Sistem stereng kenderaan elektrik, sebagai sistem utama kenderaan elektrik, berbeza dengan ketara daripada kenderaan berkuasa-bahan api. Mereka dibahagikan terutamanya kepada tiga kategori: Pemandu Kuasa Elektrik (EPS), Pemandu Kuasa Hidraulik-Elektro-(EHPS) dan Pemandu-Dengan-Kawat (SBW). Setiap jenis mempunyai prinsip kerja, kelebihan, kelemahan dan skop aplikasi yang berbeza. Artikel ini menghuraikan komposisi dan prinsip kerja ketiga-tiga sistem stereng ini untuk kenderaan elektrik.
I. Pemandu Kuasa Elektrik (EPS)
EPSadalah sistem stereng yang paling biasa digunakan dalam kenderaan elektrik pada masa kini. Ia menggunakan motor elektrik untuk menyediakan bantuan stereng, menggantikan Steering Kuasa Hidraulik (HPS) tradisional.
1. Komposisi EPS
EPS terutamanya terdiri daripada komponen berikut:
(1) Sensor tork: Mengesan tork dan arah putaran stereng (niat pemandu).
(2) Sensor sudut stereng: Memantau sudut stereng (diintegrasikan ke dalam sensor tork dalam beberapa sistem).
(3) Penderia kelajuan kenderaan: Menyediakan isyarat kelajuan kenderaan (untuk melaraskan tahap bantuan stereng secara dinamik).
(4) Unit Kawalan Elektronik (ECU): Memproses data sensor dalam masa nyata dan mengira bantuan stereng yang diperlukan.
(5) Kuasa-motor bantuan: Biasanya Motor DC Tanpa Brush (BLDC), yang menghantar tork ke lajur stereng atau rak melalui mekanisme pengurangan (cth, gear cacing).
(6) Mekanisme pengurangan: Menguatkan tork motor untuk memacu sistem stereng.
2. Prinsip Kerja EPS
(1) Kesan niat pemanduApabila pemandu memusingkan stereng, sensor tork mengukur tork kilasan aci stereng, dan sensor sudut stereng merekod sudut stereng, kedua-duanya menghantar isyarat ke ECU. Isyarat kelajuan kenderaan dimasukkan secara serentak (cth, lebih banyak bantuan diperlukan pada kelajuan rendah dan bantuan diperlukan pada kelajuan rendah dan bantuan diperlukan).
(2) ECU mengira permintaan bantuanECU mengira bantuan sasaran berdasarkan tork, kelajuan kenderaan dan juga status kenderaan (cth, sudut kecondongan dalam beberapa model-tinggi) dan mengeluarkan isyarat PWM untuk mengawal motor. Contoh Algoritma:
Tempat letak kenderaan-rendah: Kuasa-membantu motor mengeluarkan tork yang tinggi (untuk stereng yang mudah).
Pemanduan-tinggi: Bantuan dikurangkan (untuk meningkatkan rasa jalan raya dan mengelakkan kepekaan-terlalu).
(3) Motor melaksanakan bantuan sterengMotor menghantar kuasa ke lajur stereng melalui mekanisme pengurangan (cth, gear cacing, tali pinggang) atau terus memacu rak (perbezaan struktur wujud antara jenis EPS yang berbeza, lihat di bawah). Arah bantuan motor adalah konsisten dengan arah stereng pemandu (dinilai oleh kekutuban sensor tork).
(4) Maklum balas dan pembetulanSistem sentiasa memantau tork stereng dan sudut stereng sebenar, melaraskan output motor secara dinamik untuk mencapai-kawalan gelung tertutup dan mengelakkan lebih-bantuan atau ketinggalan.
