इलेक्ट्रिक वाहन स्टीयरिंग सिस्टम और उनके कार्य सिद्धांत

इलेक्ट्रिक वाहन स्टीयरिंग सिस्टम, इलेक्ट्रिक वाहनों की एक प्रमुख प्रणाली के रूप में, ईंधन से चलने वाले वाहनों से काफी भिन्न होते हैं। इन्हें मुख्य रूप से तीन श्रेणियों में विभाजित किया गया है: इलेक्ट्रिक पावर स्टीयरिंग (ईपीएस), इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक पावर स्टीयरिंग (ईएचपीएस), और स्टीयर{{3}बाय-वायर (एसबीडब्ल्यू)। प्रत्येक प्रकार में अलग-अलग कार्य सिद्धांत, फायदे, नुकसान और अनुप्रयोग के दायरे होते हैं। यह लेख इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए इन तीन स्टीयरिंग सिस्टम की संरचना और कार्य सिद्धांतों पर विस्तार से बताता है।

I. इलेक्ट्रिक पावर स्टीयरिंग (ईपीएस)

ईपीएसवर्तमान में इलेक्ट्रिक वाहनों में सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला स्टीयरिंग सिस्टम है। यह पारंपरिक हाइड्रोलिक पावर स्टीयरिंग (HPS) की जगह, स्टीयरिंग सहायता प्रदान करने के लिए एक इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग करता है।

1. ईपीएस की संरचना

ईपीएस में मुख्य रूप से निम्नलिखित घटक शामिल हैं:

(1) टॉर्क सेंसर: स्टीयरिंग व्हील के घूमने के टॉर्क और दिशा (चालक का इरादा) का पता लगाता है।

(2) स्टीयरिंग एंगल सेंसर: स्टीयरिंग व्हील एंगल पर नज़र रखता है (कुछ सिस्टम में टॉर्क सेंसर में एकीकृत)।

(3) वाहन गति सेंसर: वाहन गति संकेत प्रदान करता है (स्टीयरिंग सहायता के स्तर को गतिशील रूप से समायोजित करने के लिए)।

(4) इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल यूनिट (ईसीयू): वास्तविक समय में सेंसर डेटा को संसाधित करता है और आवश्यक स्टीयरिंग सहायता की गणना करता है।

(5) पावर-असिस्ट मोटर: आमतौर पर एक ब्रशलेस डीसी मोटर (बीएलडीसी), जो एक रिडक्शन मैकेनिज्म (उदाहरण के लिए, वर्म गियर) के माध्यम से टॉर्क को स्टीयरिंग कॉलम या रैक तक पहुंचाती है।

(6) न्यूनीकरण तंत्र: स्टीयरिंग सिस्टम को चलाने के लिए मोटर टॉर्क को बढ़ाता है।

2. ईपीएस का कार्य सिद्धांत

(1) चालक के इरादे का पता लगाएं जब चालक स्टीयरिंग व्हील घुमाता है, तो टॉर्क सेंसर स्टीयरिंग शाफ्ट के टोरसन टॉर्क को मापता है, और स्टीयरिंग कोण सेंसर स्टीयरिंग कोण को रिकॉर्ड करता है, दोनों ईसीयू को सिग्नल भेजते हैं। वाहन गति सिग्नल सिंक्रोनस रूप से इनपुट होते हैं (उदाहरण के लिए, कम गति पर अधिक सहायता की आवश्यकता होती है, और स्थिरता बढ़ाने के लिए उच्च गति पर सहायता कम हो जाती है)।

(2) ईसीयू सहायता मांग की गणना करता है। ईसीयू टॉर्क, वाहन की गति और यहां तक ​​कि वाहन की स्थिति (उदाहरण के लिए, कुछ उच्च अंत मॉडल में झुकाव कोण) के आधार पर लक्ष्य सहायता की गणना करता है, और मोटर को नियंत्रित करने के लिए एक पीडब्लूएम सिग्नल आउटपुट करता है। एल्गोरिदम उदाहरण:

कम गति वाली पार्किंग: पावर सहायता मोटर उच्च टॉर्क उत्पन्न करती है (सहज स्टीयरिंग के लिए)।

तेज़ गति से ड्राइविंग: सहायता कम कर दी गई है (सड़क के अनुभव को बेहतर बनाने और अधिक संवेदनशीलता से बचने के लिए)।

