新能源輕卡物流車最初的設(shè)計(jì)理念是油改電，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也是在燃油車基礎(chǔ)上將發(fā)動(dòng)機(jī)帶的轉(zhuǎn)向泵更換為電動(dòng)轉(zhuǎn)向泵，即電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electro Hydraulic Power Steering,EHPS）。伴隨著市場(chǎng)及用戶對(duì)轉(zhuǎn)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(jí)純電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。純電動(dòng)輕卡（Electric Power Steering,EPS）的應(yīng)用可以有效提升整車的轉(zhuǎn)向輕便性、回正性等，且可接收上層信號(hào)，實(shí)現(xiàn)車道保持、自適應(yīng)巡航等高級(jí)功能。隨著EPS成熟應(yīng)用，純線控轉(zhuǎn)向（Steer By Wire,SBW）未來有望批量應(yīng)用。

電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[1]是在傳統(tǒng)燃油車液壓助力轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)上將發(fā)動(dòng)機(jī)帶的轉(zhuǎn)向泵更換為電動(dòng)轉(zhuǎn)向泵（見圖1），轉(zhuǎn)向器等部件與燃油車保持一致，適應(yīng)性開發(fā)管路。

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

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

如圖1所示，電動(dòng)轉(zhuǎn)向泵由轉(zhuǎn)向電機(jī)和轉(zhuǎn)向泵兩個(gè)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(zhuǎn)向電機(jī)需求的高壓三相交流電，提供給電機(jī)，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向泵工作，為轉(zhuǎn)向器提供動(dòng)力源，保證轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向或低速掉頭時(shí)，駕駛員需要轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤角度大、轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的速度就要快。高速時(shí)防止車輛側(cè)翻，轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤角度小、速度慢，且需求一定的轉(zhuǎn)向手感。所以轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向油流量，如果流量太小，轉(zhuǎn)向太快就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重，如果流量太大，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)轉(zhuǎn)油流速太快，導(dǎo)致油路溫度太高，會(huì)加速皮碗、塑料油管等部件的老化。

轉(zhuǎn)向泵的控制策略正常有兩種，一種是定頻即轉(zhuǎn)向控制器只輸出一種頻率，使電動(dòng)轉(zhuǎn)向泵以規(guī)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，轉(zhuǎn)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(shí)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向控制器根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向角度調(diào)節(jié)輸出頻率[3]，進(jìn)而調(diào)整電動(dòng)轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速，為不同工況下提供不同的流量大小，保證低速大角度轉(zhuǎn)向時(shí)流量大，低速小角度轉(zhuǎn)向時(shí)流量小，高速轉(zhuǎn)向時(shí)流量小，從而保證低速輕便性的同時(shí)，提高高速駕駛操縱感，同時(shí)節(jié)能降耗。

轉(zhuǎn)向控制器變頻調(diào)節(jié)條件為

1）轉(zhuǎn)向控制器接收整車啟動(dòng)命令開始運(yùn)行。

2）轉(zhuǎn)向控制器根據(jù)整車車速、轉(zhuǎn)向角度兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行變頻輸出。

3）轉(zhuǎn)向控制器變頻輸出的整車車速一般分為四個(gè)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(zhuǎn)向角度一般分為兩個(gè)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(shí)，轉(zhuǎn)向角度為0°～±10°時(shí)，轉(zhuǎn)向泵以1/2最高轉(zhuǎn)速nmax進(jìn)行工作，降低能耗。

2）車速為第一階段時(shí)，轉(zhuǎn)向角度>±10°時(shí)，轉(zhuǎn)向泵迅速提升至最高轉(zhuǎn)速nmax進(jìn)行工作，保證整車的操縱輕便性。

3）車速為第二階段時(shí)，轉(zhuǎn)向角度為0°～±10°時(shí)，轉(zhuǎn)向泵以1/2最高轉(zhuǎn)速nmax進(jìn)行工作，降低能耗。

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

5）車速為第三階段時(shí)，轉(zhuǎn)向角度為0°～±10°時(shí)，轉(zhuǎn)向泵以1/2最高轉(zhuǎn)速nmax進(jìn)行工作，降低能耗。

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

7）車速為第四階段時(shí)，轉(zhuǎn)向泵在全角度內(nèi)均以1/2最高轉(zhuǎn)速nmax進(jìn)行工作，降低能耗的同時(shí)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(zhuǎn)向器的大小、載重的大小等具體標(biāo)定。

1）變頻調(diào)節(jié)：可變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速，來降低能耗且能提高轉(zhuǎn)向操縱性能。

2）回正性差：轉(zhuǎn)向回正性完全依靠前橋的回位性，回正性能偏差。

3）無法實(shí)現(xiàn)車道保持等智能化功能。

4）耗能大：轉(zhuǎn)向器為常流式，耗能較大。

5）噪音大：電動(dòng)轉(zhuǎn)向泵的工作噪音大，用戶體驗(yàn)感差。

6）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、重量大。

鑒于目前市場(chǎng)上新能源輕卡車型前懸架型式為非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)，純電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向方案在原有EHPS的基礎(chǔ)上，將液壓助力循環(huán)球轉(zhuǎn)向器升級(jí)為電動(dòng)循環(huán)球轉(zhuǎn)向器（見圖4），實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[4]。

