液压转向系统长期以来主导工业多用途车市场,其原因是汽车设计商和驾驶员都熟悉这套系统。最近的趋势为使用电子线控转向系统,该系统通过使用软件定制转向轮和转向机构之间的连接,提供了更大的设计灵活性。一些供应商提供了针对工业多用途车市场的集成线控转向系统。一个关键的区别因素为用于提供转矩反馈以提高驾驶员车辆操控感的方法。最新一代的集成线控转向系统功耗低,费用也较低,并能够进行编程以提供多种增值功能。
淘汰液压转向系统
在近几十年内,液压转向技术一直应用于工业多用途车。工程师非常熟悉液压转向系统在恶劣环境中的耐用性,以及可以在大多数困难应用中提高性能的功率密度。但是对于许多工业多用途车而言,最近的工业趋势使液压转向系统失去优势。液压转向系统需要电动机、泵、阀门、软管和连接件。将液压驱动用于其他用途的多用途车可能会或可能不会拥有足够的液压泵动力以供应转向系统。
在其他应用中也有淘汰液压系统的趋势。许多制造商正在寻求减少或消除使用液压系统,所以从液压泵为转向系统提供备用动力更加困难。如果无法提供备用动力,则需要添加专门用于转向的液压系统,而此举将明显提高该方法的成本。另一方面,电子线控转向系统完全可以自给自足,无需外部泵或软管。这意味着当考虑泵、阀门、软管和配件的成本时,电子转向系统的成本通常大大低于液压转向系统的成本。
淘汰液压转向系统的另一个原因是希望改善电气驱动车辆的电池寿命并降低化石燃料驱动车辆的能源消耗。液压车辆通常消耗相对较高的电力,其原因为无论转向系统是否运行,液压系统都持续消耗电力。电子转向系统则大大降低了电力消耗,其原因为仅在运行转向系统时,才利用电力。
电子线控系统的优势
淘汰液压转向的另一个原因是近些年中电动机已经取得重大的性能改善。由于磁性材料、丝杠/滚珠丝杠效率、构造、制造技术和电子等方面的进步,电动机的功率密度大幅提升。现在,电动机可以在保持高效率的同时大幅提供更多的动力。线控转向系统也得益于电子电气产品稳定性的提高。电子转向系统几乎无需维护操作,因此更不容易出现由于缺乏维护而导致的故障。
与液压或直接驱动系统相比,电子转向系统还提供了更大的设计灵活性。因为无需直接连接到机械传动轴或液压阀并进而通过软管连接到转向电动机。电子转向系统不需要载人车中高昂的可伸缩机械联动机构或长液压软管,用于提升驾驶员从高仓库货架上取货。
电子转向系统还提供了配置车辆功能的更多机会。设计工程师可以轻松地使用软件命令调整转向机构传动比,甚至可以将车辆设计成可以在现场调整转向机构传动比或对其编程根据车辆的运行状况在运行中调整转向机构传动比。例如,可以将电子转向系统配置为低速时具有高转向机构传动比,高速时具有低转向机构传动比,以避免高速行驶时的突然转弯,或配置为低速时快速操纵。可以对电子转向系统进行编程,通过增加转矩阻力表明车辆已经处于转向范围的末端。电子转向系统可以增加更多的高级应用,例如使用转矩阻力防止驾驶员转向已探测到的障碍物。
独特的转矩反馈装置
采用电子转向系统的关键因素是驾驶员习惯于直接机械和液压转向系统提供的触觉反应,或“感觉”。最早一代的电子转向系统不提供该反馈,因此未获得车辆使用者的认可。丹纳赫传动公司已经研制了独特的转矩反馈装置,可提供多个重要优势。新方法通过使用磁性驱动系统将作用力应用到紧密接触转子的摩擦盘,工作方式非常类似于制动器。当轴固定时,传统的制动器利用粘滑效应产生更大的摩擦力,而摩擦盘使用新型材料,该材料的静态到动态的摩擦性能不受限于粘滑效应。