(3) मोटर स्टीयरिंग सहायता निष्पादित करती है मोटर एक कमी तंत्र (उदाहरण के लिए, वर्म गियर, बेल्ट) के माध्यम से स्टीयरिंग कॉलम में शक्ति संचारित करती है या सीधे रैक को चलाती है (विभिन्न ईपीएस प्रकारों के बीच संरचनात्मक अंतर मौजूद होते हैं, नीचे देखें)। मोटर सहायता की दिशा ड्राइवर की स्टीयरिंग दिशा (टॉर्क सेंसर की ध्रुवीयता द्वारा निर्धारित) के अनुरूप होती है।

(4) फीडबैक और सुधार सिस्टम लगातार स्टीयरिंग व्हील टॉर्क और वास्तविक स्टीयरिंग कोण की निगरानी करता है, बंद लूप नियंत्रण प्राप्त करने और अधिक सहायता या अंतराल से बचने के लिए मोटर आउटपुट को गतिशील रूप से समायोजित करता है।

3. ईपीएस का वर्गीकरण और अनुप्रयोग दायरा

मोटर की विभिन्न स्थापना स्थितियों के आधार पर, ईपीएस को निम्नलिखित प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

4. ईपीएस के फायदे और नुकसान

लाभ

(1) उच्च ऊर्जा दक्षता, सीमा अनुकूल: सीधे इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा संचालित, ईपीएस को किसी हाइड्रोलिक पंप की आवश्यकता नहीं होती है और इसमें बेहद कम ऊर्जा हानि होती है (पारंपरिक एचपीएस लगातार इंजन शक्ति की खपत करता है)। इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए, बचाई गई ऊर्जा अप्रत्यक्ष रूप से ड्राइविंग रेंज (लगभग 3% -5% ऊर्जा दक्षता अनुकूलन) बढ़ा सकती है।

(2) लचीले ढंग से समायोज्य स्टीयरिंग सहायता: सहायता के स्तर को विभिन्न परिदृश्यों (उदाहरण के लिए, कम गति पर हल्का स्टीयरिंग, उच्च गति पर स्थिर स्टीयरिंग) के अनुकूल सॉफ़्टवेयर के माध्यम से गतिशील रूप से समायोजित किया जा सकता है, और यह व्यक्तिगत ड्राइविंग मोड (खेल/आराम) का भी समर्थन करता है।

(3) सरल संरचना, कम रखरखाव लागत: हाइड्रोलिक तेल, पंप, पाइपलाइन और अन्य घटकों को समाप्त कर देता है, जिससे तेल रिसाव का खतरा कम हो जाता है और बाद में रखरखाव की आवश्यकता कम हो जाती है।

(4) मजबूत पर्यावरणीय अनुकूलनशीलता: अत्यधिक तापमान से अप्रभावित (हाइड्रोलिक सिस्टम में कम तापमान पर हाइड्रोलिक तेल गाढ़ा हो जाता है, जिससे स्टीयरिंग लैग होता है)।

(5) उन्नत ड्राइवर सहायता प्रणाली (एडीएएस) के लिए समर्थन: लेन कीपिंग और स्वचालित पार्किंग जैसे एडीएएस कार्यों के साथ संगत।

नुकसान

(1) कमजोर सड़क अनुभव प्रतिक्रिया: विद्युत सहायता का अनुरूपित सड़क अनुभव हाइड्रोलिक प्रणालियों की तुलना में कम स्वाभाविक है।

(2) इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली की विश्वसनीयता पर निर्भरता: मोटर, सेंसर या नियंत्रण सॉफ़्टवेयर की खराबी के कारण सहायता की अचानक हानि हो सकती है (हालाँकि अतिरेक डिज़ाइन मौजूद हैं, जोखिम अभी भी मौजूद हैं)।

(3) उच्च लोड परिदृश्यों के तहत अपर्याप्त सहायता: उच्च शक्ति वाली मोटरें महंगी होती हैं, और कुछ कम कीमत वाले मॉडलों में अत्यधिक कामकाजी परिस्थितियों (उदाहरण के लिए, स्थिर रहते हुए स्टीयरिंग) के तहत अपर्याप्त सहायता हो सकती है।

द्वितीय. इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक पावर स्टीयरिंग (ईएचपीएस)

इलेक्ट्रिक ट्रकों के भारी भार और मजबूत स्टीयरिंग सहायता की आवश्यकता के कारण, कुछ मॉडल इलेक्ट्रो {{0}हाइड्रोलिक पावर स्टीयरिंग (ईएचपीएस) को अपनाते हैं, जो ऊर्जा दक्षता और नियंत्रणीयता में सुधार के लिए पारंपरिक हाइड्रोलिक पावर स्टीयरिंग (एचपीएस) के आधार पर इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण तकनीक पेश करता है।