EPS由方向盤、轉(zhuǎn)向操縱裝置、電動(dòng)循環(huán)球轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向直拉桿、車輪及輪胎等組成，其布置結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，帶動(dòng)輸入軸使扭桿變形，扭矩轉(zhuǎn)角傳感器根據(jù)扭桿變形量及電磁方向檢測(cè)方向盤轉(zhuǎn)矩的大小和方向，然后轉(zhuǎn)化為電信號(hào)發(fā)送給電機(jī)控制器，電機(jī)控制器處理后結(jié)合車速信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和助力電流大小，電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行扭矩放大，和手力一起作用到螺桿上使螺桿旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺母上下移動(dòng)，螺母齒條帶動(dòng)搖臂軸的齒扇進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)垂臂前后移動(dòng)。

EPS可實(shí)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(biāo)定，控制電機(jī)的助力電流，實(shí)現(xiàn)“低速輕便，高速穩(wěn)定”的目的。

2）主動(dòng)回正功能：EPS可主動(dòng)提供一個(gè)回正力矩，回正時(shí)輔助用戶將方向盤轉(zhuǎn)回到中間位置，提高操縱舒適性。

3）慣性補(bǔ)償功能：在助力電流基礎(chǔ)上另附加一個(gè)額外的補(bǔ)償電流，可以克服轉(zhuǎn)向時(shí)由慣性引起的波動(dòng)和黏滯感，進(jìn)而保證轉(zhuǎn)向時(shí)手感的平順和清晰。

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

5）摩擦補(bǔ)償功能：減小轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的摩擦阻力，用來減小或消除轉(zhuǎn)向過程中摩擦對(duì)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(dòng)轉(zhuǎn)向，實(shí)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(xì)標(biāo)定，精確提供各種行駛路況下的最佳轉(zhuǎn)向助力，減小由路面不平引起的對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“低速輕便，高速穩(wěn)定”的目的。

2）回正性好：增加主動(dòng)回正，提高了轉(zhuǎn)向回正性能。

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

4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)。

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

6）智能化：能夠?qū)崿F(xiàn)車道保持、自動(dòng)泊車和智能駕駛等高級(jí)功能。

7）環(huán)境適應(yīng)性好：相比EHPS有更好的低溫工作性能，更好適應(yīng)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(yīng)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(qiáng)烈，結(jié)合EPS和EHPS的優(yōu)缺點(diǎn)，未來EPS會(huì)成為新能源輕卡物流車的主流趨勢(shì)[5]。

隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別越來越高，為了追求更高的執(zhí)行精度、更快的響應(yīng)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(jī)構(gòu)間的機(jī)械連接，用電信號(hào)來傳遞指令，實(shí)現(xiàn)真正意義上的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[6]。

SBW主要是在EPS基礎(chǔ)上，取消傳統(tǒng)系統(tǒng)中方向盤與轉(zhuǎn)向器的機(jī)械連接，系統(tǒng)主要由路感反饋模擬器、轉(zhuǎn)向器、控制器及相關(guān)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(jī)、控制電路、轉(zhuǎn)角扭矩傳感器、電源等均為雙路，通過雙冗余設(shè)計(jì)方案可大大提高轉(zhuǎn)向安全。

線控轉(zhuǎn)向的特點(diǎn)有：

1）改善駕駛特性和增強(qiáng)操縱性?；谲囁佟恳刂频葏?shù)，轉(zhuǎn)向比率可不斷變化。低速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向比率低，可減小轉(zhuǎn)彎半徑；高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)第64頁）由于消除了機(jī)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(qiáng)汽車舒適性。無機(jī)械硬連接，地面的不平和轉(zhuǎn)向輪的不平衡不會(huì)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(gè)性化的設(shè)置?？梢愿鶕?jù)駕駛員的要求設(shè)置轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比和方向盤反饋力矩，以滿足不同駕駛員的要求和適應(yīng)不同的駕駛環(huán)境，與轉(zhuǎn)向相關(guān)的駕駛行為都可以通過軟件來設(shè)置與實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)然優(yōu)勢(shì)明顯的同時(shí)，阻礙也非常大，具體表現(xiàn)為

1）安全性：由于尚未批量應(yīng)用，即未大規(guī)模驗(yàn)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(diǎn)關(guān)注。

2）高成本和復(fù)雜性：線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的研發(fā)、制造和維護(hù)成本較高，并涉及復(fù)雜的電子控制系統(tǒng)，且未批量應(yīng)用，導(dǎo)致成本大幅增加。

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

在電動(dòng)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(yīng)用EPS是必然趨勢(shì)，隨著EPS應(yīng)用成熟及智能駕駛的發(fā)展，商用車線控轉(zhuǎn)向技術(shù)也逐步成為主機(jī)廠研究的方向，線控轉(zhuǎn)向是汽車控制橫向運(yùn)動(dòng)的核心部件，是高階智能駕駛的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)。隨著技術(shù)的不斷迭代及產(chǎn)品的逐步應(yīng)用，線控轉(zhuǎn)向會(huì)逐步滿足輔助駕駛和自動(dòng)駕駛的應(yīng)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(qiáng)大支撐。