汽车线控技术应用实例
1、线控制动系统
线控制动系统（BBW，Brake-By-Wire），目前分为两类，一种为电液制动系统（EHB，Electro-Hydraulic Brake），另一种为电子机械制动系统（EMB，Electro-Mechanical Brake）。EHB是电子与液压系统相结合所形成的多用途、多形式的制动系统，它由电子系统提供柔性控制，液压系统提供动力；而EMB 则将传统制动系统中的液压油或空气等传力介质完全由电制动取代，是未来制动控制系统的发展方向。
（1）电液制动系统
在中小型车辆的传统制动系统中，驾驶员通过制动主缸在轮缸建立制动压力，而EHB则是通过蓄能器提供制动压力。蓄能器压力由柱塞泵产生，可提供多次连续的制动压力。EHB由传感器、ECU及执行器（液压控制单元）等构成，其结构如图１所示。
制动踏板与制动器间无直接动力传递。制动时，制动力由ECU和执行器控制，踏板行程传感器将信号传给ECU，ECU汇集轮速传感器、转向传感器等各路信号，根据车辆行驶状态计算出每个车轮的最大制动力，并发出指令给执行器的蓄能器来执行各车轮的制动。高压蓄能器能快速而精确地提供轮缸所需的制动压力。同时，控制系统也可接受其他电子辅助系统（例如ABS、BAS、EBD、ESP 等）的传感器信号，从而保证最佳的减速度和行驶稳定性。
（2）电子机械制动系统
EMB主要用于小型车辆中，主要包含电制动器、ECU、轮速传感器、动力电源等。它与EHB最大区别是制动力为电机提供的转矩，而不是由柱塞泵产生的高压油，且有独立的电源来供电，其各部分的功能如表１。
2、线控转向系统
线控转向系统（SBW，Steering-By-Wire）去掉了转向盘和转向轮之间的机械连接，减轻了大约５kg重量，消除了路面的冲击，具有降低噪声和隔振等优点。目前国外著名汽车公司和汽车零部件厂家竞相研究具有智能化的新一代转向系统，如美国Delphi公司、TRW公司、日木三菱公司、Koyo公司、德国
Bosch公司、ZF公司、BMW公司等都相继在研制各自的SBW系统，国内也开始涉足这一相关研究领域。
SBW系统由方向盘模块、转向执行模块和ECU３个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助模块组成，其结构如图２所示。
方向盘模块包括方向盘、方向盘转角、力矩传感器、方向盘回正力矩电机。方向盘模块的主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量方向盘转角）转换成数字信号并传递给主控制器；同时接受ECU送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩以提供给驾驶员相应的路感信号。转向执行模块包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等。转向执行模块的功能是接受ECU 的命令，控制转向电机实现要求的前轮转角，完成驾驶员的转向意图。ECU对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发送命令，控制两个电机的工作。自动防故障系统是线控转向系的重要模块，它包括一系列监控和实施算法，针对不同的故障形式和等级作出相应处理，以求最大限度地保持汽车的正常行驶。汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切
研究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是线控转向系统最重要的组成系统之一。
SBW的工作原理是当转向盘转动时，转向传感器和转向角传感器将测量到的驾驶员转矩和转向盘的转角转变成电信号输入到ECU，ECU依据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转方向，并根据转向力模拟，生成反馈转矩，控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转角度，通过机械转向装置控制转向轮的转向位置，使汽车沿着驾驶员期望的轨迹行驶。
参考文献
《轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战》李永兵
《汽车结构与设计》林程王文伟机械工业出版社
《汽车线控技术的应用及发展趋势》程飞
《汽车线控技术的应用及关键技术》饶剑
汽车线控转向技术 前言 汽车转向性能是汽车的主要性能之一，转向系统的性能直接影响到汽车的操纵稳定性，它对于确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。如何合理地设计转向系统，使汽车具有良好的操纵性能，始终是设计人员的重要研究课题。在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。线控转向系统(Steering By - WireSystem，简称SBW)的发展，正是迎合这种客观需求。它是继EPS后发展起来的新一代转向系统，具有比EPS操纵稳定性更好的特点，而且它在转向盘和转向轮之间不再采用机械连接，彻底摆脱传统转向系统所固有的限制，在给驾驶员带来方便的同时也提高了汽车的安全性。 一、线控转向系统的发展概况 德国奔驰公司在1990年开始了前轮线控转向的研究，并将它开发的线控转向系统应用于概念车F400Carving上。日本Koyo也开发了线控转向系统，但为了保证系统的安全，仍然保留了转向盘与转向轮之间的机械部分，即通过离合器连接，当线控转向失效时通过离合器结合回复到机械转向。宝马汽车公司的概念车BMWZ22，应用了SteerByWire技术，转向盘的转动范围减小到160，使紧急转向时驾驶员的忙碌程度得到了很大降低。意大利Bertone设计开发的概念车FILO，雪铁龙越野车C-Crosser，Daimlerchrysler概念车R129，都采用了线控转向系统。2003年日本本田公司在纽约国际车展上推出了LexusHPX概念车，该车也采用了线控转向系统，在仪表盘上集成了各种控制功能，实现车辆的自动控制。估计几年后，机械系统将由电缆与电子信号取代。 二、线控转向系统的结构及工作原理 (一)线控转向系统的结构 汽车线控转向系统主要由转向盘模块、前轮转向模块、主控制器(ECU)以及自动防故障系统组成，其结构如图1所示。