1. ईएचपीएस की संरचना

EHPS प्रणाली में मुख्य रूप से निम्नलिखित घटक शामिल हैं:

(1) इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक पंप (पारंपरिक इंजन की जगह-चालित हाइड्रोलिक पंप) एक इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा संचालित और इंजन से स्वतंत्र रूप से संचालित होने वाला, यह इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए उपयुक्त है। ऊर्जा दक्षता में सुधार के लिए यह आमतौर पर ब्रशलेस डीसी मोटर (बीएलडीसी) या परमानेंट मैग्नेट सिंक्रोनस मोटर (पीएमएसएम) को अपनाता है।

(2) हाइड्रोलिक पावर -सहायक तंत्र (रैक और पिनियन या रीसर्क्युलेटिंग बॉल स्टीयरिंग गियर) एचपीएस के समान, लेकिन हाइड्रोलिक दबाव को इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली द्वारा सटीक रूप से समायोजित किया जाता है।

(3) इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल यूनिट (ईसीयू) वाहन की गति और स्टीयरिंग टॉर्क जैसे संकेतों के अनुसार इलेक्ट्रो हाइड्रोलिक पंप की रोटेशन गति और दबाव को समायोजित करता है।

(4) हाइड्रोलिक जलाशय, हाइड्रोलिक पाइपलाइन, स्टीयरिंग वाल्व, पारंपरिक एचपीएस के समान, हाइड्रोलिक तेल के भंडारण और प्रवाह नियंत्रण के लिए जिम्मेदार।

2. ईएचपीएस का कार्य सिद्धांत

(1) सिग्नल संग्रह जब चालक स्टीयरिंग व्हील घुमाता है, तो स्टीयरिंग व्हील टॉर्क सेंसर चालक के स्टीयरिंग इरादे (स्टीयरिंग बल की परिमाण और दिशा) का पता लगाता है। वाहन गति सेंसर वर्तमान वाहन गति की जानकारी प्रदान करता है (कम गति पर अधिक सहायता, उच्च गति पर कम सहायता)।

(2) ईसीयू टॉर्क, वाहन की गति और स्टीयरिंग कोण जैसे डेटा के आधार पर आवश्यक सहायता की गणना करता है, ईसीयू उचित हाइड्रोलिक दबाव मांग की गणना करता है और इलेक्ट्रो - हाइड्रोलिक पंप की रोटेशन गति को नियंत्रित करता है।

कम गति (उदाहरण के लिए, पार्किंग): सहज स्टीयरिंग के लिए हाइड्रोलिक तेल का एक बड़ा प्रवाह प्रदान करने के लिए मोटर उच्च गति पर चलती है।

उच्च गति: सहायता को कम करने, स्टीयरिंग व्हील की "स्थिरता" को बढ़ाने और ड्राइविंग स्थिरता में सुधार करने के लिए मोटर धीमी हो जाती है।

(3) इलेक्ट्रो - हाइड्रोलिक पंप दबाव प्रदान करता है। मोटर हाइड्रोलिक पंप को चलाता है, जो हाइड्रोलिक तेल पर दबाव डालता है और इसे स्टीयरिंग नियंत्रण वाल्व तक पहुंचाता है। स्टीयरिंग व्हील टॉर्क की दिशा के अनुसार, नियंत्रण वाल्व हाइड्रोलिक तेल को हाइड्रोलिक सिलेंडर के संबंधित कक्ष में निर्देशित करता है, स्टीयरिंग सहायता प्राप्त करने के लिए रैक या स्टीयरिंग लिंक को धक्का देता है।

कम गति/भारी भार: आसान स्टीयरिंग के लिए सहायता बढ़ाने के लिए हाइड्रोलिक दबाव बढ़ाएं।

उच्च गति/कोई भार नहीं: सहायता कम करने और ड्राइविंग स्थिरता में सुधार करने के लिए हाइड्रोलिक दबाव कम करें।

(4) हाइड्रोलिक तेल परिसंचरण सहायता पूरी होने के बाद, हाइड्रोलिक तेल एक बंद लूप परिसंचरण बनाने के लिए जलाशय में वापस प्रवाहित होता है।

3. ईएचपीएस के फायदे और नुकसान

लाभ

(1) उच्च -टॉर्क सहायता: भारी - ड्यूटी वाले इलेक्ट्रिक ट्रकों और वाणिज्यिक वाहनों के लिए उपयुक्त, ईपीएस की तुलना में मजबूत स्टीयरिंग बल प्रदान करता है।

