Innovation und Zukunft elektrischer Lenksysteme für Nutzfahrzeuge
Inmitten der Welle der Fahrzeugelektrifizierung und -intelligenz tritt die Automobilindustrie in eine kritische Übergangsphase von funktionalen Fahrzeugen zu intelligenten Fahrzeugen. Dieser Wandel hat die rasante Entwicklung zahlreicher Spitzentechnologien vorangetrieben, darunter:steuern-per-KabelDie Fahrwerkstechnologie-eine der zentralen Grundlagen des intelligenten Fahrens- signalisiert den Beginn eines neuen Automobilzeitalters. Die Realisierung hoch{3}autonomen Fahrens in der Zukunft wird weitgehend von der Steer{4}}by-Wire-Chassis-Technologie abhängen.
Die Steer{0}}by--Technologie ersetzt herkömmliche mechanische Verbindungen durch elektrische Signalübertragung, durchbricht die Einschränkungen herkömmlicher Lenkmechanismen und bringt revolutionäre Veränderungen in der Fahrzeugsteuerung mit sich. Ein Steer{3}}by-Chassis integriert typischerweise fünf Schlüsselsysteme: Lenkung, Bremse, Federung, Antrieb und Schaltung. Zu seinen Hauptvorteilen gehören eine kompakte Struktur, gute Steuerbarkeit und schnelle Reaktion.
Als nächstes konzentrieren wir uns auf den Kernbereich der Steer-by-Wire-Technologie. Im Vergleich zu Personenkraftwagen stehen Nutzfahrzeuge vor anspruchsvolleren Herausforderungen bei den Lenksystemen, wie z. B. schwere Lasten, lange Radstände und Anforderungen an die Lenkung mehrerer Achsen. Derzeit beschränkt sich die primäre Funktion von Nutzfahrzeuglenkungen noch auf die Bereitstellung einer grundlegenden Lenkunterstützung. Erweiterte Funktionen wie die geschwindigkeitsabhängige Anpassung der Unterstützung, die automatische Rückkehr-zur-Mitte, die aktive Lenksteuerung und die autonome Anpassung der Unterstützungsmodi befinden sich noch in der Forschungs-, Entwicklungs- und Pilotinstallationsphase.
Die hydraulische Servolenkung ist nach wie vor die gängige Lösung für Nutzfahrzeuge. Es weist jedoch seit langem bestehende Nachteile auf, darunter ein hoher Geräuschpegel, nicht{{2}einstellbare Unterstützungseigenschaften und die Unfähigkeit, elektronische Steuerungs- oder Steer-by-{4}}Funktionen zu unterstützen.
Mit der rasanten Weiterentwicklung der elektronischen Steuerung und intelligenter Technologien gehen die Lenksysteme von Nutzfahrzeugen allmählich zu elektronisch gesteuerten Lenk- und Steer-by-Wire-Lösungen über. Dieser Wandel hat zur Entwicklung von Technologien wie der elektrohydraulischen Servolenkung (EHPS) geführt.Elektrische Servolenkung(EPS) und verschiedene neue Lenkgetriebekonfigurationen. Diese elektronisch gesteuerten Lenksysteme beseitigen nicht nur die inhärenten Einschränkungen herkömmlicher hydraulischer Systeme, sondern verbessern auch die Lenkleistung, die aktive Steuerungsfähigkeit, die Fahrsicherheit und das gesamte Fahrerlebnis erheblich.
Das elektrohydraulische Servolenkungssystem (EHPS) kombiniert ein herkömmliches hydraulisches Servolenkungssystem (HPS) mit einem Elektromotor und kann mit der ursprünglichen HPS-Schnittstelle des Fahrzeugs kompatibel bleiben. EHPS-Systeme werden häufig in leichten-, mittel-und schweren-Lkw sowie in mittelgroßen und großen Bussen eingesetzt.
Mit dem rasanten Wachstum von Nutzfahrzeugen mit neuer Energieversorgung-wie Bussen, Logistikfahrzeugen und Sanitärfahrzeugen- hat sich die Antriebsquelle herkömmlicher hydraulischer Lenksysteme nach und nach von Verbrennungsmotoren auf Elektromotoren verlagert. Mittlerweile haben Bord-Hochspannungsbatteriesysteme den Einsatz von Hochleistungs-Elektropumpen ermöglicht. Das hier besprochene EHPS-System ist im Wesentlichen ein hydraulisches Servolenkungssystem, das von einer leistungsstarken Elektropumpe angetrieben wird.
Am 12. Mai 2020 wurde die nationale verbindliche Norm GB 38032-2020 Sicherheitsanforderungen für Elektrobusse offiziell herausgegeben. Artikel 4.5.2 dieser Norm führt neue Anforderungen an die Servounterstützungssteuerung während der Fahrt ein: Wenn es während der Fahrt zu einer anormalen Hochspannungsabschaltung der Klasse B kommt und die Fahrzeuggeschwindigkeit 5 km/h überschreitet, muss das Lenksystem die Servounterstützung mindestens 30 Sekunden lang aufrechterhalten. Um dieser Vorschrift zu entsprechen, nutzen die meisten Elektropumpen, die in aktuellen Elektrobussen verwendet werden, eine duale Stromversorgungssteuerungsstrategie.
In leichten Nutzfahrzeugen haben sich elektrische Servolenkungssysteme (EPS) nach und nach zur Mainstream-Lösung entwickelt. Diese Systeme verwenden typischerweise ein elektrisches Kugelumlauflenkgetriebe. Im Vergleich zu herkömmlichen EHPS-Systemen entfallen bei EPS komplexe hydraulische Komponenten wie Pumpen, Ölbehälter und Rohrleitungen, was zu einer einfacheren Struktur führt. Dadurch sind EPS-Systeme leichter, reagieren schneller und ermöglichen eine präzisere Steuerung.