新型材料还通过宽范围的应用作用力提供了比例转矩作用力。无论摩擦材料的磨损如何,摩擦材料和转子之间的气隙保持不变。与转矩反馈装置中使用的其他材料不同,新型摩擦材料对温度不敏感,因此可以在多种运行状况下提供不变的性能,而无需添加温度补偿系统。新型材料在其生命周期内产生恒定的摩擦力,并且当切断电流时不会产生任何摩擦力。丹纳赫传动公司的转矩反馈装置也提供了微小电流变化的快速响应。
集成系统降低研发成本
几乎所有的工业多用途车和个人机动车制造商已经引进了线控转向系统或正计划在不久的将来引进线控转向系统。许多公司正在设计并采购自己的系统。这是一项具有挑战性的任务,这是因为需要执行传感器、建造或购买提供转矩反馈的系统、提供驱动电动机以及将这些组件集成到一起并与车辆集成。
丹纳赫传动公司提供了完整的电子线控转向系统,可大幅降低产品研制和采购成本,同时提供已经在实际使用中得到证明的先进设计。丹纳赫传动公司电子线控转向系统包括冗余轴位置传感器、具有摩擦装置和电磁驱动器的转矩反馈、驱动电动机和保护性外壳。原始设备制造商仅需要将驱动电动机连接到变速箱,将方向盘插入外壳并将设备编程以提供所需的功能。
该架构提供了宽范围的机械接口、电压、转矩、驱动马力等作为标准,以使其适应绝大多数应用。在大多数情况下,丹纳赫系统的价格比液压系统、内部研制的电子转向系统和竞争的商业电子转向系统的价格更低。丹纳赫传动公司有许多正在使用的电子转向系统,并计划在2009年提供更多的系统。
成功应用示例
力奇先进清洁设备有限公司是世界上最大的专业清洁设备制造商。该公司的Advance Captor 4300B和4800B电池骑乘式扫地-洗地机的清洁效率是传统扫地机和洗地机的两倍,因为它们能够一次完成扫地和洗地。它们还提供同类中最大的80加仑储藏箱,最大的主扫帚以及无烟无噪音的发动机。
这些清洁机最初设计时使用直接驱动转向和电气转矩辅助。力奇先进的工程师决定将转向系统升级为电子线控转向系统,以提高转向性能,降低电力消耗并能够添加额外功能。机械工程师Kurt Vetse介绍说:“我们曾经考虑液压转向系统,但是该车仅有一个较小的用于提升漏斗和关闭倾倒门的液压动力单元。该动力单元专门用于间歇性使用,所以选择液压转向系统将需要新的连续运行的动力单元。这将显著增加转向系统的成本。我们不想投入大量的资源,也不想冒险从零开始研制自己的线控转向系统。所以,我们考虑了三种主要的商业线控转向解决方案。由于丹纳赫传动公司的系统体型小、成本低,我们最终选择了丹纳赫传动。”
丹纳赫传动集成线控转向系统包含线控转向所需的所有功能,包括提供随时间和温度变化的可重复的性能以及零电流零转矩的转矩反馈技术。线控转向系统直接安装到力奇先进公司使用的用于转动方向盘的现有变速箱上,并可以安装到现有的控制台中。这将显著减少集成设计工作量,使力奇先进公司的工程师专注于为客户改善性能。
力奇先进公司的工程师调整转矩反馈以模拟许多客户习惯使用的液压转向系统。工程师们配置该系统以提供比大多数液压系统较少的锁对锁方向盘圈数以减少驾驶员的工作量。他们还降低了车辆直线行驶时的转向灵敏度,以使驾驶员更容易在笔直路径上控制车辆。
力奇先进公司通过在生命周期测试固定装置上的上千次循环,测试丹纳赫集成电子线控转向系统。这些系统在仿真机器使用寿命的测试中表现完美。力奇先进公司的拓展工程师Steve Strand介绍说:“集成线控转向系统替代了旧式转矩辅助系统、传动轴和万向节,同时降低25%的成本。适合现有控制台提供的外壳的能力可节约数千元加工成本。已经驾驶样车的客户反响非常好,带有新转向系统的洗地扫地机不久将投入生产。”
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