(2) उच्च विश्वसनीयता: परिपक्व हाइड्रोलिक प्रणाली अत्यधिक कामकाजी परिस्थितियों (उदाहरण के लिए, कम तापमान, उच्च भार) के तहत स्थिर रूप से कार्य करती है।

(3) मध्यम लागत: ईपीएस की तुलना में अधिक किफायती (उच्च - पावर मोटर + कटौती तंत्र से सुसज्जित) और पारंपरिक एचपीएस की तुलना में अधिक ऊर्जा - कुशल।

नुकसान

(1) अपेक्षाकृत उच्च ऊर्जा खपत: इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक पंप लगातार चलता है और ईपीएस की तुलना में अधिक बिजली की खपत करता है (लेकिन पारंपरिक एचपीएस की तुलना में अधिक ऊर्जा-कुशल है)।

(2) जटिल संरचना: ईपीएस की तुलना में थोड़े अधिक परेशानी वाले रखरखाव के साथ हाइड्रोलिक पाइपलाइनों, जलाशयों और अन्य घटकों की आवश्यकता होती है।

(3) थोड़ी धीमी प्रतिक्रिया: हाइड्रोलिक सिस्टम की गतिशील समायोजन गति ईपीएस की तुलना में थोड़ी कम है।

तृतीय. स्टीयर-द्वारा-तार (एसबीडब्ल्यू)

स्टीयर-द्वारा-तार (SBW)स्टीयरिंग सिस्टम के भविष्य के विकास की दिशा है। यह स्टीयरिंग व्हील और पहियों के बीच यांत्रिक कनेक्शन को पूरी तरह से समाप्त कर देता है, और स्टीयरिंग को नियंत्रित करने के लिए पूरी तरह से विद्युत संकेतों पर निर्भर करता है।

1. एसबीडब्ल्यू की संरचना

एसबीडब्ल्यू प्रणाली में मुख्य रूप से निम्नलिखित घटक शामिल हैं:

(1) स्टीयरिंग व्हील मॉड्यूल ड्राइवर के स्टीयरिंग इरादे का पता लगाने और रोड फील फीडबैक का अनुकरण करने के लिए जिम्मेदार है, जिसमें शामिल हैं: स्टीयरिंग व्हील टॉर्क/एंगल सेंसर, रोड फील फीडबैक मोटर और स्टीयरिंग व्हील इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल यूनिट।

(2) स्टीयरिंग निष्पादन मॉड्यूल, पारंपरिक स्टीयरिंग कॉलम और रैक और पिनियन तंत्र की जगह, व्हील स्टीयरिंग को चलाने के लिए जिम्मेदार है, जिसमें शामिल हैं: स्टीयरिंग निष्पादन मोटर, स्टीयरिंग कोण सेंसर और कमी तंत्र (उदाहरण के लिए, बॉल स्क्रू या गियर सेट)।

(3) इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण इकाई (ईसीयू) एसबीडब्ल्यू का "मस्तिष्क", सिग्नल प्रोसेसिंग और सिस्टम समन्वय के लिए जिम्मेदार है, जिसमें शामिल हैं: मुख्य ईसीयू और अनावश्यक ईसीयू।

(4) निरर्थक सुरक्षा प्रणाली सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए, एसबीडब्ल्यू को कई बैकअप से सुसज्जित होना चाहिए, जिसमें शामिल हैं: दोहरी बिजली आपूर्ति, दोहरे संचार चैनल और यांत्रिक आपातकालीन बैकअप।

2. एसबीडब्ल्यू का कार्य सिद्धांत

(1) सिग्नल संग्रह (स्टीयरिंग व्हील मॉड्यूल)

टॉर्क/एंगल सेंसर: ड्राइवर के स्टीयरिंग व्हील के घूमने के बल और कोण का पता लगाता है और उन्हें विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है।

वाहन की गति और यॉ दर जैसे सिग्नल: इष्टतम स्टीयरिंग प्रतिक्रिया की गणना के लिए CAN बस के माध्यम से वाहन की स्थिति (उदाहरण के लिए, ईएसपी, एबीएस डेटा) प्राप्त करें।

(2) इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण (ईसीयू निर्णय लेना)

मुख्य ईसीयू: सेंसर संकेतों के आधार पर लक्ष्य स्टीयरिंग कोण की गणना करता है (वाहन की गति, ड्राइविंग मोड इत्यादि के साथ संयुक्त रूप से स्टीयरिंग अनुपात को गतिशील रूप से समायोजित करता है) और सड़क अनुभव प्रतिक्रिया की तीव्रता (टायर और सड़क की सतह के बीच संपर्क बल का अनुकरण करता है)।

