线控主动转向系统(Direct Adaptive Steering)

◆文/江苏 高惠民线控转向系统技术综述与实车应用(一)一、概述汽车线控技术(X-by-wire)起源于飞机的电传操纵系统，飞行员不再通过传统的机械回路或液压回路来控制飞机的飞行姿态，而是通过安装在操纵杆处的传感器检测飞行员施加在其上的力和位移，并将其转换为电信号，在电控单元中将信号进行处理，然后传递到执行机构，从而实现对飞机的控制。

随着线控技术的发展，这一技术逐渐应用到汽车。

图1所示为集成线控系统线控转向(Steer by Wire,简称 SBW)系统、线控制动(Brake by Wire,简称BBW)系统示意图。

汽车线控技术就是将驾驶员的操纵动作经过传感器转变为电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统。

目前，汽车的线控技术主要有线控转向(Steer by Wire,简称 SBW)系统、线控制动(Brake by Wire,简称BBW)系统、线控驱动(Drive by Wire,简称DBW)系统、线控悬架(Suspension by Wire)系统、线控换挡(Shift by Wire)系统。

通过分布在汽车各处的传感器实时获取驾驶员的操作意图和汽车行驶过程中的各种参数信息，传递给电控单元，电控单元将这些信息进行分析和处理，得到合适的控制参数传递给各个执行机构，进行对汽车的控制，极大的提高车辆的动力性、制动性、操纵稳定性和平顺性。

其中，SBW作为线控底盘系统的关键组成部分，一直是国内外汽车厂商及学术界研究的热点。

根据我国《智能网联汽车技术路线图》规划，将在2025年实现智能线控底盘系统产业化推广应用。

SBW就是通过线控化、智能化实现个性驾驶、辅助驾驶、自动驾驶等目标，是智能网联汽车落地的关键技术。

二、SBW系统的结构及工作原理汽车转向系统大致经历了机械转向系统、液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering，HPS)、电控液压助力转向系统 (Electro Hydraulic Power Steering，EH PS)、电动助力转向系统 (El ectr ic Power Steering，EPS)的一个发展过程。

1.CVVT是英文Continue Variable Valve Timing的缩写，翻译成中文就是连续可变气门正时机构，它是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的众多可变气门正时技术中的一种。

例如：宝马公司叫做 Venus，丰田叫做VVTI，本田叫做VTEC，但不管叫做什么，他们的目的都是给不同的发动机工作状况下匹配最佳的气门重叠角（气门正时），只不过所实现的方法是不同的。

本田的VTEV-I理论上比其他的要先进.兼顾了高低转速的需要,由于他是纯机械式的,没有象宝马和其他车厂是使用电子控制所以在世界上还是比较先进的了，现在目前最好的可变气门正时系统是宝马760的是无段式的.被公认为全球最先进的发动机。

2.TSI是 Turbo-charging，涡轮增压；Super-charging，机械增压和Injection，燃油直喷,三个关键特色的首字母缩写。

在涡轮增压（大家听很多了比较熟悉吧）基础上，机械增压填补了涡轮增压产生迟滞时的动力输出，燃油直喷技术令发动机对燃料的使用效率提高到新的高度。

在欧洲，搭载双增压发动机的高尔夫GTI1.4TSI在获得远超2.0L 自然吸气时发动机功率的同时获得了更低的燃油消耗，这真是一台有劲儿的机器，还很环保。

国内引进国产的TSI发动机确切说是FSI发动机和涡轮增压器的结合。

即涡轮增压（Turbocharger)+FSI.省略了机械增压和分层燃烧部分。

省略的部分也不是完全没有道理，除了高成本的价格门槛外，双增压会大副提高发动机的压缩比，相对应的使用的燃油的标准也大大提高，相对于燃油质量普遍一般的国内市场，有时候高科技的减配也是无奈而必须的。

3.DSG（Direct Shift Gearbox）中文表面意思为“直接换挡变速器”，DSG 有别于一般的半自动变速箱系统，它是基于手动变速箱而不是自动变速箱，因此，它也是AMT（机械式自动变速器）的一员。

配备了DSG的发动机由于快速的齿轮转换能够马上产生牵引力和更大的灵活性，加速时间比手动变速器更加迅捷。

◆文/江苏 高惠民线控转向系统技术综述与实车应用(二)(接2022年第6期)六、SBW系统的路感反馈控制汽车转向系统主要有两大功能：一是操纵转向，驾驶员通过操纵转向盘来控制转向轮绕主销转动；二是反馈路感，将整车及轮胎的运动状态、受力情况通过转向盘反馈给驾驶员，即路感。

前者驾驶员是输入，实现转向系统的角位移功能；后者是将路感反馈给驾驶员，实现力传递功能。

二者结合，构成了汽车转向过程中的“人一车—路”的闭环控制。

1.转向盘力矩分析 驾驶员在操纵车辆过程中，转向盘操纵转矩与转向盘转角、车速以及路面附着情况等密切相关。

为了让驾驶者能够清晰地触摸到这些信息，所设计的SBW转向盘上力矩模型(图9)，充分考虑转向盘力矩影响因素，如反馈力矩、摩擦力矩、阻尼控制力矩、限位控制力矩以及主动回正力矩，这些可以看作转向盘上的反作用力。

