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取消机械连接?未来转向系统核心在这里

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  [汽车之家 行业]  对于大多数车主来说,感受一辆车的操控性能,除了动力、底盘之外,更加直接的第一感触往往来自“路感”,也就是车辆的转向系统。转向系统性能好与不好,除了影响车辆操控性能之外,更关乎车辆的行驶安全。

  在新能源汽车和自动驾驶汽车日益普及下,转向系统将迎来新的革命,传统的机械连接将越来越少。近日,在上海国际汽车转向系统工程大会上,博泽中国驱动系统转向与制动产品经理李俊站台,分享了博泽在转向系统领域的新成果,以及未来趋势变化。其中,博泽第二代模块化转向电机成为了当天的焦点。

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EPS为何被海外巨头垄断?

  你是否驾驶过没有助力转向的老款汽车?驾驶这种汽车有点困难,需要花大力气去改变车轮的方向,而现在的汽车,基本都有助力系统来辅助驾驶人进行转向。

  回顾100多年汽车转向系统的发展史,主要历经四个阶段:从最初的机械式转向系统发展为液压助力转向系统(HPS),然后又出现了电子液压助力转向系统(EHPS)和电子助力转向系统(EPS)。一代比一代省力、舒适,便于操作。

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  EPS是典型的用电机代替机械连接的一项转向技术。在中国市场中,诸如NSK、耐世特、博世、捷太格特等外资或合资企业,在EPS领域的市场占有率高达80%左右,几乎处于垄断地位,牢牢把握了豪华和合资品牌车企的供应渠道,而中国本土转向企业市场占有率则不足20%。

  国内EPS系统相对于国外起步时间较晚,同时还面临着转向系统供应体系经验少、标准待升级等一系列问题。正如中国机械工业联合会执行副会长陈斌所言,“我国制造业在机电一体化方面困难重重,两化融合推进至今存在‘貌合神离’现象,存在研发空白。”

  其中,转向电机是转向系统最为核心的一道关卡。

  “有什么现成的产品直接给我?”“某某公司的某某产品直接给我拿一个”,这些可能是客户最朴实的一个需求。“电机的模块化设计其实跟汽车一样,我们要避免为客户的各种独特需求来做全新的研发。”李俊强调。

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  博泽就像一家餐馆,菜单上提供了各种各样的菜品,来下馆子的客户可以依照自己的喜好来下单,但有些客户会有忌口,比如不要辣、蒜或生菜,有的是素食主义,那博泽就可以对客户的需求进行微调,通过调节转向电机扭矩、转速、叠长和外径等参数实现快速匹配。这样做的最大好处是缩短研发周期。据悉,博泽设计出一个全新的电机方案,研发最少只要1-2周时间。

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如何定义转向系统的核心要素?

  整车的竞争实力往往取决于供应链的竞争实力。李俊强调,“供应商必须根据整车和系统级的功能安全需求,完整地定义电机(产品)的功能安全特性,并从设计层面完全规避可能发生的失效风险。”

  正如前面所言,转向系统直接影响车辆的行车安全,稍不留意就会酿成重大后果,轻则召回,重则危害生命。郑州日产日前召回电动车共计3620辆,主要因为转向电机控制器(MCU)软件BUG问题,出现无转向助力的现象,会导致车辆发生事故,存在安全隐患。

  问题来了,一款好的转向电机需要达到哪些要求?李俊告诉汽车之家,“转向电机是典型的功能安全零件,在设计层面,需要规避主要的安全功能失效模式,例如电机短路、堵转等,同时制造商还需拥有资深的功能安全团队,帮助客户把系统级的功能安全要求分解到电机上,并在电机层面提供定制化的方案。”

  从博泽第二代转向电机来看,性能有较大的提升。首先,博泽通过磁路与气隙的优化提升齿槽转矩,设计一个独立的减震元件,隔开定子和机壳之间的机械刚性连接,带来的直接好处是可以有效隔绝阶次噪音和振动。此外,电机的端盖和机壳上引进全新的激光焊接工艺,保证连接的强度、精度和气密性。

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  值得一提的是,相比上一代产品,博泽第二代模块化电机,材料使用率降低了20%,成本也有所降低,冗余设计更加灵活。

  “实际上,电机实现冗余设计并不困难,但难点在于如何更灵活,客户不管是要双冗余还是四冗余,都可以很灵活地去实现,并且在不改变电机整体架构的情况下,改变一个接线盘就可以。”李俊对此解释。

转向系统的未来在哪里?

  博泽给出的预测时间表显示,当前,燃油发动机仍然占据主导地位,但在2030-2040年期间,新能源汽车(包括纯电动、混动和氢能)将反超燃油车型,2040-2050年期间将完全成为新能源车型的天下。另一方面,不久的将来,L3级以上自动驾驶汽车将实现部分或全程脱离驾驶员的操控。

  无论是新能源汽车,还是自动驾驶汽车,对于转向系统的控制要求将更精确、可靠性更高。而原先的转向系统满足不了这些要求。因此,线控转向技术将成为未来的发展趋势,越来越多的机械件将被电机和线控技术取代。

  在未来自动驾驶车辆上,转向柱、刹车踏板和加速踏板等部件都不会再被保留。方向盘和转向轮之间是通过线控连接,它们之间没有直接的液力或机械连接。没有机械的转向管柱,也提高了车辆的碰撞安全性。

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  对于转向电机而言,会做哪些改变呢?“传统燃油发动机只需要一个简单的三相电机,混动汽车和L2级以上自动驾驶汽车需要一个冗余的六相电机,而全自动驾驶会进入线控转向的时代,需要基于线控的六相电机。”李俊对此表示。

  在线控转向方面,博泽已在欧洲与一些合作伙伴开展了预研工作。“对于转向电机来说,首先是电机冗余功能会成必选项。”李俊表示,“另外,线控转向会带来方向盘力反馈感知的全新需求,在这几方面,博泽的模块化电机平台也做好了快速匹配的准备。”

  另一个趋势,在固有的思维里,转向或许只是前轮的事情,但在未来,提升转向性能和安全还有一个利器——后轮转向。

  通过将后轮转向与前轮相反的方向,可以减小车辆转弯半径,显著提高在狭小空间中的灵活性。而前后轮同向,则可以提高车辆高速稳定性。

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  那么,后轮转向通过何种方式可以实现?通过增配后轴转向系统/电机即可。至于应用情况,目前还只局限于高端汽车上,比如保时捷多款新车、奥迪A8(参数|询价)、凯迪拉克CT6等。李俊坦言,“未来整体的发展还取决于市场接受度和制造成本的下降。”

  电动化和智能化是车辆发展的趋势,转向系统同样遵循这一趋势。据介绍,博泽已经组建实现包含电机设计、仿真、试验、样件制作,以及工业化的全部团队。总体而言,博泽第二代转向电机在客观层面已经“卡好了赛道”。(文/汽车之家 彭斐)

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