निरर्थक ईसीयू: वास्तविक समय में मुख्य प्रणाली की निगरानी करता है और किसी खराबी (उदाहरण के लिए, सिग्नल हानि, मोटर असामान्यता) का पता चलने पर तुरंत आपातकालीन मोड को अपने हाथ में ले लेता है या आपातकालीन मोड को सक्रिय कर देता है।

(3) स्टीयरिंग निष्पादन (पहिया ड्राइविंग) स्टीयरिंग निष्पादन मोटर (आमतौर पर एक उच्च - टॉर्क ब्रशलेस मोटर) पहियों को मोड़ने के लिए धक्का देने के लिए सीधे रैक या स्टीयरिंग पोर को चलाती है। स्थिति सेंसर बंद लूप नियंत्रण प्राप्त करने और ईसीयू निर्देशों के सटीक निष्पादन को सुनिश्चित करने के लिए वास्तविक समय में पहियों के वास्तविक स्टीयरिंग कोण को वापस फीड करता है।

(4) रोड फील सिमुलेशन (स्टीयरिंग व्हील फीडबैक) रोड फील फीडबैक मोटर पारंपरिक स्टीयरिंग सिस्टम (जैसे, धक्कों, टायर की पकड़ में बदलाव) के मैकेनिकल रोड फील को अनुकरण करने के लिए स्टीयरिंग व्हील पर प्रोग्रामेबल प्रतिरोध लागू करता है।

3. एसबीडब्ल्यू के फायदे और नुकसान

लाभ

(1) कोई यांत्रिक कनेक्शन नहीं: चेसिस लेआउट के लचीलेपन में सुधार करता है और आंतरिक स्थान बढ़ाता है।

(2) परिवर्तनीय स्टीयरिंग अनुपात: स्टीयरिंग व्हील रोटेशन कोण और व्हील स्टीयरिंग कोण को स्वतंत्र रूप से समायोजित किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, कम गति पर अधिक संवेदनशील स्टीयरिंग व्हील, उच्च गति पर अधिक स्थिर)।

(3) स्वायत्त ड्राइविंग के लिए पूरी तरह से अनुकूलित: स्टीयरिंग को ड्राइवर के हस्तक्षेप के बिना कंप्यूटर द्वारा पूरी तरह से नियंत्रित किया जा सकता है।

(4) सुरक्षित टक्कर सुरक्षा: कोई स्टीयरिंग कॉलम नहीं, जो टक्कर की स्थिति में ड्राइवर के डिब्बे में घुसपैठ नहीं करेगा।

नुकसान

(1) उच्च लागत: उच्च विश्वसनीयता वाले इलेक्ट्रॉनिक घटकों और अनावश्यक प्रणालियों की आवश्यकता होती है।

(2) विनियामक प्रतिबंध: वर्तमान में, कुछ देशों को आंशिक यांत्रिक बैकअप बनाए रखने की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, टोयोटा की एसबीडब्ल्यू प्रणाली अभी भी क्लच आपातकालीन कनेक्शन बरकरार रखती है)।

(3) उपभोक्ता स्वीकृति: कुछ उपयोगकर्ताओं को "कोई यांत्रिक कनेक्शन नहीं" स्टीयरिंग विधि के बारे में संदेह है।

चतुर्थ. सारांश

यह लेख इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए तीन अलग-अलग प्रकार के स्टीयरिंग सिस्टम और उनके कार्य सिद्धांतों का परिचय देता है। इलेक्ट्रिक ट्रकों के भारी स्टीयरिंग भार के कारण, EHPS (इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक पावर स्टीयरिंग) वर्तमान में भी मुख्यधारा समाधान है, जो सहायता की तीव्रता, विश्वसनीयता और लागत के बीच एक अच्छा संतुलन प्राप्त करता है। हालाँकि, उच्च शक्ति वाली ईपीएस तकनीक के विकास के साथ, कुछ इलेक्ट्रिक ट्रक भविष्य में ईपीएस या हाइब्रिड स्टीयरिंग सिस्टम पर स्विच कर सकते हैं। वर्तमान में, ईपीएस अभी भी सबसे अधिक लागत प्रभावी समाधान है और इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रिक वाहन स्टीयरिंग सिस्टम का भविष्य ईपीएस (इलेक्ट्रिक पावर स्टीयरिंग) से एसबीडब्ल्यू (स्टीयर-बाय-वायर) तक विकसित होगा, और एसबीडब्ल्यू अपने उच्च लचीलेपन और स्वायत्त ड्राइविंग के साथ अनुकूलता के साथ मुख्यधारा बन जाएगा।