线控转向系统

◆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。

线控转向系统（SBW,Steering-by-wire）一、功能简介（1）取消了转向盘和转向轮之间的机械连接，减轻了大约5 kg重量；（2）消除了路面的冲击，具有降低噪声和隔振等优点。

（3）为今后的辅助驾驶系统和无人驾驶汽车的研发提供技术支持。

优点：①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。

②提高了整车设计自由度，便于操控系统布置。

例如没有了机械连接，可以很容易把左舵驾驶换为右舵驾驶。

③转动效率高，响应时间短。

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。

④改善驾驶特性，增强操纵性。

基于车速、牵引力控制以及其它相关参数基础上的转向比率（转向盘转角和车轮转角的比值）不断变化，低速行驶时，转向比率低，可以减少转弯或停车时转向盘转动的角度；高速行驶时，转向比率变大，能够获得更好的直线行驶条件。

图1 线控转向系统示意图•转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送来的电信号，控制路感模拟电机产生相应的方向盘回正力矩以提供给驾驶员相应的路感信号。

•前轮转向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，控制转向执行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。

二、基本要求1、路感模拟电机涉及驱动程序的开发要求转向操纵轻便。

根据光洋转向试验室的经验数据，对于轻型轿车，在现实中作用于方向盘的回正力矩值一般在2-3Nm左右，其最值也不会超过5Nm；根据美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)的调查，驾驶员在进行紧急避让的时候，方向盘转速最大为1.5r/S （轿车），一般情况下，方向盘平均转速为：500°/s。

此处回正电机沿用了北斗星电动助力转向系统中的助力电机——直流有刷电机（12v，170w，30A，1050r/min），并配有蜗轮蜗杆减速器（减速比16.5：1）。

线控转向，也称为电子控制转向或线传转向，是一种先进的汽车转向技术。

与传统的机械转向系统相比，线控转向通过电子信号来控制和执行车辆的转向操作，提高了驾驶的安全性、舒适性和灵活性。

线控转向的工作过程可以分为以下几个步骤：
驾驶员输入：当驾驶员转动方向盘时，方向盘上的传感器会检测到驾驶员的输入信号，包括转动的角度和速度。

信号处理：转向控制系统接收到驾驶员的输入信号后，会进行信号处理和计算，确定车辆的目标转向角度和速度。

电子控制单元（ECU）决策：ECU根据车辆的当前状态、行驶环境等因素，对目标转向角度和速度进行修正和优化，以保证车辆的安全和稳定。

电机驱动：ECU将修正后的目标转向角度和速度发送给电机驱动系统。

电机驱动系统通过控制电机的电流和电压，来驱动转向机构的运动。

转向执行：电机驱动系统通过传动机构将电机的旋转运动转化为车轮的转向运动，从而实现车辆的转向。

在这个过程中，线控转向系统还需要通过传感器实时监测车轮的转向角度和速度，以确保转向的准确性和稳定性。

反馈控制：线控转向系统还具有反馈控制功能。

当车轮的实际转向角度与目标转向角度存在偏差时，系统会通过反馈控制算法来调整电机的输出，使车轮的转向角度逐渐逼近目标值。

这种反馈控制机制可以提高转向的精度和响应速度。

总的来说，线控转向系统通过电子控制技术来实现车辆的转向操作，具有更高的安全性、舒适性和灵活性。

线控转向系统研发生产方案一、实施背景随着汽车技术的不断发展，消费者对汽车驾驶体验的需求也在不断升级。

特别是在自动驾驶、电动化、网联化等趋势的推动下，汽车的驾驶控制系统已经从传统的机械液压系统转向了电子控制系统。

而其中，线控转向系统（SBW）作为新一代的汽车驾驶控制系统，其研发与生产成为了行业内的热点。

近年来，中国政府也出台了一系列政策，推动汽车产业的转型升级。

其中，线控转向系统的研发与生产被视为汽车产业未来发展的重要方向之一。

在此背景下，本方案旨在通过自主研发，推动线控转向系统的国产化生产，提升国内汽车产业的竞争力。

二、工作原理线控转向系统（SBW）是一种通过电信号来控制转向的装置。

在SBW中，方向盘与转向机之间没有传统的机械连接，而是通过电线进行信号传输。

当驾驶员转动方向盘时，SBW会通过传感器将信号传输到ECU（电子控制单元），然后ECU根据预设的算法对信号进行处理，最终控制电动机驱动转向机进行转向。

三、实施计划步骤1.技术研究：开展SBW的技术研究，包括传感器技术、ECU控制策略、电动机驱动技术等。

2.样品制作：根据技术研究结果，制作SBW样品。

3.试验验证：在实验室和实车上对SBW样品进行性能验证，包括转向灵敏度、响应速度、耐久性等。

4.批量生产：根据试验验证结果，对SBW进行优化改进后，开始批量生产。

5.市场推广：通过与汽车制造商合作，将SBW应用到汽车上，并进行市场推广。

四、适用范围本方案适用于各类乘用车、商用车等车辆的线控转向系统研发与生产。

五、创新要点1.采用先进的传感器技术，能够准确、快速地检测驾驶员的转向意图。

2.优化ECU控制策略，实现更快速、更精确的转向控制。

3.采用高效的电动机驱动技术，确保转向机的快速响应和稳定运行。

4.通过自主研发，掌握核心知识产权，为国内汽车产业的发展提供支持。

六、预期效果预计本方案的实施将带来以下效果：1.提高车辆的驾驶安全性：SBW能够更快地响应驾驶员的转向操作，缩短反应时间，从而提高驾驶安全性。

2024年汽车线控转向系统市场分析报告简介汽车线控转向系统是一种通过电子信号控制车辆转向的技术，它代替了传统的机械连接，在提高驾驶舒适性和安全性方面具有重要作用。

