著市場及用戶對轉向系統(tǒng)的操控性能及功能要求越來越高，EHPS已無法滿足，需升級純電動助力轉向系統(tǒng)。純電動輕卡（Electric Power Steering,EPS）的應用可以有效提升整車的轉向輕便性、回正性等，且可接收上層信號，實現(xiàn)車道保持、自適應巡航等高級功能。隨著EPS成熟應用，純線控轉向（Steer By Wire,SBW）未來有望批量應用。

電動液壓助力轉向系統(tǒng)[1]是在傳統(tǒng)燃油車液壓助力轉向基礎上將發(fā)動機帶的轉向泵更換為電動轉向泵（見圖1），轉向器等部件與燃油車保持一致，適應性開發(fā)管路。

EHPS由方向盤、轉向操縱裝置、液壓循環(huán)球助力轉向器、轉向直拉桿、轉向油管及支架、轉向油罐、高壓盒集成轉向控制器、電動轉向泵、車輪及輪胎等組成，其布置結構示意圖如圖2所示。

液壓助力循環(huán)球轉向器多使用轉閥結構[2]，如圖3所示，汽車直線行駛不轉向時，轉向控制閥（轉閥組件）處于中位，轉向器前后兩腔的壓力相等，轉向泵處于空轉狀態(tài)，此時轉向器不起助力作用。左右轉向時，由于方向盤的力矩與地面摩擦阻力兩個反向力矩的作用，使轉閥旋轉，一腔進油閥口增大，回油閥口減小，形成高壓腔，另一腔進油閥口減小，回油閥口增大，形成低壓腔，兩腔之間產(chǎn)生壓力差，推動活塞向低壓腔方向移動，轉向器產(chǎn)生助力，實現(xiàn)轉向輕便。停止轉動方向盤后，轉向控制閥隨即回到中間位置，轉向器停止助力。

如圖1所示，電動轉向泵由轉向電機和轉向泵兩個大件組成，直流/交流（Direct Current/Alternating Current）變換器將整車高壓直流電逆變成轉向電機需求的高壓三相交流電，提供給電機，使電機旋轉帶動轉向泵工作，為轉向器提供動力源，保證轉向輕便性。

不同車速下，駕駛員操縱方向盤的需求是不一樣的，原地轉向或低速掉頭時，駕駛員需要轉動方向盤角度大、轉動方向盤的速度就要快。高速時防止車輛側翻，轉動方向盤角度小、速度慢，且需求一定的轉向手感。所以轉向泵的控制邏輯就顯得尤為重要，要保證低速下的輕便性，就需要足夠的轉向油流量，如果流量太小，轉向太快就會出現(xiàn)轉向沉重，如果流量太大，會導致動轉油流速太快，導致油路溫度太高，會加速皮碗、塑料油管等部件的老化。

轉向泵的控制策略正常有兩種，一種是定頻即轉向控制器只輸出一種頻率，使電動轉向泵以規(guī)定的轉速運行，轉向泵提供的流量是恒定的，這樣在保證低速行駛的操縱輕便性的情況下，車輛高速行駛時轉向力太輕，有發(fā)飄等現(xiàn)象，且消耗不必要的能源。

另一種是主流使用的變頻控制，即轉向控制器根據(jù)車速和轉向角度調節(jié)輸出頻率[3]，進而調整電動轉向泵的轉速，為不同工況下提供不同的流量大小，保證低速大角度轉向時流量大，低速小角度轉向時流量小，高速轉向時流量小，從而保證低速輕便性的同時，提高高速駕駛操縱感，同時節(jié)能降耗。

轉向控制器變頻調節(jié)條件為

1）轉向控制器接收整車啟動命令開始運行。

2）轉向控制器根據(jù)整車車速、轉向角度兩個信號進行變頻輸出。

3）轉向控制器變頻輸出的整車車速一般分為四個階段（例：第一階段為0～30 km/h，第二階段為30～60 km/h，第三階段為60～90 km/h，第四階段為90 km/h以上）；隨轉向角度一般分為兩個階段（例：第一階段為0°～±10°，第二階段為10°以上）。