本技术属于汽车转向系统中的线控转向系统技术领域，具体地说是一种自动驾驶汽车线控转向系统的设计。该转向系统组成上包括主控制器、转向操纵机构、转向执行机构、横拉杆、转向轮、电磁离合器和车轮转角传感器等；本技术是一种结构简单的自动驾驶汽车线控转向系统，改进了目前已有的线控转向系统结构使其更好地应用在自动驾驶汽车上，保证自动驾驶汽车能实现前轮线控转向，并且在转向电机出现故障时，该系统可以转化为传统机械式转向系统，使汽车的转向具有良好的可控性和安全性，解决了线控转向系统目前存在的问题。 权利要求书 1.一种自动驾驶汽车线控转向系统，其特征在于，该转向系统包括主控制器、横拉杆、转向轮、转向操纵机构、转向执行机构、常开式电磁离合器(11)和车轮转角传感器；所述转向操纵机构包括力感电机(5)、三级行星齿轮减速机构(6)、锥齿轮(7)、方向盘转距传感器(8)、方向盘转角传感器(9)和方向盘(10)；所述转向执行机构包括转向电机(1)、常闭式电磁离合器(2)、蜗轮蜗杆减速机构(3)、齿轮齿条转向器(4)；所述主控制器的输入与车轮转角传感器、方向盘转距传感器(8)、方向盘转角传感器(9)相连；所述主控制器的输出与转向操纵机构中的力感电机(5)相连；所述力感电机(5)的输出轴与三级行星齿轮减速机构(6)中的高速级太阳轮(601)连接；所述三级行星齿轮减速机构(6)的输出轴与锥齿轮(7)的输入轴连接；所述锥齿轮(7)的输出端与方向盘(10)的转向轴连接，其上有方向盘转矩传感器(8)和转角传感器(9)；
所述齿轮齿条转向器(4)与横拉杆连接；所述横拉杆与转向轴的转向臂连接；所述转向轴与转向轮连接；所述常开式电磁离合器(11)的内花键与锥齿轮(7)输出轴的外花键连接；所述常闭式电磁离合器(2)的内花键与转向电机(1)输出轴上的外花键相啮合；所述蜗轮蜗杆减速机构(3)中的蜗杆轴(303)的外花键与常闭式电磁离合器(2)的内花键相啮合。 2.根据权利要求1所述一种自动驾驶汽车线控转向系统，其特征在于，所述蜗轮蜗杆减速机构(3)还包括蜗杆(301)、蜗轮(302)、蜗轮轴(304)；所述蜗杆轴(303)与常闭式电磁离合器(2)相连；所述常闭式电磁离合器(2)与转向电机(1)相连；所述蜗杆(301)与蜗轮(302)相啮合；所述蜗轮轴(304)设置在蜗轮(302)的中间孔内通过平键与蜗轮(302)固定，蜗轮轴上有一部分为齿轮轴(401)；所述蜗轮轴(304)上齿轮轴(401)一侧的末端设置有滚针轴承。 3.根据权利要求3所述一种自动驾驶汽车线控转向系统，其特征在于，所述蜗轮轴(304)上蜗轮(302)处有一对深沟球轴承。 4.根据权利要求1所述一种自动驾驶汽车线控转向系统，其特征在于，所述三级行星齿轮减速机构(6)还包括高速级太阳轮(601)、高速级行星轮(602)、高速级行星架(603)、中速级太阳轮(604)、中速级行星轮(605)、中速级行星架(606)、低速级太阳轮(607)、低速级行星轮(608)、低速级行星架(609)和齿圈(610)；所述高速级行星轮(602)、中速级行星轮(605)和低速级行星轮(608)通过行星架上的短轴与高速级行星架(603)、中速级行星架(606)和低速级行星架(609)连接；所述高速级太阳轮(601)与高速级行星轮(602)相啮合；所述中速级太阳轮(604)与中速级行星轮(605)相啮合；所述低速级太阳轮(607)和低速级行星轮(608)相啮合；所述齿圈(610)的内齿与高速级行星轮(602)、中速级行星轮(605)和低速级行星轮(608)相啮合，外部固定在力感电机(5)的壳体上。 5.根据权利要求4所述一种自动驾驶汽车线控转向系统，其特征在于，所述高速级太阳轮(601)、中速级太阳轮(604)、低速级太阳轮(607)、高速级行星轮(602)、中速级行星轮(605)和低速级行星轮(608)的模数均相同，均采用直齿齿轮。 6.根据权利要求1所述一种自动驾驶汽车线控转向系统，其特征在于，所述齿轮齿条转向器(4)包括齿轮(401)和齿条(402)；所述齿轮(401)与齿条(402)相啮合；所述齿轮(401)采用斜齿轮；所述齿条(402)的两个端头与左右横拉杆端头连接在一起。
汽车线控技术应用实例 1、线控制动系统 线控制动系统（BBW，Brake-By-Wire），目前分为两类，一种为电液制动系统（EHB，Electro-Hydraulic Brake），另一种为电子机械制动系统（EMB，Electro-Mechanical Brake）。EHB是电子与液压系统相结合所形成的多用途、多形式的制动系统，它由电子系统提供柔性控制，液压系统提供动力；而EMB 则将传统制动系统中的液压油或空气等传力介质完全由电制动取代，是未来制动控制系统的发展方向。 （1）电液制动系统 在中小型车辆的传统制动系统中，驾驶员通过制动主缸在轮缸建立制动压力，而EHB则是通过蓄能器提供制动压力。蓄能器压力由柱塞泵产生，可提供多次连续的制动压力。EHB由传感器、ECU及执行器（液压控制单元）等构成，其结构如图１所示。
制动踏板与制动器间无直接动力传递。制动时，制动力由ECU和执行器控制，踏板行程传感器将信号传给ECU，ECU汇集轮速传感器、转向传感器等各路信号，根据车辆行驶状态计算出每个车轮的最大制动力，并发出指令给执行器的蓄能器来执行各车轮的制动。高压蓄能器能快速而精确地提供轮缸所需的制动压力。同时，控制系统也可接受其他电子辅助系统（例如ABS、BAS、EBD、ESP 等）的传感器信号，从而保证最佳的减速度和行驶稳定性。 （2）电子机械制动系统 EMB主要用于小型车辆中，主要包含电制动器、ECU、轮速传感器、动力电源等。它与EHB最大区别是制动力为电机提供的转矩，而不是由柱塞泵产生的高压油，且有独立的电源来供电，其各部分的功能如表１。 2、线控转向系统 线控转向系统（SBW，Steering-By-Wire）去掉了转向盘和转向轮之间的机械连接，减轻了大约５kg重量，消除了路面的冲击，具有降低噪声和隔振等优点。目前国外著名汽车公司和汽车零部件厂家竞相研究具有智能化的新一代转向系统，如美国Delphi公司、TRW公司、日木三菱公司、Koyo公司、德国
