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深度:从陕汽SX2550/1型重高机研判基于全电EPS线性控制技术发展

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前文对陕汽SX2550型10X10重型高机动载具(后文简称陕汽SX2550型重高机)配置的可变行程液压减震技术进行了重点描述。本文将针对带转向对中和自动回位功能的全轮转向技术进行较为详细的探讨和介绍。通过这款陕汽SX2550型重高机标配的这2项核心车桥技术实用化,可以预判未来解放军乃至外军轮式装备发展的重要走向。

基于全电大功率EPS系统带来的精准线控转向技术,与线控加速和线控制动构成的线控底盘系统,为环境态势感知上装模块完美结合,构成日后军/民用以激光雷达为核心“真-无人驾驶”解决方案。

陕汽2550型重高机适配带自动对中和自动回位功能的全轮转向技术,具备“蛇行”“蟹行”转向模式,适配可变行程油气液压减震+双A型摆臂独立悬架,作为战略导弹发射载具、远程岸舰导弹发射载具技术储备车型,可大幅提高整车机动性,通过性。

需要注意的是(1),对于陕汽SX2550或SX2551这类多桥驱动的超重型载具而言,实现线控全轮转向技术,具有较高的技术壁垒。

首先,单桥承重高于常规重卡,单桥转向系统传递转矩超过5000Nm,同时满足多桥协同转向,需要复杂的控制系统和转向执行机构保障,一定给底盘设计带来诸多困扰。鉴于上述原因,差速转向的技术方案备受重视。

在以往举办的3届“跨越险阻-201X”陆上无人系统挑战赛中,从最初的基于1代猛士高机动车的无人驾驶技术验证车、基于4X4重型安全突击车的无人驾驶验证车、再到基于63式履带装甲车的搭载增程式混合驱动技术无人驾驶技术验证车的参赛,都在寻求围绕线性加速、线性制动以及最难的线性转向技术展开(车型平台)。

显然通过电机差速控制实现转向,是一个好主意,不用增加额外的转向机构,控制难度不大,少了故障点,但是这种方式存在很大的局限性。

履带式电驱车辆一般配备两组驱动电机,各驱动一条履带,极大部分工况两条履带都能同时接触地面,通过两组驱动电机(各伺服1组履带)的正反转差异控制,进行原地转向或差速转向,比较容易实现,但该方式对轮式装备就没有这么友好了,在路面复杂的情况下,并非每个车轮都能着地,差速控制显得望尘莫及,仍然需要保留转向系统。

无论轻\中\重型4\6\8轮驱动轮式装备,在用于军用无人驾驶技术验证平台的改进过程中,必须引入电液一体化或全电大功率EPS系统,以实现基本转向系统功能,然后与环境感知采集系统(激光雷达、多通道视频采集系统、毫米波雷达甚至双向稳定观瞄系统)结合,实现车辆高级别无人驾驶,但液压系统始终存在过于复杂,传动效率低,控制精度差等问题,全电大功率EPS系统必将成为唯一的技术路线。

对于陕汽SX2551型重高机类多驱动桥多轮转向的轮式载具,或采用全轮转向技术、或采用“前2”以及“前2+后X”类多轮转向技术。为了降低载具的转向半径提高机动性,让更多的驱动桥具备同比例或不同比例转向系数的技术,必须要对转向机承受的压力、不同类型转向连杆组件(球头和胶套)的制造工艺有着更高的要求。

上图为陕汽SX2551型重高机的副驾驶员一侧的第3转向驱动桥技术状态细节特写。

蓝色箭头所指、黄色箭头所指、白色箭头所指,皆为源自第1转向驱动桥(H型转向连杆组件)经第2转向驱动桥(转向拉杆)传递的转向力矩,最终经过转向外拉杆(绿色箭头所指)作用至转向节。

红色箭头:转向拉杆组件固定端(与车架)

