商用车电液转向系统开发应用研究

商用车电液转向系统开发应用研究

曹昆

安徽江淮汽车集团股份有限公司  安徽合肥  230601

【摘要】：本研究通过对EHPS智能电液转向系统的硬件结构和系统架构进行匹配设计分析，并在某商用车上进行匹配应用、测试验证。结果表明：实施该系统不仅提升了商用车的转向手感舒适性，还有效提高了驾驶安全性，为商用车整车横向控制的智能化实现提供了有力支持。本文的匹配设计分析方法可为类似系统在不同车型上的应用提供指导和参考，为未来商用车技术的发展做出了积极的贡献。

【关键词】：电液转向系统；商用车；智能控制

在中重型商用车领域，传统循环球液压转向系统一直是保障行驶稳定性和操控性的重要组成部分。随着科技的不断进步和市场需求的变化，智能化、自动化成为商用车发展的关键方向，同时，催生了新五化时代的到来，其中包括智能网联技术的应用。在这一背景下，EHPS（智能电液转向系统）通过整车横向自动控制，随速助力和主动回正等功能，为商用车的驾驶提供了更为智能的支持。这不仅提高了驾驶安全性，还增强了驾驶舒适性，同时也符合智能网联时代对车辆智能性的要求[1]。智能电液转向系统实现了传统液压转向系统无法比拟的功能。其功能原理涉及到匹配设计和标定调试，确保系统在不同的路况和车速下都能够稳定可靠地工作。这不仅提升了转向手感，还为商用车的辅助驾驶和自动驾驶功能奠定了基础。

本文通过在某商用车型的匹配设计、标定调试过程中的研究分析，智能电液转向系统成功提升了商用车的整体性能。实现了车辆能够随速助力、主动回正，满足不同驾驶需求，尤其在辅助驾驶和自动驾驶方面取得了显著的成果，不仅提高了驾驶安全性和舒适性，同时也降低了司机的驾驶疲劳度，符合汽车行业朝着“新五化”和智能网联方向发展的趋势。

1 智能电液转向系统结构

智能电液转向系统在转向器内部引入了扭矩传感器、电机控制器和电机等关键部件，以实现更智能、精确的转向辅助功能。系统的电控部分包括扭矩角度传感器、电机控制器和转向电机，它们协同工作以提供驾驶人员更为灵活的操控体验，具体结构见图1。

1—蜗轮蜗杆传动机构 2—电机控制器 3—电机 4—液压助力部分 5—扭矩角度传感器 6—方向盘 7—转向液压泵 8—转向管路 9—转向杆系 10—转向传动装置总成

图1 智能电液转向系统结构

智能电液转向系统不仅提供了更为灵活、精准的驾驶操控体验，而且在不同驾驶场景下展现出了更强大的性能。通过这一创新，智能电液转向系统为汽车驾驶带来了更高水平的安全性和操控性，为未来汽车科技的发展开辟了新的方向。

2 智能电液转向系统架构与控制逻辑

2.1 系统架构

智能电液转向系统架构的设计结合了智能控制和电液混合技术，以提供高效、安全的转向性能。该系统的核心组成包括输入模块、电液转向器的控制器及其子模块、驱动电流、电机、扭矩传感器以及与车辆其他部件通信的CAN信号。如图2所示，输入模块充当系统的感知器，负责接收来自不同源的关键信号。电源信号和点火信号用于系统的激活，而方向盘扭矩角度信号则是一个重要的输入，反映驾驶员的操控意图。通过CAN信号，系统能够实时获取与其他车辆系统和传感器的信息，从而实现更全面的环境感知。电液转向器的控制器及其子模块是系统的智能决策中枢，通过处理输入信号并执行相应的控制算法，以确保车辆在各种驾驶情境下都能提供灵活而稳定的转向响应。控制器与驱动电流模块协同工作，将经过处理的信号转化为驱动电机所需的电流。驱动电机将电能转化为机械能，产生扭矩作用于转向管柱，实施将方向盘的扭矩转化为车轮的转动，从而实现精准而灵活的转向操作。

图2 智能电液转向系统架构

2.2 控制逻辑

智能电液转向系统是一种先进的汽车控制系统，具备多项关键功能（见图3），为车辆提供了更智能、安全和便捷的驾驶体验，主要有以下几个方面的功能[2]。

（1）上电自检功能，系统在上电时进行自检，自动检测各个关键部件的工作状态。当系统正常无故障时，进入待机模式等待指令；一旦发现故障，系统会反馈相关信息至C-CAN，并退出工作状态，确保驾驶安全。

（2）助力转向功能，在车辆启动且CAN通信正常的情况下，系统提供助力转向功能，使得驾驶更为轻松。在自动驾驶状态下，驾驶人员可以通过方向盘接管转向系统，保持对车辆的控制权。