SBW的英文全称是Steering By Wire。中文意思是“线控转向系统”。该系统去掉了转向盘和转向轮之间的机械连接，减轻了大约5kg重量，消除了路面的冲击，具有降低噪声和隔振等优点。目前国外著名汽车公司和汽车零部件厂家竞相研究具有智能化的新一代转向系统，如美国Delphi公司、TRW公司、日木三菱公司、Koyo公司、德国Bosch 公司、ZF公司、BMW公司等都相继在研制各自的SBW系统，国内也开始涉足这一相关研究领域。 SBW系统由方向盘模块、转向执行模块和ECU3个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助模块组成。 方向盘模块包括方向盘、方向盘转角、力矩传感器、方向盘回正力矩电机。方向盘模块的主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量方向盘转角）转换成数字信号并传递给主控制器;同时接受ECU送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩以提供给驾驶员相应的路感信号。转向执行模块包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等。转向执行模块的功能是接受ECU的命令，控制转向电机实现要求的前轮转角，完成驾驶员的转向意图。ECU对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发送命令，控制两个电机的工作。自动防故障系统是线控转向系的重要模块，它包括一系列监控和实施算法，针对不同的故障形式和等级作出相应处理，以求最大限度地保持汽车的正常行驶。汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是线控转向系统最重要的组成系统之一。 SBW的工作原理是当转向盘转动时，转向传感器和转向角传感器将测量到的驾驶员转矩和转向盘的转角转变成电信号输入到ECU，ECU依据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转方向，并根据转向力模拟，生成反馈转矩，控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转角度，通过机械转向装置控制转向轮的转向位置，使汽车沿着驾驶员期望的轨迹行驶。 二、DBW线控油门系统
线控技术在汽车底盘中的应用 摘要：随着汽车工业与电了工业的不断发展，越来越多的线控类技术正在取代汽车传统的机械装置。本文描述了线控技术在汽车底盘中的应用，介绍线控制动系统和线控转向系统，重点阐述了线控转向系统的结构，工作原理以及关键技术在于传感器技术、总线技术、动力电源、容错控制技术等。 关键词：线控技术；线控制动系统；线控转向系统；线控转向关键技术 引论 线控技术已经被广泛用于航空业，用线控制系统来取代传统的液压和机械系统已经成为技术发展的趋势，采用线控技术的制动系统、转向系统、传动系统有望在未来汽车上率先获得应用。国外GM.DELPHI. KOYO. TRW. BENZ等公司已运用线控技术开发了概念车。 随着电子科技和网络技术的发展，出现了更加高效、节能的线控技术(X-by-wire)。一些笨重、精确度低的机械系统将被精确、敏感的电子传感器和执行元件所代替，汽车传统的操纵机构、操纵方式、执行机构也将会发生根本性的变革。结合线控技术和汽车制动系统而形成的线控制动（BBW）系统，将传统液压或气压制动执行元件改为了电驱动元件，将驾驶员的转向操作与转向车轮之间通过信号及控制器连接起来，由控制器根据驾驶员指令、当前车辆状态和路面状况确定合理的前轮转角，实现转向系统的智能控制，从而形成线控转向(SBW)系统。线控系统具有可控性好、响应速度快的特点，具有良好的发展前景。 正文 1.线控技术的结构原理 线控技术(by- wire)，就是由“电线”或者电信号实现传递控制，而不是通过机械连接装置来操作的。传统的操纵汽车的方式是:当驾驶员踩制动、踩油门、换档、打转向盘时，都是通过机械机构来操纵汽车。而线控技术则是将动作转化为电信号，由电线来传递指令操纵汽车。 线控技术是在控制单儿和执行器之问用电子装置取代传统的机械连接装置或液压连接装置，由电线取代机械械传动部件，取消了机械械结构，赋予汽车设计新的空问。
汽车线控转向系统原理与未来消费前景 观研天下 出版时间：2014年
导读：汽车线控转向系统原理与未来消费前景。线控转向系统是指通过通讯网络连接各部件的控制系统，它替代了传统的机械或液压连接，取消了转向盘和转向轮的机械连接，占据空间小，并可减少汽车发生碰撞时对驾驶员的伤害，线控转向系统提高了汽车的转动效率，缩短了系统响应的时间，从而进一步改善了驾驶特性，控制单元接收各种数据，可以在瞬时转向条件下，立刻提供转向动力，转动车轮。取消转向柱、转向器后，有利于提高汽车碰撞安全性和整车主动安全性。 参考《中国汽车零部件市场需求调研与投资战略分析报告（2013-2017）》 线控转向系统是指通过通讯网络连接各部件的控制系统，它替代了传统的机械或液压连接，取消了转向盘和转向轮的机械连接，占据空间小，并可减少汽车发生碰撞时对驾驶员的伤害，线控转向系统提高了汽车的转动效率，缩短了系统响应的时间，从而进一步改善了驾驶特性，控制单元接收各种数据，可以在瞬时转向条件下，立刻提供转向动力，转动车轮。取消转向柱、转向器后，有利于提高汽车碰撞安全性和整车主动安全性。交通工具如汽车、轮船、飞机都可以采用线控转向系统，从而增强了车辆的安全性和操纵稳定性。 1 线控转向系统的基本结构与工作原理 1．1 线控转向系统的基本结构 汽车线控转向系统是一种全新概念的转向系统，如图1 所示，它由方向盘模块、主控制器、车轮转向模块三个主要模块以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成。 1) 方向盘总成由方向盘、方向盘转角传感器、方向盘回正力矩电机和力矩传感器等部件构成。方向盘总成首先是将驾驶人员的转向意图经过转换，变成数字信号，然后把数字信号传送给主控制器ECU，用于控制汽车前轮完成转向
