חדשנות ועתיד של מערכות היגוי חשמליות לרכב מסחרי
בתוך גל החשמול והמודיעין של כלי הרכב, תעשיית הרכב נכנסת לתקופת מעבר קריטית מרכבים פונקציונליים לרכבים חכמים. השינוי הזה הניע את הפיתוח המהיר של טכנולוגיות- חדשניות רבות, ביניהןלנווט-על ידי-חוטטכנולוגיית השלדה-אחד מיסודות הליבה של נהיגה חכמה-מאותת על בואו של עידן רכב חדש. מימושה של-נהיגה אוטונומית ברמה גבוהה בעתיד יהיה תלוי במידה רבה בטכנולוגיית שלדה-לפי-היגוי.
טכנולוגיית Steer-by-wire מחליפה חיבורים מכניים מסורתיים בהעברת אותות חשמליים, שוברת את המגבלות של מנגנוני ההיגוי הקונבנציונליים ומביאה שינויים מהפכניים בשליטה ברכב. שלדת היגוי-לפי-משלבת בדרך כלל חמש מערכות מפתח: היגוי, בלימה, מתלים, הנעה והילוך. היתרונות העיקריים שלו כוללים מבנה קומפקטי, יכולת שליטה חזקה ותגובה מהירה.
לאחר מכן, אנו מתמקדים בתחום הליבה של טכנולוגיית steer-by-wire. בהשוואה לרכבי נוסעים, רכבים מסחריים מתמודדים עם אתגרים תובעניים יותר במערכות היגוי, כגון עומסים כבדים, בסיסי גלגלים ארוכים ודרישות היגוי מרובי-סרנים. נכון לעכשיו, התפקיד העיקרי של מערכות היגוי לרכב מסחרי עדיין מוגבל למתן סיוע בסיסי בהיגוי. תכונות מתקדמות כגון מהירות-התאמת סיוע רגישה, חזרה אוטומטית-למרכז, בקרת היגוי אקטיבית והתאמה אוטונומית של מצבי סיוע נשארות בשלבי מחקר, פיתוח והתקנת פיילוט.
הגה כוח הידראולי ממשיך להיות הפתרון המרכזי לרכבים מסחריים. עם זאת, יש לו חסרונות- ארוכי שנים, לרבות רמות רעש גבוהות, מאפייני סיוע בלתי-מתכווננים, וחוסר היכולת לתמוך בשליטה אלקטרונית או היגוי-על ידי-תיל.
עם ההתקדמות המהירה של בקרה אלקטרונית וטכנולוגיות חכמות, מערכות היגוי לרכב מסחרי עוברות בהדרגה לעבר פתרונות היגוי והיגוי-על ידי-היגוי מבוקרים אלקטרוניים. שינוי זה הוביל לפיתוח טכנולוגיות כגון היגוי כוח הידראולי-אלקטרו (EHPS),הגה כוח חשמלי(EPS), ומגוון תצורות גלגלי הגה חדשות. מערכות היגוי מבוקרות אלקטרוניות אלו לא רק עונות על המגבלות המובנות של מערכות הידראוליות מסורתיות, אלא גם משפרות משמעותית את ביצועי ההיגוי, יכולת השליטה הפעילה, בטיחות הנהיגה וחווית הנהיגה הכוללת.
מערכת הגה כוח הידראולית-אלקטרו (EHPS) משלבת מערכת הגה כוח הידראולית מסורתית (HPS) עם מנוע חשמלי ויכולה להישאר תואמת לממשק HPS המקורי של הרכב. מערכות EHPS מיושמות באופן נרחב במשאיות-קלות,-בינוניות וכבדות-כמו גם באוטובוסים בינוניים- וגדולים.
עם הצמיחה המהירה של כלי רכב מסחריים חדשים באנרגיה-כגון אוטובוסים, רכבים לוגיסטיים ורכבי סניטציה-, מקור הכוח של מערכות היגוי הידראוליות מסורתיות עבר בהדרגה ממנועי בעירה פנימית למנועים חשמליים. בינתיים, מערכות סוללות במתח גבוה- אפשרו את היישום של משאבות חשמליות בעוצמה גבוהה-. מערכת ה-EHPS הנדונה כאן היא בעצם מערכת הגה כוח הידראולית המונעת על ידי משאבה חשמלית גבוהה-.
ב-12 במאי 2020 הונפק באופן רשמי התקן החובה הלאומי GB 38032-2020 דרישות בטיחות לאוטובוסים חשמליים. סעיף 4.5.2 לתקן זה מציג דרישות חדשות לבקרת סיוע כוח במהלך נהיגה: אם מתרחש ניתוק מתח גבוה בדרגה B חריג בזמן שהרכב בתנועה ומהירות הרכב עולה על 5 קמ"ש, מערכת ההיגוי חייבת לשמור על סיוע בכוח למשך 30 שניות לפחות. כדי לעמוד בתקנה זו, רוב המשאבות החשמליות המשמשות באוטובוסים חשמליים נוכחיים נוקטות באסטרטגיית בקרת אספקת חשמל כפולה.
בכלי רכב מסחריים-קלים, מערכות הגה כוח חשמלי (EPS) הפכו בהדרגה לפתרון המיינסטרים. מערכות אלו מאמצות בדרך כלל היגוי כדורי חוזר חשמלי. בהשוואה למערכות EHPS מסורתיות, EPS מבטל רכיבים הידראוליים מורכבים כגון משאבות, מאגרי נפט וצינורות, וכתוצאה מכך מבנה פשוט יותר. כתוצאה מכך, מערכות EPS קלות יותר, מציעות תגובה מהירה יותר ומספקות שליטה מדויקת יותר.
