Innovación y futuro de los sistemas de dirección eléctrica para vehículos comerciales
En medio de la ola de electrificación e inteligencia de los vehículos, la industria automotriz está entrando en un período crítico de transición de vehículos funcionales a vehículos inteligentes. Esta transformación ha impulsado el rápido desarrollo de numerosas-tecnologías de vanguardia, entre las que se encuentrandirigir-mediante-cableLa tecnología del chasis-una de las bases fundamentales de la conducción inteligente-señala la llegada de una nueva era automovilística. La realización de una conducción autónoma de alto-nivel en el futuro dependerá en gran medida de la tecnología de chasis de dirección-mediante-cables.
La tecnología de dirección-por-cables reemplaza las conexiones mecánicas tradicionales con transmisión de señales eléctricas, rompiendo las limitaciones de los mecanismos de dirección convencionales y aportando cambios revolucionarios al control del vehículo. Un chasis de dirección-por-cables normalmente integra cinco sistemas clave: dirección, frenado, suspensión, conducción y cambios. Sus principales ventajas incluyen una estructura compacta, gran controlabilidad y respuesta rápida.
A continuación, nos centraremos en el ámbito principal de la tecnología de dirección-por-cable. En comparación con los vehículos de pasajeros, los vehículos comerciales enfrentan desafíos más exigentes en los sistemas de dirección, como cargas pesadas, distancias entre ejes largas y requisitos de dirección de múltiples-ejes. En la actualidad, la función principal de los sistemas de dirección de vehículos comerciales todavía se limita a proporcionar asistencia básica a la dirección. Las funciones avanzadas como el ajuste de asistencia sensible a la velocidad-, el retorno automático-al-centro, el control de dirección activo y el ajuste autónomo de los modos de asistencia permanecen en las etapas de investigación, desarrollo e instalación piloto.
La dirección asistida hidráulica sigue siendo la solución principal para los vehículos comerciales. Sin embargo, tiene-desventajas de larga data, incluidos altos niveles de ruido, características de asistencia no-ajustables y la incapacidad de admitir control electrónico o dirección-mediante-funciones de cable.
Con el rápido avance del control electrónico y las tecnologías inteligentes, los sistemas de dirección de vehículos comerciales están haciendo una transición gradual hacia soluciones de dirección controladas electrónicamente y dirección-por-cable. Este cambio ha llevado al desarrollo de tecnologías como la dirección asistida electro-hidráulica (EHPS),Dirección asistida eléctrica(EPS) y varias configuraciones nuevas del mecanismo de dirección. Estos sistemas de dirección controlados electrónicamente no sólo abordan las limitaciones inherentes de los sistemas hidráulicos tradicionales, sino que también mejoran significativamente el rendimiento de la dirección, la capacidad de control activo, la seguridad de conducción y la experiencia de conducción en general.
El sistema de dirección asistida electro-hidráulica (EHPS) combina un sistema de dirección asistida hidráulica (HPS) tradicional con un motor eléctrico y puede seguir siendo compatible con la interfaz HPS original del vehículo. Los sistemas EHPS se aplican ampliamente en camiones livianos-, medianos-y pesados-, así como en autobuses medianos-y grandes.
Con el rápido crecimiento de los vehículos comerciales de nueva energía-como autobuses, vehículos logísticos y vehículos sanitarios-la fuente de energía de los sistemas de dirección hidráulica tradicionales ha pasado gradualmente de los motores de combustión interna a los motores eléctricos. Mientras tanto, los sistemas de baterías de alto-voltaje a bordo han permitido la aplicación de bombas eléctricas de alta-potencia. El sistema EHPS que se analiza aquí es esencialmente un sistema de dirección asistida hidráulica impulsado por una bomba eléctrica de alta-potencia.
El 12 de mayo de 2020 se emitió oficialmente la norma nacional obligatoria GB 38032-2020 Requisitos de seguridad para autobuses eléctricos. El artículo 4.5.2 de esta norma introduce nuevos requisitos para el control de la asistencia eléctrica durante la conducción: si se produce una desconexión anormal de alto voltaje de Clase B mientras el vehículo está en movimiento y la velocidad del vehículo supera los 5 km/h, el sistema de dirección debe mantener la asistencia eléctrica durante al menos 30 segundos. Para cumplir con esta normativa, la mayoría de las bombas eléctricas utilizadas en los autobuses eléctricos actuales adoptan una estrategia de control de suministro de energía dual.