具體控制策略如下：

1）車速為第一階段時，轉向角度為0°～±10°時，轉向泵以1/2最高轉速nmax進行工作，降低能耗。

2）車速為第一階段時，轉向角度>±10°時，轉向泵迅速提升至最高轉速nmax進行工作，保證整車的操縱輕便性。

3）車速為第二階段時，轉向角度為0°～±10°時，轉向泵以1/2最高轉速nmax進行工作，降低能耗。

4）車速為第二階段時，轉向角度>±10°時，轉向泵迅速提升至3/4最高轉速nmax進行工作，能略微降低能耗同時，提高駕駛操縱感。

5）車速為第三階段時，轉向角度為0°～±10°時，轉向泵以1/2最高轉速nmax進行工作，降低能耗。

6）車速為第三階段時，轉向角度>±10°時，轉向泵迅速提升至2/3最高轉速nmax進行工作。降低能耗同時，提高駕駛操縱感。

7）車速為第四階段時，轉向泵在全角度內均以1/2最高轉速nmax進行工作，降低能耗的同時很好的提高駕駛操縱感。

以上只是提供一種控制邏輯方法，具體的控制邏輯還需根據(jù)車型、轉向器的大小、載重的大小等具體標定。

1）變頻調節(jié)：可變頻調節(jié)轉向泵的轉速，來降低能耗且能提高轉向操縱性能。

2）回正性差：轉向回正性完全依靠前橋的回位性，回正性能偏差。

3）無法實現(xiàn)車道保持等智能化功能。

4）耗能大：轉向器為常流式，耗能較大。

5）噪音大：電動轉向泵的工作噪音大，用戶體驗感差。

6）結構復雜，成本高、重量大。

鑒于目前市場上新能源輕卡車型前懸架型式為非獨立懸架結構，純電動助力轉向方案在原有EHPS的基礎上，將液壓助力循環(huán)球轉向器升級為電動循環(huán)球轉向器（見圖4），實現(xiàn)純電動助力轉向系統(tǒng)[4]。

EPS由方向盤、轉向操縱裝置、電動循環(huán)球轉向器、轉向直拉桿、車輪及輪胎等組成，其布置結構示意圖如圖5所示。

如圖6所示，扭桿是彈性元件變形，連接輸入軸和輸出軸，駕駛員轉動方向盤時，帶動輸入軸使扭桿變形，扭矩轉角傳感器根據(jù)扭桿變形量及電磁方向檢測方向盤轉矩的大小和方向，然后轉化為電信號發(fā)送給電機控制器，電機控制器處理后結合車速信號，控制電動機旋轉方向和助力電流大小，電機帶動蝸輪蝸桿減速機構進行扭矩放大，和手力一起作用到螺桿上使螺桿旋轉，帶動螺母上下移動，螺母齒條帶動搖臂軸的齒扇進行旋轉，帶動垂臂前后移動。

EPS可實現(xiàn)的功能策略如下：

1）基本助力功能：根據(jù)車速及施加在方向盤上的力矩，通過標定，控制電機的助力電流，實現(xiàn)“低速輕便，高速穩(wěn)定”的目的。

2）主動回正功能：EPS可主動提供一個回正力矩，回正時輔助用戶將方向盤轉回到中間位置，提高操縱舒適性。

3）慣性補償功能：在助力電流基礎上另附加一個額外的補償電流，可以克服轉向時由慣性引起的波動和黏滯感，進而保證轉向時手感的平順和清晰。

4）阻尼補償功能：為保證車輛在靜態(tài)轉向時方向盤的穩(wěn)定性，需適當提高阻尼；為保證車輛低速時的回正速度，需適當調低阻尼；為保證車輛高速行駛時方向盤手感，避免回正超調，且為改善路感，抑制橫擺振動，需提高阻尼。

5）摩擦補償功能：減小轉向系統(tǒng)中的摩擦阻力，用來減小或消除轉向過程中摩擦對人操縱的不利影響。

6）智能化：EPS可以接收上層控制器指令，可主動轉向，實現(xiàn)車道保持（Lane Keeping Assist,LKA）等智能化功能。

1）操縱舒適性好：可根據(jù)不同車速和整車重量精細標定，精確提供各種行駛路況下的最佳轉向助力，減小由路面不平引起的對轉向系統(tǒng)的擾動，實現(xiàn)“低速輕便，高速穩(wěn)定”的目的。