本报告将对汽车线控转向系统市场进行分析，包括市场规模、发展趋势、竞争格局等方面的内容。

市场规模分析根据市场调研机构的数据显示，截至2020年，全球汽车线控转向系统市场规模达到XX亿美元。

预计到2025年，市场规模将达到XX亿美元，年均增长率为X%。

市场规模的快速增长主要受到以下几个因素的驱动：1.驾驶舒适性的提升：汽车线控转向系统能够减轻驾驶员对方向盘的操作力度，提高驾驶的舒适性。

随着人们对驾驶体验要求的提高，汽车线控转向系统的需求也在不断增加。

2.安全性的需求：汽车线控转向系统能够实现精确的转向控制，避免了因驾驶员操作不准确而导致的安全隐患。

随着交通事故的不断增多，对车辆安全性能的要求也在不断提高，这为汽车线控转向系统的市场提供了机遇。

3.智能驾驶技术的发展：随着智能驾驶技术的不断进步，汽车线控转向系统作为智能驾驶的重要组成部分，受到了广泛关注。

智能驾驶技术的发展将进一步推动汽车线控转向系统的市场增长。

发展趋势分析在汽车线控转向系统市场的发展趋势方面，可以从以下几个方面进行分析：1.电动化趋势：随着电动汽车的快速发展，汽车线控转向系统也将面临电动化的趋势。

传统的机械转向系统对于电动汽车来说体积较大且效率低下，而汽车线控转向系统可以提供更小巧、轻量化的解决方案，适应电动汽车的需求。

2.高度集成化：随着汽车电子系统的发展和智能驾驶技术的应用，汽车线控转向系统向着高度集成化的方向发展。

传感器、控制单元等关键部件的集成将提高系统的性能和可靠性。

3.智能化和自动化：未来，汽车线控转向系统有望实现智能化和自动化。

通过与其他汽车电子系统的连接，如ADAS（先进驾驶辅助系统），自动泊车系统等，汽车线控转向系统可以实现更高级别的自动驾驶功能。

竞争格局分析目前，全球汽车线控转向系统市场存在着几家主要厂商，其中包括： - 公司A：公司A是全球领先的汽车线控转向系统制造商，其产品在市场上具有较高的知名度和市场份额，拥有良好的技术研发实力和制造能力。

◆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。

汽车线控转向系统控制研究摘要：为了提高汽车线控转向系统操纵稳定性,对其控制策略进行了研究。

首先,通过分析系统运动学微分方程,采用Matlab/Simulink软件构建汽车线控转向系统的仿真模型。

设计基于车轮转角的改进滑膜控制策略,在双移线变道工况和阶跃信号转向工况下进行多次联合仿真试验。

结果表明,改进的滑膜控制具有良好的控制效果,此研究的线控转向系统可以提高车辆转向操纵的稳定性。

前言由于汽车线控转向系统取消了传统的机械连接,因此必须采用合理的控制策略来实现方向盘与转向执行机构之间的信号传输,以确保转向的准确性和安全性。

文献[1]设计了一种电机转速模型观测器,以便实时监测由于系统参数变化所带来的低频干扰,并对其进行了补偿。

文献[2]通过分析转向系统的几何结构,采用模糊自适应PID控制,有效地抑制了电流误差,提高了助力力矩的精确度。

文献[3]系统地总结了汽车线控转向系统的发展,并分析了线控转向系统的关键控制策略。

文献[4]利用BP神经网络模拟出不同工况下的转向助力矩,仿真结果表明,车辆具有良好的转向轻便性。

SBW系统工作环境较为复杂,容易受到外界干扰的影响,方向盘与转向电机之间的信号转换与传输过程的准确性尤为重要。

本次研究将建立基于前轮转角误差控制的系统模型,以改善系统控制的有效性,提高汽车线控转向的准确性。

1 线控转向系统工作原理及动力学建模1.1 线控转向系统结构与工作原理线控转向系统主要是由方向盘模块和转向执行模块组成,其组成如图1所示。

当汽车转向时,传感器将方向盘的转角、转矩信号传递到主控制器ECU。

ECU根据方向盘转角、转矩及车辆状态等信息,经计算处理后,得到转向电机驱动电流,并通过电机驱动器将其施加给驱动电机,以控制转向执行电机,输出相应的转矩,从而保证汽车稳定转向。

路感电机可以根据路面信息模拟出相应的路感信息,并通过方向盘传递给驾驶员,使其掌握车辆在路面的行驶状态,从而加强对车辆的操控。

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。