汽车线控制动技术的发展简介展 摘要:线控制动系统是未来汽车制动系统发展的方向，相比于传统制动系统，它具有制动响应速度快、制动性能高和制动系统结构简化等优点。本文介绍了汽车线控制动技术的研究现状，对电子液压制动系统和电子机械制动系统的工作原理及特点进行了介绍和比较，论述了线控制动系统的关键技术和发展趋势。 关键词：线控制动系统；电子液压制动；电子机械制动 Abstract:The wire braking system is the future direction of the development of automotive braking systems, compared to traditional braking system, it has a brake fast response, high braking performance, and simplify the structure of the brake system, etc. This article describes the e-wire braking technology of vehicle status, the electronic hydraulic brake system and electronic mechanical braking system works and features are introduced and compared, wire braking system discussed key technologies and trends. Keywords: by-wire brake system; electronic hydraulic brake; electro-mechanical brake 1线控制动系统的概述 1.1制动系统的发展状况 随着消费者对车辆安全性日益提高的重视，车辆制动系统也历经了数次变迁和改进。从最初的皮革摩擦制动，到后来出现鼓式、盘式制动器，再到后来出现机械式ABS制动系统，紧接着伴随电子技术的发展又出现了模拟电子ABS制动系统、数字式电控ABS制动系统等等。 近10年来西方发达国家又兴起了对车辆线控系统（x-by-wire）的研究，线控制动系统（brake-by-wire）应运而生，由此展开了对电子机械制动器（Electromechanical Brake）的研究，简单的来说电子机械制动器就是把原来由液压或者压缩空气驱动的部分改为由电动机来驱动，借以提高响应速度、增加制动效能等，同时也大大简化了结构、降低了装配和维护的难度。因此结构相对简单、功能集成可靠的电子机械制动系统越来越受到青睐，可以预见线控系统将最终取代传统的液压（空气）制动器，成为未来车辆的发展方向。 1.2 brake-by-wire的简介 brake-by-wire是指一系列智能制动控制系统的集成，它提供诸如ABS,车辆稳定性控制、助力制动、牵引力控制等等现有制动系统的功能，并通过车载有线网络把各个系统有机的结合成一个完整的功能体系。原有的制动踏板采用了一个模拟发生器替代，用以接受驾驶员的制动意图，产生、传递制动信号给控制和执行机构，并根据一定的算法模拟反馈给驾驶员。显而易见，它需要非常安全可靠的结构，用以正常的工作。其工作原理如图1-1所示：
汽车线控转向技术的发展与应用 汽车转向系统的基本性能是保证车辆在任何工况下转动转向盘时有较理想的操纵稳定性。随着汽车电子技术的不断发展和汽车系统的集成化，汽车转向系统从传统的液压助力转向系统 （Hydraulic Power Steering System，HPS）、电控液压动力转向系统（Electronic Control Hydraulic Power Steering Sys-tern，ECHPS），发展到现在逐渐推广应用的电动液压动力转向系统（Electro-Hydraulic Power Steering System，EHPS）。近年来，汽车线控转向技术（Steer-ing-Bv-Wire，SBW）也成为国外的研究热点。SBW是X-By-Wire的一种。X-By-Wire的全称是“没有机械和液力后备系统的安全相关的容错系统”。“X”表示任何与安全相关的操作，包括转向、制动，等等。 1 汽车线控转向系统的结构和基本原理 1.1 汽车线控转向系统的结构 汽车线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和主控制器（ECU）三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成，如图1所示。 方向盘总成包括方向盘、方向盘转角传感器、力矩传感器、方向盘回正力矩电机。方向盘总成的主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量方向盘转角）转换成数字信号.并传递给主控制器：同时接受主控制
器送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩.以提供给驾驶员相应的路感信息。转向执行总成包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等组成。转向执行总成的功能是接受主控制器的命令，通过转向电机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。 主控制器对采集的信号进行分析处理.判别汽车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发送指令，控制两个电机的工作，保证各种工况下都具有理想的车辆响应，以减少驾驶员对汽车转向特性随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担。同时控制器还可以对驾驶员的操作指令进行识别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时线控转向系统会将驾驶员错误的转向操作屏蔽，而自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。 自动防故障系统是线控转向系的重要模块.它包括一系列的监控和实施算法，针对不同的故障形式和故障等级做出相应的处理，以求最大限度地保持汽车的正常行驶。作为应用最广泛的交通工具之一，汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是线控转向系统最重要的组成系统之一。它采用严密的故障检测和处理逻辑，以更大地提高汽车安全性能。 电源系统承担着控制器、两个执行马达以及其它车用电器的供电任务，其中仅前轮转角执行马达的最大功率就有500-800 W，加上汽车上的其它电子设备，电源的负担已经相当沉重。所以要保证电网在大负荷下稳定工作，电源的性能就显得十分重要。 1.2汽车线控转向系统的原理简介 汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，传统汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵转向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。汽车线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接.