（3）主动回正功能，在人工驾驶或人工介入模式下，当车速大于0、方向盘角度不为0且扭矩传感器检测到扭矩接近0时，系统会主动将方向盘回到中位位置，提高车辆稳定性和驾驶舒适性。

（4）自动驾驶功能，系统支持自动驾驶功能，在启动怠速并且CAN通信正常的情况下，接收上层控制的转向指令，通过助力模式切换至自动驾驶模式。系统根据接收到的信号输出目标电流，实现精准的目标转角，提升自动驾驶性能。

（5）信号反馈功能，通过转向器的角度传感器、扭矩传感器等，系统实时反馈当前转向角度、方向盘扭矩、电机助力扭矩等关键信息至CAN总线。这些反馈信息对于系统的实时调节和车辆状态监测至关重要。

（6）故障反馈功能，系统具备故障检测和反馈功能，一旦检测到通信、控制等方面的故障，会发送相关信号至仪表，触发故障文本报警指示并点亮故障指示灯，提醒驾驶人员及时进行检修，确保车辆安全运行。

图3 智能电液转向系统控制逻辑

3 智能电液转向系统商用车应用验证过程

3.1 智能电液转向标定调试

在车辆驾驶系统的开发与调试过程中，关键的标定和测试环节对于确保汽车的安全性、稳定性以及驾驶性能至关重要[3]。①传感器零位标定是确保车辆直行零位准确的重要步骤。通过准确标定传感器，能够有效避免车辆在行驶过程中出现跑偏和稳定性差的问题，提高整个驾驶系统的可靠性。②随速助力标定是通过调整电流曲线，特别是在低速行驶时提高转向的轻便性，同时在高速行驶时保持稳定性，有助于优化驾驶体验，提高低速操控的灵活性，以及在高速行驶时的稳定性。③主动回正标定则是调整回正电流，以确保在低速行驶时增大回正助力电流，从而提供更好的操控感觉，而在高速行驶时逐渐减弱，避免过度回正。这一步骤对于提高驾驶系统的精准性和平稳性至关重要。④转向补偿、PID系数标定是为了提高系统的跟随能力和舒适性。通过调整PID参数，系统可以更好地响应驾驶输入，改善转向响应和阻尼补偿，从而提高整个驾驶系统的性能。⑤在自动驾驶转向标定调试中，重点是确保平稳过渡从人工驾驶到自动驾驶，包括限制最大角速度，优化电机扭矩和PID系数，以提升安全性和驾驶的平滑性。

3.2 转向操控、响应、舒适性能标定调试后测试验证

经过对电液转向系统的标定调试和性能测试，技术人员采集了丰富的客观数据并进行了详尽的主观评价。在评估过程中，重点关注了直行稳定性、转向轻便性、转向回正性能等指标，以全面了解系统在各种驾驶场景下的表现。

（1）针对直行稳定性这一重要指标，智能电液转向系统相较于传统液压转向系统表现出明显的优势。跑偏量显著减少，为驾驶员提供更为可靠的直行行驶体验。此外，转向手力在原地转向时明显降低，使得低速行驶时的操控更为轻松。

（2）在转向轻便性方面，系统在各个驾驶状况下都表现出卓越的性能。尤其是在低速行驶、通过红绿灯、紧急制动避让行人等特殊场景下，驾驶员能够感受到明显的转向手感优势，为复杂城市交通条件下的驾驶提供了更好的体验。

（3）针对转向回正性能，智能电液转向系统通过有效的控制转向回正残余角度，确保了车辆行驶时的稳定性。这一特性在高速行驶、转弯、通过山路等复杂路况下得到了充分体现，为驾驶员提供了更为可靠的操控感受。

通过在各种模拟场景下的测试，智能电液转向系统的操控性、响应性和舒适性都得到了显著提升。驾驶员的主观评价分数从6.5分提升至8分，说明在日常使用工况下，智能电液转向系统的转向性能得到了显著的优化。

4 结束语

综上所述，EHPS智能电液转向系统在中重型商用车领域的试装验证、标定调试、以及转向性能测试和横向控制性能测试中展现出了显著的成果。通过系统的验证，成功实现了诸如随速助力转向、主动回正等关键功能，为商用车的整车智能化提升树立了新的技术标杆，这将有助于推动中重型商用车行业迈向更智能、更高效的未来。

参考文献

[1]武金龙,谢凡.搅拌车电液转向的匹配及试验研究[J].农业装备与车辆工程,2023,61(03):56-58+64.

[2]施国标,张洪泉,王帅等.电液耦合转向系统应急转向控制方法研究[J].机械工程学报,2023,59(06):149-158.

[3]石海燕.商用车电液转向系统开发应用研究[J].汽车测试报告,2023,(05):142-144.