במערכות EPS, סיוע בהיגוי מסופק על ידי מנוע חשמלי במקום לחץ הידראולי. הבקר מווסת במדויק את תפוקת המנוע בהתבסס על אותות סיבוב ההגה. כאשר הנהג מסובב את ההגה, חיישנים קולטים נתוני זווית ומומנט בזמן אמת ומשדרים אותם לבקר. לאחר העיבוד, הבקר שולח אותות בקרה כדי להניע את המנוע ולספק סיוע מתאים. כאשר ההגה אינו פועל, מערכת הסיוע נכנסת למצב רדום, לא צורכת אנרגיה נוספת ובכך משפרת את היעילות האנרגטית.
נכון לעכשיו, כמה דגמי רכב מסחרי-נמוך בשוק החלו לאמץפתרונות EPS, כולל רכבים מסחריים-קלים שפותחו באופן עצמאי על ידי החברה שלנו. הפיתוח של טכנולוגיית ההיגוי החשמלי הופך למגוון יותר ויותר. תצורות גלגלי הגה חדשות, כגון עיצובים של מוטות קשר ישרים-, נמצאות בפיתוח והתקדמות מתמדת כדי לעמוד בדרישות המומנט הגבוהות של כלי רכב מסחריים.
נכון לעכשיו, אוניברסיטאות ויצרנים ברחבי העולם פיתחו מגוון תצורות של גלגלי הגה חשמליים המסוגלים לספק את המומנט הגדול הנדרש על ידי כלי רכב מסחריים. חידושים אלו החדירו מומנטום חדש לקידום טכנולוגיית ההיגוי החשמלי לרכבים מסחריים. ביניהם, גלגל ההיגוי החשמלי של הגיר הפלנטרי משך תשומת לב משמעותית. הוא משלב רכיבים מרכזיים כגון מנוע סיוע-כוח, מנגנון הפחתת הילוכים גלילי, מנגנון הפחתת הילוכים פלנטרי ותיבת הילוכים תולעת. על ידי שילוב של מנגנוני הפחתת הילוכים פלנטריים וגילינדרים, עיצוב זה מפחית ביעילות את מהירות המנוע תוך הגדלת מומנט הפלט, ובכך עומד בדרישות מומנט גבוהות-.
בינתיים, מנגנון ההילוכים של גיר התולעת מבטיח העברה חלקה של מומנט משוב ההגה ועומסי התנגדות הכביש. גלגל ההיגוי החשמלי הציקלואידי משלב מנוע, מפחית גלגלי שבשבת ציקלואידי ומפחית גלגלי שיניים משופעים. המנוע מניע את מפחית גלגלי השיניים הציקלואידי, אשר מתחבר למפחית גלגלי השיניים המשופע, ולבסוף מעביר תנועה לציר מבוא ההיגוי. תצורה זו כוללת מבנה קומפקטי ומתוחכם תוך אספקת תפוקת מומנט גבוהה, ומבטיחה היגוי קל ותגובתי עבור כלי רכב מסחריים.
ציוד הגה הכוח האלקטרומגנטי משתמש בעקרונות אלקטרומגנטיים כדי להשיג היגוי בעזרת כוח-. מרכיבי הליבה שלו כוללים מכלול מתלה-ו-אום על ציר כניסת ההיגוי, שמתחבר לציר נדנדה מגזרי הנמצא בתוך מכלול גלגל ההיגוי. מגנט קבוע מותקן על מכלול -ו-האגוז, בעוד סלילים אלקטרומגנטיים DC מותקנים במכלול המכסה העליון והתחתון. בנוסף, חיישנים על פיר כניסת ההיגוי עוקבים אחר מצב ההיגוי בזמן אמת.
כאשר ECU גלגל ההיגוי מקבל אותות הקשורים לזווית ההיגוי, למהירות ולמומנט, הוא מספק זרם בגודל ובכיוון המתאימים לסלילים האלקטרומגנטיים של DC. בהתבסס על העיקרון שכמו קטבים מגנטיים דוחים וקטבים מנוגדים מושכים, מכלול המתלה-ו-האגוז מונע לנוע, ובכך מסובב את פיר הנדנדה המגזרי ומספק סיוע בהיגוי.
עם התקדמות מתמשכת של טכנולוגיות נהיגה אוטונומית, תובעות דרישות גבוהות יותר לגבי יתירות בטיחות במערכות היגוי-לפי-. נכון לעכשיו, רכבי הדגמה לנהיגה אוטונומית מאמצים בדרך כלל אסטרטגיות של יתירות תוכנה וחומרה כדי להבטיח בטיחות תפעולית. עם זאת, טכנולוגיות אלו עדיין לא יושמו באופן נרחב בכלי רכב מסחריים-המוניים.
לסיכום, מבחר טכנולוגיות היגוי-לפי-לכלי רכב מסחריים משתנה בהתאם לגורמים כגון עומס רכב, אילוצי פריסה ובגרות טכנולוגית. מסלולים טכניים מרובים מתכנסים לקראת פתרונות היגוי חשמליים, המסמנים מגמה ברורה בפיתוח העתידי של מערכות היגוי לרכב מסחרי.