完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制.不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间。是汽车转向系统的重大革新。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/178363617.html, 汽车线控转向系统分析 作者：于秀涛李博 来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2010年第10期 摘要:本文通过阐述汽车转向系统在汽车运行时的功能和作用,并介绍了线性转向系统的结构和性能,最后分析了线性转向系统中虚拟现实技术、人工神经网络、模糊控制等关键技术,并对2个自由度的整车动力学模型进行论述。 关键词:转向系统线控转向系统 0引言 转向系统是与汽车主动安全性能相关的重要系统,其操纵稳定性好坏对汽车性能影响很 大。操纵性是汽车准确的按照驾驶员意图行驶:稳定性是汽车在危险工况(侧滑或横摆)下汽车仍稳定行驶。 为提高操纵稳定性,出现了ESP(电子稳定程序)、主动转向、4WS(4轮转向)等。ESP判断 产生不足转向或过度转向时相应在后轮、前轮产生制动力,产生横摆力矩即纠偏力矩。主动前 轮转向(AFS-Active front steering)通过电机根据车速和行驶工况改变转向传动比。低、中速时,转向传动比较小,转向直接,以减少转向盘的转动圈数,提高转向的灵敏性和操纵性;高速时,转向 传动比较大,提高车辆的稳定性和安全性。同时,系统中的机械连接使得驾驶员直接感受到真实的路面反馈信息。四轮转向的后轮也参与转向。低速时,后轮与前轮反向转向,减小转弯半径,提高机动灵活性。高速时,后轮与前轮同向转向,提高汽车的稳定性。其控制目标是质心侧偏角为零。 然而这些汽车转向系统却处于机械传动阶段,由于其转向传动比固定,汽车的转向响应特性随车速而变化。因此驾驶员就必须提前针对汽车转向特性的幅值和相位变化进行一定的操作补偿,从而控制汽车按其意愿行驶。如果能够将驾驶员的转向操作与转向车轮之间通过信号及控 制器连接起来,驾驶员的转向操作仅仅是向车辆输入自己的驾驶指令,由控制器根据驾驶员指令、当前车辆状态和路面状况确定合理的前轮转角,从而实现转向系统的智能控制,必将对车辆操纵稳定性带来很大的提高,降低驾驶员的操纵负担,改善人一车闭环系统性能。因而线控转向系统(Steering-By-Wire System,简称SBW)应运而生。SBW是X-By-Wire的一种。X--By--W的全称是“没有机械和液力后备系统的安全相关的容错系统”。“x”表示任何与安全相关的操作,包括转向、制动等等。“By--Wire”表示X--By--wire是一个电子系统。
https://www.doczj.com/doc/178363617.html, 汽车线控转向系统的台架试验1 于蕾艳1，林逸2，施国标2 （1 中国石油大学（华东）机电工程学院，山东东营; 2北京理工大学机械与车辆工程学 院，北京 100081） 摘要：线控转向系统取消了转向盘和转向轮之间的机械连接，因而可以根据车况主动提供路感和进行主动转向，提高车辆的操纵稳定性。进行了线控转向系统的试验台架的软硬件设计，该台架可以验证线控转向系统的控制策略，进行路感电机、转向电机、传感器等关键部件的试验。试验结果表明，采用的路感电机控制算法能较好地实现对电流的伺服控制，可用于路感控制；转向电机控制算法能较好地实现对传动比的控制。 关键词：线控转向台架试验路感电机 中图分类号：U270.11 文献标识码：A 引言 线控转向（Steer-by-Wire ,SBW）系统对传统转向系统的根本变革是取消了转向盘和转向轮的之间机械连接，因而可以根据车况主动提供路感和进行主动转向，提高车辆的操纵稳定性 [1][2][3][4]。国内对线控转向试验台研究尚不多。本文探讨了线控转向试验台的软硬件设计和控制策略验证等。 1线控转向系统的试验台架 线控转向系统的试验台架结构如图1所示，主要由转向阻力模拟装置、系统安装台架、测控系统及部分附件组成。线控转向系统包括转向管柱、齿轮齿条式转向器、横拉杆等，与试验台有3处连接位置，即转向管柱与转向管柱连接支架、转向器壳体与转向器连接架、转 1基金项目：奥运用纯电动客车整车优化及制造编号：D0305002040111
向横拉杆与转向阻力模拟装置（左、右各一）。此3处连接位置可调，以适应安装不同规格的线控转向系统。 1－铁地板；28－座椅；9－转向盘；10－转向盘扭矩传感器；11－转向盘转角传感器；12－线控转向管柱；13－支架； 14－导轨 图1 线控转向试验台结构 图2所示为测控系统硬件构成，测控系统由工控机、数据采集卡、测控软件、各种传感器、开关、继电器、按钮等组成。采用研华PC 作为测控计算机，其CPU 为PIV1.4G ，内存128M 。采用PC 作为测控计算机，是因为PC 具有很多优点：性能稳定，计算速度快，能实现复杂的控制算法；PC 的开发工具齐全，应用程序接口和图形界面非常友好；PC 储存器容量大，可以实时存储大量的试验数据用于分析计算；能使用通用操作系统和大多数编程语言；支持DOS 、Windows98、Windows NT/2000、UNIX 等多种通用操作系统，为控制系统的软硬件开发提供很大方便；围绕PC 的各种板卡标准化、系列化，系统集成灵活机动。试验台装有的传感器包括：转向盘转矩与转速传感器、转向盘转角传感器、齿条位移传感器、齿条拉压传感器、电机电流传感器及电压传感器。 转向阻力(左、右)模拟车速 图2 测控系统硬件构成 2线控转向系统匹配设计 路感电机采用直流有刷力矩伺服电机，转向电机采用三相交流步进电机。路感电机的最大力矩根据驾驶员作用在转向盘边缘的最大力确定： 1max T d max F