Bei EPS-Systemen erfolgt die Lenkunterstützung durch einen Elektromotor anstelle von Hydraulikdruck. Der Controller regelt die Motorleistung präzise anhand der Lenkraddrehsignale. Wenn der Fahrer das Lenkrad dreht, erfassen Sensoren Winkel- und Drehmomentdaten in Echtzeit und übermitteln sie an die Steuerung. Nach der Verarbeitung sendet der Controller Steuersignale, um den Motor anzutreiben und entsprechende Unterstützung zu leisten. Bei Nichtbetätigung des Lenkrads geht das Assistenzsystem in einen Ruhezustand, verbraucht keine zusätzliche Energie und verbessert so die Energieeffizienz.
Derzeit haben einige Nutzfahrzeugmodelle mit niedriger-Tonnage auf dem Markt mit der Einführung begonnenEPS-Lösungen, einschließlich leichter-Nutzfahrzeuge, die von unserem Unternehmen unabhängig entwickelt wurden. Die Entwicklung der elektrischen Lenktechnik wird immer vielfältiger. Neue Lenkgetriebekonfigurationen, beispielsweise gerade Spurstangenkonstruktionen, sind in der Entwicklung und haben stetige Fortschritte gemacht, um den hohen Drehmomentanforderungen von Nutzfahrzeugen gerecht zu werden.
Derzeit haben Universitäten und Hersteller weltweit eine Vielzahl elektrischer Lenkgetriebekonfigurationen entwickelt, die das von Nutzfahrzeugen benötigte große Drehmoment liefern können. Diese Innovationen haben der Weiterentwicklung der elektrischen Lenktechnik für Nutzfahrzeuge neuen Schwung verliehen. Unter ihnen hat das elektrische Lenkgetriebe mit Planetengetriebe große Aufmerksamkeit erregt. Es integriert Schlüsselkomponenten wie einen Hilfsmotor, ein zylindrisches Untersetzungsgetriebe, ein Planetengetriebe und ein Schneckengetriebe. Durch die Kombination von Planeten- und Stirnradgetriebe-Untersetzungsmechanismen reduziert diese Konstruktion effektiv die Motorgeschwindigkeit und erhöht gleichzeitig das Ausgangsdrehmoment, wodurch hohe -Drehmomentanforderungen erfüllt werden.
Unterdessen sorgt der Schneckengetriebemechanismus für eine reibungslose Übertragung des Lenkrad-Rückkopplungsdrehmoments und der Fahrwiderstandslasten. Das elektrische Lenkgetriebe mit Zykloiden-Windrad integriert einen Motor, ein Zykloiden-Windrad-Untersetzungsgetriebe und ein Kegelrad-Untersetzungsgetriebe. Der Motor treibt das Zykloiden-Windrad-Untersetzungsgetriebe an, das sich dann mit dem Kegelrad-Untersetzungsgetriebe verbindet und schließlich die Bewegung auf die Lenkeingangswelle überträgt. Diese Konfiguration zeichnet sich durch eine kompakte und anspruchsvolle Struktur aus und liefert gleichzeitig ein hohes Drehmoment, was eine leichte und reaktionsschnelle Lenkung für Nutzfahrzeuge gewährleistet.
Das elektromagnetische Servolenkungsgetriebe nutzt elektromagnetische Prinzipien, um eine servounterstützte Lenkung zu erreichen. Zu seinen Kernkomponenten gehört eine Zahnstangen-{2}}und--Mutternbaugruppe an der Lenkeingangswelle, die mit einer Sektor-Kipphebelwelle kämmt, die in der Lenkgetriebebaugruppe untergebracht ist. Auf der Zahnstangen--und-Mutter-Baugruppe ist ein Permanentmagnet montiert, während in der oberen und unteren Abdeckungsbaugruppe elektromagnetische Gleichstromspulen installiert sind. Darüber hinaus überwachen Sensoren an der Lenkeingangswelle den Lenkstatus in Echtzeit.
Wenn das Lenkgetriebe-ECU Signale zu Lenkwinkel, Geschwindigkeit und Drehmoment empfängt, liefert es Strom geeigneter Stärke und Richtung an die elektromagnetischen Gleichstromspulen. Basierend auf dem Prinzip, dass sich gleiche Magnetpole abstoßen und entgegengesetzte Pole anziehen, wird die Zahnstangen-----Muttereinheit in Bewegung versetzt, wodurch die Sektor-Kipphebelwelle gedreht und Lenkunterstützung bereitgestellt wird.
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung autonomer Fahrtechnologien werden höhere Anforderungen an die Sicherheitsredundanz in Steer-by-Wire-Systemen gestellt. Derzeit nutzen Demonstrationsfahrzeuge für autonomes Fahren typischerweise sowohl Software- als auch Hardware-Redundanzstrategien, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Allerdings wurden diese Technologien noch nicht in großem Umfang in serienmäßig hergestellten Nutzfahrzeugen eingesetzt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Auswahl von Steer{0}}by--Technologien für Nutzfahrzeuge je nach Faktoren wie Fahrzeuglast, Layoutbeschränkungen und Technologiereife variiert. Mehrere technische Wege konvergieren in Richtung elektrischer Lenklösungen und markieren einen klaren Trend in der zukünftigen Entwicklung von Lenksystemen für Nutzfahrzeuge.