En los vehículos comerciales-ligeros, los sistemas de dirección asistida eléctrica (EPS) se han convertido gradualmente en la solución principal. Estos sistemas suelen adoptar un mecanismo de dirección de bola de recirculación eléctrica. En comparación con los sistemas EHPS tradicionales, el EPS elimina componentes hidráulicos complejos como bombas, depósitos de petróleo y tuberías, lo que da como resultado una estructura más simple. Como resultado, los sistemas EPS son más livianos, ofrecen una respuesta más rápida y brindan un control más preciso.
En los sistemas EPS, la asistencia a la dirección la proporciona un motor eléctrico en lugar de presión hidráulica. El controlador regula con precisión la salida del motor basándose en las señales de rotación del volante. Cuando el conductor gira el volante, los sensores capturan datos de ángulo y torsión en tiempo real y los transmiten al controlador. Después del procesamiento, el controlador envía señales de control para accionar el motor y brindar la asistencia adecuada. Cuando el volante no está en funcionamiento, el sistema de asistencia entra en estado inactivo, sin consumir energía adicional y mejorando así la eficiencia energética.
Actualmente, algunos modelos de vehículos comerciales de bajo-tonelaje en el mercado han comenzado a adoptarSoluciones EPS, incluidos vehículos comerciales{0}}ligeros desarrollados de forma independiente por nuestra empresa. El desarrollo de la tecnología de dirección eléctrica está cada vez más diversificado. Se están desarrollando nuevas configuraciones de mecanismos de dirección, como diseños de tirantes- rectos, que han logrado avances constantes para satisfacer las altas demandas de torque de los vehículos comerciales.
En la actualidad, universidades y fabricantes de todo el mundo han desarrollado una variedad de configuraciones de mecanismos de dirección eléctricos capaces de entregar el gran par requerido por los vehículos comerciales. Estas innovaciones han inyectado un nuevo impulso al avance de la tecnología de dirección eléctrica para vehículos comerciales. Entre ellos, el mecanismo de dirección eléctrico con engranaje planetario ha atraído una gran atención. Integra componentes clave como un motor-asistido, un mecanismo de reducción de engranajes cilíndricos, un mecanismo de reducción de engranajes planetarios y una transmisión de engranajes helicoidales. Al combinar mecanismos de reducción de engranajes planetarios y cilíndricos, este diseño reduce efectivamente la velocidad del motor al tiempo que aumenta el par de salida, cumpliendo así con los requisitos de alto-par.
Mientras tanto, el mecanismo de transmisión de tornillo sin fin garantiza una transmisión suave del par de retroalimentación del volante y las cargas de resistencia de la carretera. El mecanismo de dirección eléctrico de molinete cicloidal integra un motor, un reductor de molinete cicloidal y un reductor de engranajes cónicos. El motor impulsa el reductor de molinete cicloidal, que luego se conecta al reductor de engranajes cónicos y finalmente transmite movimiento al eje de entrada de dirección. Esta configuración presenta una estructura compacta y sofisticada al tiempo que ofrece un alto par de torsión, lo que garantiza una dirección ligera y receptiva para vehículos comerciales.
El mecanismo de dirección asistida electromagnética utiliza principios electromagnéticos para lograr una dirección asistida-. Sus componentes principales incluyen un conjunto de cremallera-y-tuerca en el eje de entrada de la dirección, que engrana con un eje de balancín sectorial alojado dentro del conjunto del mecanismo de dirección. Se monta un imán permanente en el conjunto de cremallera-y-tuerca, mientras que las bobinas electromagnéticas de CC se instalan en los conjuntos de cubierta superior e inferior. Además, los sensores en el eje de entrada de la dirección monitorean el estado de la dirección en tiempo real.
Cuando la ECU del mecanismo de dirección recibe señales relacionadas con el ángulo de dirección, la velocidad y el par, suministra corriente de magnitud y dirección apropiadas a las bobinas electromagnéticas de CC. Basado en el principio de que los polos magnéticos iguales se repelen y los polos opuestos se atraen, el conjunto de cremallera-y-tuerca se mueve, girando así el eje del balancín del sector y proporcionando asistencia de dirección.
Con el avance continuo de las tecnologías de conducción autónoma, se están imponiendo mayores exigencias a la redundancia de seguridad en los sistemas de dirección-por-cables. Actualmente, los vehículos de demostración de conducción autónoma suelen adoptar estrategias de redundancia de software y hardware para garantizar la seguridad operativa. Sin embargo, estas tecnologías aún no se han aplicado ampliamente en los vehículos comerciales- producidos en masa.
En resumen, la selección de tecnologías de dirección-por-cable para vehículos comerciales varía dependiendo de factores como la carga del vehículo, las limitaciones de diseño y la madurez de la tecnología. Múltiples rutas técnicas están convergiendo hacia soluciones de dirección eléctrica, lo que marca una tendencia clara en el desarrollo futuro de los sistemas de dirección de vehículos comerciales.