汽车线控技术的应用及发展趋势 随着汽车电子技术、自动控制技术的逐步成熟和汽车网络通信技术的广泛应用，汽车线控技术也逐步得到青睐和深入研究，它和42V电压系统和网络技术左右着汽车未来的发展趋势。 汽车线控技术就是将驾驶员的操纵动作经过传感器变成电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统。目前的线控技术包括线控换档系统、线控制动系统、线控悬架系统、线控增压系统、线控油门系统及线控转向系统。其中线控转向系统在高级轿车、跑车及概念车上有广泛的应用，它为自动驾驶提供了良好的平台;线控制动系统在工业车辆上应用较多，将来随着线控技术的成熟和成本的降低及追求自动驾驶的影响，线控技术将会越来越多地应用于普通车辆。本文主要介绍汽车线控制动系统和线控转向系统。 线控制动系统 线控制动系统（BBW，Brake2By2Wire），目前分为两类，一种为电液制动系统（EHB，Electro2Hy2draulicBrake），另一种为电子机械制动系统（EMB，Electro2MechanicalBrake）。EHB是电子与液压系统相结合所形成的多用途、多形式的制动系统，它由电子系统提供柔性控制，液压系统提供动力;而EMB则将传统制动系统中的液压油或空气等传力介质完全由电制动取代，是未来制动控制系统的发展方向。 1电液制动系统 在中小型车辆的传统制动系统中，驾驶员通过制动主缸在轮缸建立制动压力，而EHB则是通过蓄能器提供制动压力。蓄能器压力由柱塞泵产生，可提供多次连续的制动压力。EHB由传感器、ECU及执行器（液压控制单元）等构成. 制动踏板与制动器间无直接动力传递。制动时，制动力由ECU和执行器控制，
10.16638/https://www.doczj.com/doc/178363617.html,ki.1671-7988.2019.05.037 汽车线控制动技术的研究与分析 董雪梅 （安徽车桥有限公司，安徽宿州234000） 摘要：随着电子控制技术在汽车上的广泛运用，线控制动技术作为一种新技术被各大汽车制造厂家所推崇，有的厂家已投入研发或已在试验车上进行实验验证。线控制动与传统制动技术相比具有结构简单、功能完善、响应迅速等特点。因此，线控制动技术在未来被用于替代汽车传统的制动控制方式已是必然趋势。文章简述了线控制动技术与传统制动技术的区别，并对线控制动技术的两种主要形式，即电子液压制动和电子机械制动进行了简单分析和介绍。 关键词：线控制动；电子液压制动；电子机械制动 中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)05-123-03 Research and Analysis of Vehicle Brake by Wire Technology Dong Xuemei ( Anhui axle co. LTD, Anhui Suzhou 234000 ) Abstract: With the extensive use of electronic control technology in automobiles, brake by wire technology has been highly praised by major automobile manufacturers as a new technology, and some manufacturers have invested in research and development or have been experimentally verified on prototype vehicles. Compared with the traditional brake technology, thebrake by wire hasmany advantages such as simple structure, perfect function and rapid response and so on. Therefore, it is inevitable trends that brake by wire technology will be used to replace the traditional brake control method in the future. This paper briefly describes the difference between the brake by wire technology and the traditional brake technology, and briefly analyzes and introduces the two main forms of brake by wire technology, namely electro-hydraulic brake and electro- mechanical brake. Keywords: brake by wire; electro-hydraulic brake; electro-mechanical brake CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)05-123-03 1 线控技术的应用背景 线控（X-By-Wire）系统作为一种新技术，是用电源导线取代传统的机械连接，采用电动机或其他动力源驱动汽车部件的工作。线控技术最早由美国航天局应用于航天飞机，目前在汽车上的应用主要有线控电子油门、线控电子转向、线控电子悬架等。线控技术与传统的机械连接相比，具有质量更轻，布置更加方便，响应速度更加快捷等优点。同时，在电脑控制的基础上采用了线控技术，使线控部件的工作状态与整车的协调性得到有效的提升。 2 线控制动技术 传统制动是通过驾驶员踩下制动踏板，利用液压或气压驱动制动器工作，完成对汽车的制动。而线控制动（Brake-By- 作者简介：董雪梅（1976-），女，工程师，就职于安徽车桥有限公 司，多年从事车桥设计开发工作。 123
浅谈汽车“线控驱动” Drive-by-wire被称为线控驱动技术，有时也被称为“线控驱动”或简单的“线控”，有可能改变人们的开车方式。装有这种系统的汽车将主要依靠电子来控制车辆的操作，包括加速、刹车和转向。 传统汽车主要采用液压和机械技术来执行这些相同的基本操作，虽然传统系统功能强大，但也可能过于复杂，效率低下，而且易于磨损。 但是，近些年来，制造商和外部研究人员和发明家已经开始将电脑和电子产品整合到现代的汽车上。如果司机可以非常容易地掌握这个技术，线控驱动系统具有增加舒适性、功能性和安全性的潜力。计算机和传感器分析指令，并控制汽车执行相应的动作。而且，线控驱动系统还有环境方面的优势，因为该技术可以改善燃料经济性并减少或改善发动机的排放。 线控驱动技术也是航空爱好者熟悉的术语，因为被称为“线控飞行系统”(fly-by-wire)的技术自20世纪90年代就已经开始在飞机上使用。与线控驱动技术相似，“线控飞行控制”技术使用电线来控制飞机的正常运作。线控驱动技术是如何在汽车上工作的？司机如何加速，减速和转向，换线？这种技术安全吗？线控驱动技术有隐忧吗？ 