所建立模型是这些力矩的总和。

(1)反馈力矩根据车辆行驶状态反馈给驾驶员的力矩，其大致反映了车辆的行驶状态和路面状况。

在相关标准和文献的研究中，大量的研究结果表明车速、转向盘转角、侧向加速度与转向盘转矩之间存在密切联系。

①汽车低速行驶时，其侧向加速度的变化较小，驾驶员不易感知到此车身信息的变化，但是对转向盘转角变化却非常敏感，因而在设计路感时，转向盘转角和车速信息要占比较大的权重。

②汽车高速行驶时，由于受到车辆操纵稳定性的制约，转向盘在较小的范围内转动，此时转角的变化对侧向加速度的影响很大，驾驶员对侧向加速度变化反而很敏感，因而在设计路感时，要重点考虑侧向加速度和车速对转向盘力矩的影响。

③汽车在高、低速之间行驶时，此时的车速越大，则转向盘力矩越大。

驾驶员对侧向加速度和转向盘转角都较为敏感，因而在设计路感时，不仅要考虑转向盘转角的影响，也要将侧向加速度和车速对转向盘力矩的影响考虑进去。

(2)摩擦力矩在机械结构中，摩擦力矩是一直存在不可忽略的。

而SBW系统因断开了转向管柱与转向器间的连接，所以驾驶员能够直接感受到的摩擦力矩只来源于转向盘总成。

线控转向的控制策略介绍线控转向是一种由电子控制单元（ECU）通过电磁调节的方式控制驾驶员向左或向右转向的系统。

它主要通过控制车辆的方向盘和车轮转动来实现转向功能，具有精确度高、响应速度快、操控性好等优点。

线控转向的控制策略包括车辆动态模型建立、转向控制算法设计、系统参数辨识和控制性能评价等方面，下面将对其进行详细介绍。

首先，车辆动态模型的建立是进行转向控制策略设计的基础。

车辆动态模型主要包括车辆的横向运动和转向控制部分。

横向运动模型主要描述车辆的横向加速度和侧滑角度随时间变化的关系，一般采用基于差分方程的离散模型进行描述。

而转向控制部分主要包括转向角度、转向助力等变量的关系，通常使用动力学方程或力矩平衡方程描述。

通过建立准确的车辆动态模型，可以为转向控制策略的设计提供可靠的理论依据。

其次，转向控制算法的设计是线控转向的核心部分。

转向控制算法的设计旨在通过ECU对转向系统的电磁调节来实现精确的转向控制。

常见的转向控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。

PID控制算法是一种经典的控制算法，通过调节比例、积分和微分三个参数来实现对转向系统的控制。

模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制算法，通过设定一系列模糊规则来实现对转向系统的控制。

神经网络控制算法则是通过训练神经网络模型来实现对转向系统的控制。

通过选择合适的转向控制算法，可以实现对转向系统的精确控制。

然后，系统参数辨识是线控转向的关键环节。

系统参数辨识主要是通过对转向系统的回归分析来确定系统的关键参数。

常见的系统参数辨识方法包括最小二乘法、极大似然估计法和蒙特卡罗法等。

最小二乘法是一种通过最小化残差平方和来确定系统参数的方法，通过对实测数据进行拟合来估计系统参数值。

极大似然估计法则是一种通过最大化似然函数来确定系统参数的方法，通过统计学原理对系统参数进行估计。

蒙特卡罗法则是一种通过随机采样的方式对系统参数进行估计。

通过系统参数辨识，可以获得准确的系统模型，进而实现对转向过程的控制。

汽车线控转向系统分析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。

标签：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。

汽车线控转向系统分析汽车线控转向系统的主要组成部分包括电子控制单元（ECU）、电动转向助力装置（EPAS）、转向传感器、角度传感器和驱动电机等。

ECU是系统的中央控制单元，它接收来自转向传感器和角度传感器的信号，并根据车辆条件和驾驶员的意图来控制电动转向助力装置和驱动电机的工作。

EPAS是系统的核心装置，它通过控制驱动电机的转向力矩来实现车辆的转向操作。

汽车线控转向系统相比传统的机械转向系统具有多种优势。

首先，它可以根据驾驶员的意图自动调整转向力矩，使转向操作更加轻松、流畅且精确，减少驾驶的疲劳感。

其次，它可以通过调整转向力矩的大小和方向来提高车辆的稳定性和操控性能，增加驾驶的安全性。

此外，它还可以根据行驶速度和路面状况等因素主动调整转向力矩，以提供最佳的驾驶体验。

汽车线控转向系统的关键技术包括转向算法和电动转向助力装置设计。

转向算法根据转向传感器和角度传感器的数据以及驾驶员的意图，计算出合适的转向力矩，并将其发送给EPAS。

电动转向助力装置设计需要考虑转向力矩的输出范围和响应速度，以及与车辆其他系统的协同工作等问题。

汽车线控转向系统在汽车工程领域具有广泛的应用前景。

随着自动驾驶技术的不断发展，线控转向系统可以与其他相关系统集成，实现自动驾驶和智能驾驶功能。

同时，它还可以与电子稳定系统等安全辅助系统结合，提供更高的安全性能。

此外，随着电动汽车的推广，线控转向系统可以与电动驱动系统相结合，进一步提高能源利用效率和车辆的性能。

总之，汽车线控转向系统是现代汽车的重要组成部分，它通过利用电子和传感器技术来实现车辆的转向操作。

它具有精度高、操控性强和安全性能好等优势，并且在自动驾驶和智能驾驶等领域具有广泛的应用前景。

随着科技的不断发展，汽车线控转向系统将继续迎来新的突破和创新。