显然,伺服陕汽SX2551的摇臂式转向机要想完全驱动10X10架构,就要建立“异常”强大的油压;要想完全驾驭全轮转向架构,还要保证结构“异常”复杂的转向拉/连杆组件可靠性。

需要注意的是(5),转向驱动桥超过4组的重型轮式载具-诸如具备全轮转向的陕汽SX2551型重高机,要为5条转向驱动桥配置5组高油压的转向机。而配置的转向归中与自动回位功能的实现,势必要考虑全车10套独立悬架处于不同姿态和减震行程状态,陕汽SX2551型重高机或通过配置5组电液一体化EPS系统,才可以具备精准自动回正和自动回位功能。

实际上,不同的“终端客户”对轮式载具的载具、通过性以及操控性的要求越来越高。随之而来的矛盾也就在多驱动桥带来的载荷提升,与全轮转向技术和可靠性之间的矛盾逐步凸显。

而在新能源驱动技术以及无人驾驶技术军用化大规模普及的“窗口期”,具备线性转向能力的多轮或全轮转向技术的应用,最终解决方案必然是全电驱动大功率EPS为核心展开的不同载具的装车应用。

受各个行业发展,市场体量限制,各国军用轮式装备都还在坚持液压转向技术为主,我们经常看到适用于2T桥的循环球式电助力系统,但循环球传扭能力上限太低,并不适用重载车型。纵观海内外,现阶段还有两种技术路线:

路线1:二次环面包络蜗轮蜗杆传动装置

蜗轮蜗杆技术可靠耐用,反向传递效率超低,非常适合应用于万牛米级别单向转矩的传递,加工工艺要求较高,笔者多次在展会现场看到超大规格的蜗轮蜗杆;但自身重量大,正向传递效率也不够高,限制了该技术在车辆上的应用;

路线2:滚珠丝杠传动装置

滚柱丝杠自身重量轻便,传递效率高,显然更适合应用于转向系统,通过系统方案的调整,能实现以角速度或线速度的形式进行转矩输出,都能有效解决上述问题,但加工工艺要求更高,如果能突破工艺技术,势必成为大转矩转向系统的最优方案,各高校、研究所、高新技术企业都已经在该技术上进行重点部署。

我们的目标是星辰大海:

作为无人驾驶平台执行端的全电驱动大功率EPS,可以在4轮驱动平台、设定1组系统用单桥转向精准线性控制;可以在6\8轮驱动平台、设定2\4组系统用于多轮转向精准线性控制;可以在10\1X轮驱动平台、设定同等数量的系统用于全轮转向精准线性控制。与此同时,满足智能辅助驾驶所需要的自动归中、自动回正、车道保持、抑制方向盘抖动等精准控制需求。

全电小功率H-EPS、全电中功率C-EPS以及电液一体化大功率-EHPS,要么存在储备功率不足、要么就是转向机精度不够等问题。需要特别强调的是,电液一体化大功率-EPS可以满足目前中重型轮式装备,在智能驾驶辅助环境下的线性转向的精准控制需求。但是,“额外”设定的液压缸、高压线缆以及储液机构,随着载具的驱动桥数量和车型平台的载荷,呈正比的提升。对于愈加强调单位效率提升、降低辅助分系统数量,提升可靠性需求的设计策略背道而驰。

因此,占比空间小、全系统自重轻、驱动效率更高的全电驱动大功率EPS的应用,是线性转向精准控制技术乃至高级别军用无人驾驶技术的全面普及的关键基础。

基于全电大功率EPS技术的应用,使得具备线精准性转向功能的以激光雷达为核心“真-无人驾驶”车辆在真实场景应用成为可能。但是全电大功率EPS技术的发展不断继续,重型载具需要一款电驱动、具备安全冗余、可承受更大扭矩的高精度线性转向全电大功率EPS系统(技术),来为更高规格的重型军用轮式载具提供更高的机动性,为军规级无人驾驶技术方案的实现提供优秀的验证平台。

新能源情报分析网评测组出品

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