线控驱动技术的种类 一个典型的液压、机械系统，需要大量的零件来控制汽车的方方面面的功能。在汽车上，这个系统通过将制动助力器、主缸、转向柱、转向轴、齿条和小齿轮，液压管线和各种电缆和接头连接起来来执行功能。这些组件协同或者独立的工作，从而给我们顺畅的驾驶体验。然而这个系统也增加了重量，而且随着时间的推移会磨损或者老化。 而在线控驱动系统中，大部份或全部这种功能将通过电信号执行。无论何种类型的线控系统，都是由传感器记录信息，并将数据传递到计算机或者一系列计算机上，然后，计算机通过预设的程序发出指令和信号，执行装置将电能转换成机械运动。 线控驱动系统有下面几种主要的类型： 1、线控油门：线控油门，或线控加速，是线控驱动系统引入的第一种类型。这些系统使用踏板单元和发动机管理系统。踏板使用传感器来探测司机加速的快慢，然后传感器将接收到的信息发送到发动机管理系统。发动机管理系统是一个计算机，除其他任务外，还要用来确定所需燃料的多少。这里提到的踏板单元可以是我们今天已经非常熟悉的油门踏板，当我们踩下时就可以使汽车加速。相同的操作也可以通过操纵杆或
浅谈汽车线控转向系统的结构及工作原理 前言 汽车转向性能是汽车的主要性能之一，转向系统的性能直接影响到汽车的操 纵稳定性，它对于确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身 安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。如何合理地设计转向系统，使 汽车具有良好的操纵性能，始终是设计人员的重要研究课题。 在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平 的驾驶人群，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。线控转向系统(Steering – By - WireSystem，简称SBW)的发展，正是迎合这种客观需求。它是继EPS 后发展起来的新一代转向系统，具有比EPS 操纵稳定性更好的特点，而且它在转向盘和转向轮之间不再采用机械连接，彻底摆脱传统转向系统所固有的 限制，在给驾驶员带来方便的同时也提高了汽车的安全性。 一、线控转向系统的发展概况 德国奔驰公司在1990 年开始了前轮线控转向的研究，并将它开发的线控转 向系统应用于概念车F400Carving 上。日本Koyo 也开发了线控转向系统，但 为了保证系统的安全，仍然保留了转向盘与转向轮之间的机械部分，即通过离 合器连接，当线控转向失效时通过离合器结合回复到机械转向。宝马汽车公司 的概念车BMWZ22，应用了SteerByWire 技术，转向盘的转动范围减小到 160°，使紧急转向时驾驶员的忙碌程度得到了很大降低。 意大利Bertone 设计开发的概念车FILO，雪铁龙越野车C- Crosser，Daimlerchrysler 概念车R129，都采用了线控转向系统。2003 年日本本田公司在纽约国际车展上推出了LexusHPX 概念车，该车也采用了线控转向系统，在仪表盘上集成了各种控制功能，实现车辆的自动控制。估计几年后，
汽车线控转向技术探讨 当前，我国的私家车数量迅速增加，而为了实现对汽车更加良好的控制，线控转向技术被逐渐应用其中。基于此，本文首先介绍了汽车线控转向系统的基本组成及其工作原理，研究了汽车线控转向系统中的关键技术，希望通过文章内容，大家能够对汽车线控转向技术有更进一步的认识。目前，汽车转向系统中普遍采用线控转向技术，这是一种较为先进的转向技术。利用该种转向技术的汽车车轮与转向盘之间无需进行机械连接，能够对汽车传动比进行任意设计，主动控制转向轮，同时可以根据车辆行驶速度相关参数的改变实施补偿，确保理想的转向特性得以良好实现，而且给底盘的布置提供了便利，符合当前汽车发展的特点，是一种值得大力推广的技术。 1汽车线控转向系统的基本组成及其工作原理 1.1汽车线控转向系统的基本组成 汽车线控转向有多种实现方式，例如：前后轮的线控转向以及四轮的线控转向。其中前轮的线控转向又被分成多种，比如，汽车运用轮毂对电机形成的牵引力会使绕主销的转向
力矩得以产生，实现汽车的转向；或是利用两个相对独立的电机对汽车左右两个轮胎进行驱动，完成阿克曼转角。当前比较常用的线控转向系统，采用的是转向电机对齿轮齿条转向器驱动的方式，具体结构如图1所示。图1汽车线控转向系统基本结构关于汽车线控转向系统，主要由控制器、前轮子系统以及转向盘子系统等几个部分组成。针对控制器，其包含如下算法：转向盘前车轮的转角算法以及正力矩的算法，分别对前轮子系统的协调处理及转向盘子系统加以控制；针对前轮子系统，其包含转向电机等系统，具有如下作用：追踪参考前轮的转角，给转向盘子系统反馈相关信息内容，如汽车行驶状况以及车胎受到外界作用力的实际情况；针对转向盘子系统，其中包含转向盘转角传感器和路感电机等部件，具有的作用如下：给汽车驾驶人员提供适宜的转向感觉，同时给前轮转角提供相关参考信号。 1.2汽车线控转向系统的工作原理 驾驶人员转动方向盘的过程中，控制器会依据方向盘转角传感器以及车辆行驶速度传感器发出的信号，通过前车轮转角的相应算法计算出参考前轮转角，并给转向电机传送相关控制信号，令转向电机实施PI与PD控制，确保这一参考前轮转角得以实现。与此同时，控制器会结合转向盘正力矩
XX学院 实验指导书 课程编号： 课程名称：《汽车线控技术》 实验学时： 2 适用专业：车辆工程专业 制定人： 制（修）订时间： 2019年7月 专业负责人审核： 专业建设工作组审核： 2019年 7月
实验纪律要求 1.明确实习目的、端正态度、严格遵守校纪校规。 2.努力完成各项实习任务。 3.服从指导老师和实验室管理人员安排。 4.不迟到、不早退。 5.实习期间不穿拖鞋，做好自我身体安全保护，女生长发要扎起。 6.不做危险有害他人身体健康的事情。 7. 学生在实习场地内未经许可不准随意搬动机件和乱按电器开关，损坏自赔，严格遵守有关的规章制度。
第一部分实验大纲 一、教学目的与基本要求 《汽车线控技术》是车辆工程本科专业一门主要的专业选修课。因其较强的理论性、应用性及实践性，故应充分重视实验教学。要求学生在实验中发现问题，解决问题，加深对理论知识的理解和应用。目的使学生了解典型的线控系统，了解其结构组成，掌握其控制原理。 二、实验内容和学时分配 三、实验成绩评定、考核办法 1．实验报告 （1）每个学生按照实验课内容自己总结实验的结果及实验中遇到问题的处理办法； （2）按照规定的时间，上交实验报告。 2．考核方式 （1）实验课成绩按照提交的实验报告内容给出，不再进行单独的考核评定。 （2）实验课成绩按照一定的百分比折合到学生的平时成绩中。 四、参考资料（参考书、网络资源等） 1．使用教材及实验指导书 《汽车线控技术》于蕾艳主编，青岛：中国石油大学出版社. 实验指导书：自编。
