能源无疑是当今全世界共同关注的一大热门话题，随着汽车保有量不断增加，世界范围内的能源危机和能源消耗导致的环境问题已经引起各国普遍重视。而燃料电池汽车作为一种能有效改善这种情况的新能源汽车技术方案，已经受到世界各国汽车行业的青睐。这种车的关键和奥妙所在，在于它的来源——氢燃料电池近乎完美和非常理想的工作原理与机制，它是将氢和空气中的氧化剂反应生成的化学能直接转换成电能。对比纯电动汽车，它具有极好的环保性，能源效率特别高，氢资源也特别丰富，乘坐舒适性也更高。而正因为其在纯电动汽车关键技术久攻不破的情况下，给人一种全新的选择和道路，学界有人甚至断言，氢燃料电池汽车很可能是世界汽车的最终发展目标和新能源汽车终极解决方案。^[1]

在当前的环境下，各国积极发展氢燃料电池汽车，丰田氢燃料电池车Mirai 于2014年12月15日宣布商业化，开始面向普通消费者销售。2015年7月，宝马发布基于现款i8打造的i8 FCV试装车，最大续航里程483km。2015年7月，丰田与日野联合推动零排放燃料电池大巴运用，在东京大都会区进行路测，2016 件3月本田开始租售Clarity燃料电池车。2016年4月现代汽车为德国Bee Zero 公司提供燃料电池车ix35，开展汽车共享服务。2018美国CES展上，韩国现代汽车在发布了一款全新的氢燃料电池SUV汽车NEXO车型，新车基于现代可定制平台打造，代表了现代新能源技术的最高水平。^[2]而我国也在大力发展该项技术，其中又主要从客车入手。比如1月18日，亿华通控股子公司上海神力联合申龙客车研发的两款氢燃料电池公交车，分别是8.5m和10.5m长，目前已于上海奉贤区正式运营；还有宇通的“负排放”氢燃料电池客车等。而为何在公交车领域率先研发，主要是由于一方面，通过公交车示范运行可以检验燃料电池汽车的动力性能、安全性能以及经济性和可靠性，同时，能够在公交系统中积累一定的运行数据和经验，提高公众对氢燃料电池汽车安全应用的认识，发现技术漏洞并加以改进。另一方面，可以带动加氢基础设施的发展，避免加氢站的数量和燃料电池汽车的数量在产业前期相互制约。所以，目前研究完善设计燃料电池公交车的各个系统可以进一步改进燃料电池汽车的整体性能，为之后运用于其他各类汽车打下坚实的基础，这是具有战略意义的。^[3]

而转向系统是汽车底盘四大系统之一。汽车在行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。^[4]就轮式汽车而言，实现汽车转向方法是通过一套专设机构，使汽车转向桥上的车轮相对于汽车纵轴线偏转一定角度，从而达到转向目的。除了转向之外，驾驶员也可通过转向系统来使汽车在凹凸不平的路面上保持直线行驶。^[5]所以，转向系统作为汽车设计过程的重要一环，其涉及到汽车安全性、可靠性和操纵舒适性，且影响车辆的开发成本和后期能耗，只有设计得当才能充分发挥燃料电池公交车的整体优势。

燃料电池汽车由于取消内燃发动机，原来靠发动机带动提供转向助力的动力转向泵失去动力源，传统HPS己无法适应燃料电池汽车特点，需要采用能独立提供转向动力源的助力转向系统。除此之外，燃料电池汽车转向系统还应具有节能环保、安全可靠、操纵性和智能化程度高等特点。目前国内外能满足燃料电池汽车特点的助力转向系统主要有两大类，即电动液压助力转向系统(EHPS)和电动助力转向系统(EPS)，未来还将向线控转向系统(SBW)发展。^[6]

EHPS系统可以充分利用传统的液压动力转向系统技术，沿用较多成熟的 HPS系统零部件，实现节能，提高转向性能。但液压装置仍存在环境污染、渗油等问题。^[7]因此EHPS是传统转向技术向未来动力转向技术发展的过渡技术，它具有节能和改善操纵性能的多重优点，比如东北大学的一些研究人员就研究了一种节能式电控液压助力转向系统，大幅度减小了客车的能耗，^[8]所以其特别适合轴荷重、助力性能要求高的燃料电池汽车，在一定时期内还有很大发展，它将向控制算法更完善、动态性能更高、 低噪声、小型化方向发展。目前国内已成功开发的多款燃料电池轿车都应用了此方案，并已投入示范运行阶段，转向性能都能满足整车开发要求。^[9]其中针对不同车型也有一些运用，比如李霞等人为了解决现有的重型车辆液压动力转向系统车辆操纵问题，研究了一种电控液压动力转向系统，可以实现可变辅助特性，提高高速转向感，而客车也属于重型车辆，对它的研究也可借鉴。^[10]

而EPS系统没有液压装置，更加节能环保，且模块化集成度高，转向性能和安全性方面也比EHPS系统更佳，在传统汽车上已得到广泛的应用，适合燃料电池汽车转向技术的要求，已成为氢燃料电池轿车转向技术发展的主流。未来EPS系统的发展趋势是进一步改善控制性能，适宜燃料电池汽车特点，提供最佳助力性能，并进一步简化系统，减小控制单元和驱动单元体积，控制生产成本。国内针对EPS系统进行的研究时间较短，但由于EPS系统确实能对汽车转向进行更好的完善和优化，国家就号召国内各大高校开始开展对EPS系统的研究，在经过如清华大学、浙江大学等等拥有丰富师资力量院校的不断研究中，确实得到了一些优秀的研究成果。^[11]而国外也在积极改善这种系统的应用，比如Dongwook Lee，Kyung-Soo Kim等人提出了一种分析EPS系统的控制器的稳定性和设计的新方法，确保驾驶员对转向感觉感到满意；^[12]还有一种全电动助力转向系统等。^[13]此外，一些新技术，如自动驾驶，自动停车，也需要EPS的应用。EPS系统目前主要应用较为普及使用的小型乘用车，应用普及，具备成熟的技术，但在商用车领域，尤其是大型商用车方面，EPS系统没有真正意义上的应用，只是处在研究及试验阶段。^[14]

线控转向系统是在EPS系统的基础上，将动力转向技术的发展又推进了一步，它将为实现汽车智能化驾驶提供技术支持。由于燃料电池汽车技术还处于研发阶段，技术还未成熟，尽管SBW系统有许多优点，但还存在着可靠性的问题，因此SBW系统目前只在某些燃料电池概念样车上应用。目前欧洲汽车法规还要求驾驶员与转向车轮之间必须有机械连接，而线控转向系统作为一个还不成熟的技术目前还不能有足够的证据证明其可靠性，其次，线控转向系统还需要在可靠性与成本之间做出较好的平衡，因此燃料电池汽车目前还无法应用。但线控转向可以与汽车其它电气系统通过CAN总线连接到中央控制器上，由中央控制器统一协调控制汽车的运动，从而实现汽车电气的一体化和智能化，该转向技术将会得到进一步的研究与开发，它将是燃料电池汽车转向系统未来技术的一个发展方向。^[15]

2. 研究的基本内容与方案