3. Klasifikasi dan Skop Aplikasi EPS
Berdasarkan kedudukan pemasangan motor yang berbeza, EPS boleh dibahagikan kepada jenis berikut:
| taip | Kedudukan Motor | Model Kenderaan Berkenaan | Ciri-ciri |
|---|---|---|---|
| C-EPS (Lajur-jenis EPS) | Dipasang pada lajur stereng | Kereta kompak, kereta mikro | Struktur mudah, kos rendah, tetapi output bantuan rendah |
| P-EPS (Pinion-jenis EPS) | Dipasang pada pinion stereng | Kereta kompak/sederhana | Bantuan sederhana,-prestasi yang seimbang |
| R-EPS (Rak-jenis EPS) | Memandu terus rak stereng | Kereta bersaiz besar dan sederhana-, SUV | Output bantuan tinggi, respons pantas, sesuai untuk-kenderaan tugas berat |
| DP-EPS (Dwi-EPS Pinion) | Dua motor memacu pinion dan rak masing-masing | Kereta berprestasi tinggi-, kereta mewah | Stereng yang lebih tepat, tindak balas dinamik yang lebih baik |
4. Kelebihan dan Kekurangan EPS
Kelebihan
(1) Kecekapan tenaga yang tinggi, julat-mesra: Didorong terus oleh motor elektrik, EPS tidak memerlukan pam hidraulik dan mempunyai kehilangan tenaga yang sangat rendah (HPS tradisional menggunakan kuasa enjin secara berterusan). Bagi kenderaan elektrik, tenaga yang disimpan secara tidak langsung boleh meningkatkan julat pemanduan (kira-kira 3%-5% pengoptimuman kecekapan tenaga).
(2) Bantuan stereng boleh laras secara fleksibel: Tahap bantuan boleh dilaraskan secara dinamik melalui perisian untuk menyesuaikan diri dengan senario yang berbeza (cth, stereng ringan pada kelajuan rendah, stereng stabil pada kelajuan tinggi), malah ia menyokong mod pemanduan yang diperibadikan (sukan/keselesaan).
(3) Struktur ringkas, kos penyelenggaraan yang rendah: Menghapuskan minyak hidraulik, pam, saluran paip dan komponen lain, mengurangkan risiko kebocoran minyak dan keperluan untuk penyelenggaraan seterusnya.
(4) Kebolehsuaian persekitaran yang kuat: Tidak terjejas oleh suhu yang melampau (minyak hidraulik menebal pada suhu rendah dalam sistem hidraulik, yang membawa kepada ketinggalan stereng).
(5) Sokongan untuk Sistem Bantuan Pemandu Lanjutan (ADAS): Serasi dengan fungsi ADAS seperti menjaga lorong dan tempat letak kenderaan automatik.
Keburukan
(1) Maklum balas rasa jalan yang lemah: Rasa jalan simulasi bantuan elektrik adalah kurang semula jadi berbanding sistem hidraulik.
(2) Pergantungan pada kebolehpercayaan sistem kawalan elektronik: Kepincangan fungsi motor, penderia atau perisian kawalan boleh menyebabkan kehilangan bantuan secara tiba-tiba (walaupun reka bentuk lebihan telah disediakan, risiko masih wujud).
(3) Bantuan yang tidak mencukupi di bawah senario-beban tinggi: Motor berkuasa-tinggi adalah mahal, dan sesetengah model-berharga rendah mungkin mempunyai bantuan yang tidak mencukupi dalam keadaan kerja yang melampau (cth, stereng semasa pegun).
II. Elektro-Pemandu Kuasa Hidraulik (EHPS)
Disebabkan oleh beban trak elektrik yang berat dan keperluan untuk bantuan stereng yang lebih kukuh, sesetengah model mengguna pakai Electro-Pemandu Kuasa Hidraulik (EHPS), yang memperkenalkan teknologi kawalan elektronik berdasarkan Pemandu Kuasa Hidraulik (HPS) tradisional untuk meningkatkan kecekapan dan kebolehkawalan tenaga.
1. Komposisi EHPS
Sistem EHPS terutamanya terdiri daripada komponen berikut:
(1) Elektro-pam hidraulik (menggantikan enjin tradisional-pam hidraulik)Didorong oleh motor elektrik dan beroperasi secara bebas daripada enjin, ia sesuai untuk kenderaan elektrik. Ia biasanya menggunakan Motor DC Tanpa Brushless (BLDC) atau Motor Segerak Magnet Kekal (PMSM) untuk meningkatkan kecekapan tenaga.
(2) Kuasa hidraulik-mekanisme bantuan (rak dan pinion atau gear stereng bola edaran semula)Serupa dengan HPS, tetapi tekanan hidraulik dilaraskan dengan tepat oleh sistem kawalan elektronik.
(3) Unit Kawalan Elektronik (ECU)Melaraskan kelajuan putaran dan tekanan pam hidraulik-elektro mengikut isyarat seperti kelajuan kenderaan dan tork stereng.
(4) Takungan hidraulik, saluran paip hidraulik, injap sterengSama seperti HPS tradisional, bertanggungjawab untuk penyimpanan dan kawalan aliran minyak hidraulik.