2. 主要参考书 《汽车电器与电子技术》（第2版）孙仁云 ,付百学主编，北京：机械工业出版社,2011.7 《汽车电子控制技术》（第3版）凌永成主编，北京：北京大学出版社,2017.1 《汽车电子控制技术》姚方方主编，北京：北京理工大学出版社,2019.7
自动驾驶汽车线控转向系统 线控转向是自动驾驶汽车实现路径跟踪与避障避险必要的关键技术，其性能直接影响主动安全与驾乘体验。在国际汽车工程师协会（Societ y of Automotive Engi?neers，SAE）发布的5级自动驾驶体系中： ?第1级为驾驶辅助，要求对转向或加、减速中单独一项进行自动控制；?第2级为部分自动驾驶，要求对转向和加、减速中的2项进行自动控制；?第3级及以上分别为有条件自动驾驶、高度无人驾驶和完全自动驾驶，要求转向逐步与其他子系统实现高度自主协同。 线控转向系统为自动驾驶汽车实现自主转向提供了良好的硬件基础，且线控转向系统被认为是实现高级自动驾驶的关键部件之一，具有以下优点：
?线控转向技术由于可实现驾驶员操作和车辆运动的解耦 ?可提高紧急情况下转向操作正确性和驾驶员安全性 ?采用电机控制直接驱动实现车辆转向，因此更容易与车辆其他主动安全控制子系统进行通讯和集成控制。 与传统的转向系统不同，线控转向系统取消了从转向盘到转向执行器之间的机械连接，完全由电控系统实现转向，可以摆脱传统转向系统的各种限制，汽车转向的力传递特性和角度传递特性的设计空间更大，更方便与自动驾驶其他子系统（如感知、动力、底盘等）实现集成，在改善汽车主动安全性能、驾驶特性、操纵性以及驾驶员路感方面具有优势。
1.线控转向系统发展概况 线控转向的概念起源于20世纪50年代，美国天合（TRW）公司最早提出用控制信号代替转向盘和转向轮之间的机械连接，之后德国Kasse lmann 和Keranen设计了早期的线控转向模型。受制于电子控制技术，直到20世纪90年代，线控转向技术才有较大进展，美国、欧洲、日本在线控转向的研发与推广方面比较活跃，一些采用线控转向系统的概念车陆续展出。 2013年，英菲尼迪的“Q50”成为第1款应用线控转向技术的量产车型。该线控转向系统由路感反馈总成、转向执行机构和3个电控单元组成，其中双转向电机的电控单元互相实现备份，可保证系统的冗余性能，转向柱与转向机间的离合器能够在线控转向系统出现故障时自动接合，保证紧急工况下依然可实现对车辆转向的机械操纵。
汽车电子技术之线控(Control-By-Wire)技术 汽车的各种操纵系统正向电子化、自动化方向发展，传统的汽车机械操纵系统将变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。如汽车将采用电动机和电子控制信号来实现线控驾驶( Steer-By-Wire)、线控制动(Brake-By-Wire)、线控节气门(Throttle-By-Wire)和线控悬架( Suspension-By-Wire)等，采用这些线控系统将完全取代现有系统中的液压和机械控制。X_By-Wire也称为Anything-By-Wire，它的全称是“没有机械和液力后备系统的安全相关的容错系统”。"X”表示任何与安全相关的操作，包括转向、制动等。"By-Wire”表示X-By-Wire是一个电子系统。在X-By-Wi，系统中，所有元件的控制和通信都通过电子来实现。X-By-Wire系统是没有机械和液力后备系统的，传统的机械和液力系统由于结构(间隙、运动惯量等)的原因，从控制指令发出到指令执行会有一定的延迟，这在极限情况下是不能允许的。X-By-Wire系统用电来控制，会大大地减小延迟，为危险情况下的紧急处理直得了宝贵的时间。 X-By-Wire系统主要由三部分组成:控制系统、执行系统、通信系统。控制系统的功能是根据驾驶员的意图和车辆行驶状况，对执行器给出执行的设定值。执行系统的功能是在控制系统的控制下，完成具体的执行动作(转向、制动等)。通信系统的功能是实现控制系统和执行系统内部及它们之间的信息传输。 目前，通用公司在Autonomy汽车上已使用Steer-By-Wire和Brake-By-Wired预计，到2010年，欧洲生产的汽车中有40%将全部采用X-By-Wire技术。随着X-By-W i二的发展，Brake-By-Wire, Thrust-By-Wire, Steer-By-Wire, Shift-By-Wi二等By-Wire系统将成为X-By-Wire系统的各个子系统，它们之间会有一些数据要共享，将有一个更大的通信系统来实现它们之间的通信，从而使整个汽车成为一个完全的X-By-Wire系统。 在新一代雅阁V6轿车上，采用的DBW就是新技术之一。DBW是线控节气门的英文缩写，也可称之为电子控制节气门，即发动机的节气门是通过电子控制的。传统的节气门控制方式是驾驶员通过踩加速踏板，由节气门拉索直接控制发动机节气门的开合程度，从而决定加速或减速，驾驶员的动作与节气门动作之间是通过拉索的机械作用联系的。而DBW将这种机械联系改为电子联系。驾驶员仍然通过踩加速踏板控制拉索。但拉索并不是直接连接到节气门，而是连着一个加速踏板位登传感器，传感器将拉索的位置变化转化为电信号传送至汽车的大脑ECU, ECU将收集到的相关传感器信号经过处理后发送命令至节气门作动器控制模块，节气门作动器控制模块再发送信号给节气门作动器，从而控制节气门的开合程度。也就是说，驾驶员的动作与节气门的动作之间是通过电子元器件的电信号联系的。虽然从构造上来看，DB W比传统节气门控制方式复杂，但节气门的控制却比传统方式精确，发动机能够根据汽车的各种行驶信息，精确调节进人气缸的燃油空气混合气，改善发动机的燃烧状况，从而大大提高了汽车的动力性和经济性。 使用线控技术的优点很多，比如使用线控制动无需制动液、保护生态、减少维护、重量轻、性能高(制动响应快)、制动磨损最小(向轮胎施力更均匀)、安装侧试更简单快捷(模块结构)、更稳固的电子接口、隔板间无机械联系、简单布置就能增加电子控制功能、踏板特性一致、比液压系统的元件更少等。 信息来源：拓邦汽车电子网：https://www.doczj.com/doc/178363617.html, 来源地址：https://www.doczj.com/doc/178363617.html,/news/2265.htm