2）回正性好：增加主動回正，提高了轉向回正性能。

3）節(jié)能：采用低壓路線，不轉向時EPS處于靜默狀態(tài)，極限轉向狀態(tài)下電機的功率較小，節(jié)能降耗。

4）結構簡單：集成度高，成本低、輕量化效果好，且可提高裝配效率，減少故障點。

5）保護環(huán)境：取消液壓回路，不存在液壓漏油、異響等問題，減少對環(huán)境的污染。

6）智能化：能夠實現(xiàn)車道保持、自動泊車和智能駕駛等高級功能。

7）環(huán)境適應性好：相比EHPS有更好的低溫工作性能，更好適應環(huán)境性能。

8）助力力矩受限：目前大噸位車輛還無法直接應用EPS，仍使用EHPS方案。

隨著智能化水平的提高，車道保持功能等功能需求越來越強烈，結合EPS和EHPS的優(yōu)缺點，未來EPS會成為新能源輕卡物流車的主流趨勢[5]。

隨著自動駕駛級別越來越高，為了追求更高的執(zhí)行精度、更快的響應速度及更高的安全性，智能駕駛要求底盤系統(tǒng)能夠盡可能取消執(zhí)行機構間的機械連接，用電信號來傳遞指令，實現(xiàn)真正意義上的線控轉向系統(tǒng)[6]。

SBW主要是在EPS基礎上，取消傳統(tǒng)系統(tǒng)中方向盤與轉向器的機械連接，系統(tǒng)主要由路感反饋模擬器、轉向器、控制器及相關傳感器等部分組成。但考慮安全性，需要雙冗余安全備份功能，即電機、控制電路、轉角扭矩傳感器、電源等均為雙路，通過雙冗余設計方案可大大提高轉向安全。

線控轉向的特點有：

1）改善駕駛特性和增強操縱性。基于車速、牽引力控制等參數(shù)，轉向比率可不斷變化。低速行駛時，轉向比率低，可減小轉彎半徑；高速行駛時，轉向比率變大，獲得更好的直線行駛條件。

2）改善駕駛員的路感。（下轉第64頁）由于消除了機械連接，駕駛員“路感”由路感模擬器模擬生成，滿足多樣化需求。

3）增強汽車舒適性。無機械硬連接，地面的不平和轉向輪的不平衡不會傳遞到方向盤上，從而減緩了駕駛員的疲勞，且駕駛員腿部空間也明顯增大。

4）體現(xiàn)個性化的設置?？梢愿鶕?jù)駕駛員的要求設置轉向傳動比和方向盤反饋力矩，以滿足不同駕駛員的要求和適應不同的駕駛環(huán)境，與轉向相關的駕駛行為都可以通過軟件來設置與實現(xiàn)。

當然優(yōu)勢明顯的同時，阻礙也非常大，具體表現(xiàn)為

1）安全性：由于尚未批量應用，即未大規(guī)模驗證，伴隨著感知等上層控制算法不完善等問題，所以安全性需重點關注。

2）高成本和復雜性：線控轉向技術的研發(fā)、制造和維護成本較高，并涉及復雜的電子控制系統(tǒng)，且未批量應用，導致成本大幅增加。

但隨著技術的不斷發(fā)展優(yōu)化，轉向系統(tǒng)必然是朝著線控轉向不斷發(fā)展。

在電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化快速發(fā)展的背景下，新能源輕卡物流車應用EPS是必然趨勢，隨著EPS應用成熟及智能駕駛的發(fā)展，商用車線控轉向技術也逐步成為主機廠研究的方向，線控轉向是汽車控制橫向運動的核心部件，是高階智能駕駛的重要執(zhí)行機構。隨著技術的不斷迭代及產(chǎn)品的逐步應用，線控轉向會逐步滿足輔助駕駛和自動駕駛的應用需求，并為商用車產(chǎn)品的安全、節(jié)能、舒適和環(huán)保性能提升提供強大支撐。