2. Prinsip Kerja EHPS
(1) Pengumpulan isyarat Apabila pemandu memusingkan stereng, penderia tork stereng mengesan niat stereng pemandu (magnitud dan arah daya stereng). Penderia kelajuan kenderaan menyediakan maklumat kelajuan kenderaan semasa (lebih banyak bantuan pada kelajuan rendah, kurang bantuan pada kelajuan tinggi).
(2) ECU mengira bantuan yang diperlukanBerdasarkan data seperti tork, kelajuan kenderaan dan sudut stereng, ECU mengira permintaan tekanan hidraulik yang sesuai dan mengawal kelajuan putaran pam hidraulik-elektro.
Kelajuan rendah (cth, tempat letak kereta): Motor berjalan pada kelajuan tinggi untuk menyediakan aliran minyak hidraulik yang besar untuk stereng yang mudah.
Kelajuan tinggi: Motor menjadi perlahan untuk mengurangkan bantuan, meningkatkan "kestabilan" stereng dan meningkatkan kestabilan pemanduan.
(3) Elektro-pam hidraulik memberikan tekananMotor memacu pam hidraulik, yang memberi tekanan pada minyak hidraulik dan menghantarnya ke injap kawalan stereng. Menurut arah tork stereng, injap kawalan memandu minyak hidraulik ke dalam ruang silinder hidraulik yang sepadan, menolak rak atau pautan stereng untuk mencapai bantuan stereng.
Kelajuan rendah/beban berat: Tingkatkan tekanan hidraulik untuk meningkatkan bantuan untuk stereng yang lebih mudah.
Kelajuan tinggi/tiada beban: Kurangkan tekanan hidraulik untuk mengurangkan bantuan dan meningkatkan kestabilan pemanduan.
(4) Peredaran minyak hidraulikSelepas bantuan selesai, minyak hidraulik mengalir kembali ke takungan untuk membentuk-edaran gelung tertutup.
3. Kelebihan dan Kekurangan EHPS
Kelebihan
(1)-Bantuan tork tinggi: Sesuai untuk-trak elektrik tugas berat dan kenderaan komersial, memberikan daya stereng yang lebih kuat daripada EPS.
(2) Kebolehpercayaan yang tinggi: Sistem hidraulik matang berfungsi dengan stabil di bawah keadaan kerja yang melampau (cth, suhu rendah, beban tinggi).
(3) Kos sederhana: Lebih menjimatkan daripada EPS (dilengkapi dengan-motor kuasa tinggi + mekanisme pengurangan) dan lebih cekap tenaga-berbanding HPS tradisional.
Keburukan
(1) Penggunaan tenaga yang agak tinggi: Elektro-pam hidraulik berjalan secara berterusan dan menggunakan lebih banyak kuasa daripada EPS (tetapi lebih cekap tenaga-berbanding HPS tradisional).
(2) Struktur kompleks: Memerlukan saluran paip hidraulik, takungan dan komponen lain, dengan penyelenggaraan yang sedikit lebih menyusahkan daripada EPS.
(3) Tindak balas sedikit perlahan: Kelajuan pelarasan dinamik sistem hidraulik adalah lebih rendah sedikit daripada EPS.
III. Pandu-Dengan-Kawat (SBW)
Pandu-Dengan-Kawat (SBW)ialah hala tuju pembangunan masa depan sistem stereng. Ia menghapuskan sepenuhnya sambungan mekanikal antara stereng dan roda, dan bergantung sepenuhnya pada isyarat elektrik untuk mengawal stereng.
1. Komposisi SBW
Sistem SBW terutamanya terdiri daripada komponen berikut:
(1) Modul stereng Bertanggungjawab untuk mengesan niat stereng pemandu dan mensimulasikan maklum balas rasa jalan, termasuk: pengesan tork/sudut stereng, motor maklum balas rasa jalan dan unit kawalan elektronik stereng.
(2) Modul pelaksanaan stereng Bertanggungjawab untuk memandu stereng roda, menggantikan tiang stereng tradisional dan mekanisme rak dan pinion, termasuk: motor pelaksanaan stereng, sensor sudut stereng dan mekanisme pengurangan (cth, skru bola atau set gear).
(3) Unit Kawalan Elektronik (ECU) "Otak" SBW, bertanggungjawab untuk pemprosesan isyarat dan penyelarasan sistem, termasuk: ECU utama dan ECU berlebihan.
(4) Sistem keselamatan berlebihanUntuk memastikan keselamatan, SBW mesti dilengkapi dengan berbilang sandaran, termasuk: dwi-bekalan kuasa, saluran komunikasi dwi dan sandaran kecemasan mekanikal.
2. Prinsip Kerja SBW
(1) Pengumpulan isyarat (modul stereng)
Sensor tork/sudut: Mengesan daya dan sudut putaran stereng pemandu dan menukarkannya kepada isyarat elektrik.
Isyarat seperti kelajuan kenderaan dan kadar yaw: Dapatkan status kenderaan (cth, ESP, data ABS) melalui bas CAN untuk mengira tindak balas stereng yang optimum.
(2) Kawalan elektronik (membuat keputusan-ECU)
ECU Utama: Mengira sudut stereng sasaran (melaraskan nisbah stereng secara dinamik digabungkan dengan kelajuan kenderaan, mod pemanduan, dsb.) dan keamatan maklum balas rasa jalan (mensimulasikan daya interaksi antara tayar dan permukaan jalan) berdasarkan isyarat sensor.
ECU berlebihan: Memantau sistem utama dalam masa nyata dan segera mengambil alih atau mengaktifkan mod kecemasan sebaik sahaja kerosakan dikesan (cth, kehilangan isyarat, keabnormalan motor).
(3) Perlaksanaan stereng (pemandu roda)Motor pelaksana stereng (biasanya-motor tanpa berus tork tinggi) memacu terus rak atau buku jari stereng untuk menolak roda untuk berpusing. Penderia kedudukan memberi suapan balik sudut stereng sebenar roda dalam masa nyata untuk mencapai kawalan gelung-tertutup dan memastikan pelaksanaan arahan ECU yang tepat.
(4) Simulasi rasa jalan (maklum balas stereng) Motor maklum balas rasa jalan menggunakan rintangan boleh atur cara pada stereng untuk mensimulasikan rasa jalan mekanikal sistem stereng tradisional (cth, lebam, perubahan dalam cengkaman tayar).
3. Kelebihan dan Kekurangan SBW
Kelebihan
(1) Tiada sambungan mekanikal: Meningkatkan fleksibiliti susun atur casis dan meningkatkan ruang dalaman.
(2) Nisbah stereng boleh ubah: Sudut putaran stereng dan sudut stereng roda boleh dilaraskan secara bebas (cth, stereng yang lebih sensitif pada kelajuan rendah, lebih stabil pada kelajuan tinggi).
(3) Disesuaikan dengan sempurna untuk pemanduan autonomi: Stereng boleh dikawal sepenuhnya oleh komputer tanpa campur tangan pemandu.
(4) Perlindungan perlanggaran yang lebih selamat: Tiada tiang stereng, yang tidak akan menceroboh ke dalam petak pemandu sekiranya berlaku perlanggaran.
Keburukan
(1) Kos tinggi: Memerlukan-komponen elektronik kebolehpercayaan tinggi dan sistem berlebihan.
(2) Sekatan kawal selia: Pada masa ini, sesetengah negara memerlukan pengekalan sandaran mekanikal separa (cth, sistem SBW Toyota masih mengekalkan sambungan kecemasan klac).
(3) Penerimaan pengguna: Sesetengah pengguna mempunyai keraguan tentang kaedah stereng "tiada sambungan mekanikal".
IV. Ringkasan
Artikel ini memperkenalkan tiga jenis sistem stereng yang berbeza untuk kenderaan elektrik dan prinsip kerjanya. Disebabkan oleh beban stereng trak elektrik yang berat, EHPS (Electro-Hydraulic Power Steering) masih menjadi penyelesaian arus perdana pada masa ini, yang mencapai keseimbangan yang baik antara keamatan bantuan, kebolehpercayaan dan kos. Walau bagaimanapun, dengan pembangunan-teknologi EPS berkuasa tinggi, sesetengah trak elektrik mungkin bertukar kepada EPS atau sistem stereng hibrid pada masa hadapan. Pada masa ini, EPS masih merupakan penyelesaian-yang paling kos efektif dan digunakan secara meluas. Masa depan sistem stereng kenderaan elektrik akan berubah daripada EPS (Electric Power Steering) kepada SBW (Steer-By-Wire), dan SBW akan menjadi arus perdana dengan fleksibiliti dan keserasian yang lebih tinggi dengan pemanduan autonomi.