汽车线控转向系统控制技术综述

李付兵

摘 要：汽车线控转向控制技术去除了汽车中转向车轮、方向盘之间的机械连接，这一技术的推行有效提升了汽车整体性能，确保车辆操控的稳定性和安全性，有效减轻驾驶员的驾驶负担，是目前汽车领域研究的热点。

关键词：汽车线控转向控制技术;应用;研究

引言

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 汽车线控转向控制技术的性能

汽车线控转向控制技术为转向设计提供了更多空间，比起传统转向系统，更具优势：①能够改善路感，应用汽车线控转向控制技术，能够消除路面不平对方向造成的影响，驾驶员可根据需求来自由设计，满足了个性化的驾驶需求;②助于底盘的集成控制：借助车载总线，能够实现EPS、ABS、DYC等系统的集成，实现信息的共享利用，提高汽车的整體性能;③提高操控性能：汽车线控转向摆脱了机械连接，让汽车在低速行驶时， 有更好的灵敏度，高速行驶时，转向更为平稳，降低驾驶员的体力消耗。另外，应用汽车线控转向控制技术，能够自由布置方向盘，为驾驶员提供更多的腿部空间，减轻事故对驾驶员人身安全的影响，且可以提升系统工作效率，满足了节能、绿色、环保的要求。对于汽车性能的判断，转向性能是其中的重点，转向系统性能会影响汽车的操控性，对于保护驾驶员安全、降低交通事故的发生率、确保车辆安全形势、改善驾驶条件有着重要作用。在车流密集化、汽车高速化的当代社会，关于汽车易操作性的设计显得至关重要，汽车线控转向控制技术的发展迎合了这一要求[1]。

2 汽车线控转向控制关键技术分析

2.1 传感器技术

当前，汽车的生产加工中，众多部件采用了电子控制的方式，这是现代汽车技术发展的重要特征之一。关于汽车电子控制系统，其实际控制效果主要取决于传感器采集与反馈信息的精准程度，传感器的科技含量与汽车整体电子控制系统的性能之间存在着密不可分的关系。针对汽车线控转向系统，其需要运用采集汽车侧向加速度的传感器及测量汽车行驶速度的传感器等多种传感器。

2.2 路感模拟控制

路感是一种触觉信息，良好的路感能够降低驾驶员的驾驶难度，提高驾驶的安全性，因此也是评价汽车操纵稳定性优劣的主要指标之一。由于线控转向系统取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接，通过转向角信号和转向电机控制车轮转向，导致路感无法直接反馈给驾驶员，这从驾驶安全性角度考虑是绝对不允许的。针对这个问题，线控转向系统的方向盘总成中包含有路感模拟电机，用来产生作用于方向盘的阻力矩以模拟路感。一般认为“路感清晰”指的是能够及时地反馈信息，具有好的回正能力， 同时在汽车低速行驶时，转向较为灵敏，不需要驾驶员提供过大的转矩就能实现轻松转向，即低速转向轻便;高速时方向盘转动力矩较大，不易受路面状态影响车辆行驶平稳性，即高速行驶沉稳[2]。

2.3 实现路感模拟的结构

根据作用的原理不同，在线控转向系统中实现的执行机构也有差异，执行机构一般为电机、磁流变液、操纵杆、基于液压作用等多种结构形式。

2.4 动力电源

在动力电源中，承载着供电、电子控制等功能，为了确保系统可以稳定运行，需要提升动力电源的性能，在车辆中各类高功能零部件数量的增加下，汽车面临的负荷也越来越大，要维持稳定的供电支持，就必须要提高电流，但若电流过高，会给系统造成安全隐患，增加热能消耗。因此， 有必要应用42V供电系统，这可以减少线束直径，减轻电动机质量，降低使用成本，提升电子元件集成度。

2.5 主动转向控制

线控转向系统能够获取到指令目标输入与转向轮变化的关系，调节车辆的运行状态，目前，常用的主动转向包括动态稳定性控制策略、变传动比控制策略、转向电机控制策略。①动态稳定性控制：常用的线控转向系统包括ARS、AFS、4WS几种类型，需要利用转向轮偏角，改变轮胎力，保证汽车运行稳定性。在控制策略中，常见的有模糊PID控制算法、分数阶PID控制算法。②变传动比控制：在车辆的运行中，转向传动比控制意义重大，从传动比动力来看，需要科学分析线控转向系统变传动比特征，以顺利的达成控制目标。③转向电机控制：通过接收不同的控制命令，借助液压系统、电机系统来控制线控转向系统，提升控制精确性，相较于典型PID，模糊PID控制适合应用在各类环境，模糊PID很少会受到外部环境的影响，可准确完成转向角调节要求[3]。

2.6 线控转向系统稳定性控制

线控转向系统相较于传统机械转向系统的主要优势在于能够完成转向系统力传递与位移传递的完全解耦，简而言之就是转向系统的力传递特性和位移传递特性能够分别独立设计。线控转向系统的位移特性控制有2种较为典型的方式，如图1所示。第1种方式是稳定性控制法，其实施过程可以概括为根据驾驶员的转角/转矩输入指令及汽车当前行驶状态，计算得到理想横摆角速度、质心侧偏角、侧向加速度等控制目标，设计稳定性控制器根据控制目标求解所需的前轮转角，转角跟踪控制器以所需前轮转角为目标，求解所需转向电机电流/电压，输出扭矩带动转向执行机构对转角进行跟踪。第2种方式为变传动比控制法，即先根据驾驶员的转角输入和系统传动比计算参考前轮转角，然后设计转角跟踪控制器控制转向电机输出扭矩对参考前轮转角进行跟踪。在上述的2种控制结构中，研究人员重点关注的问题有以下3点：（1）线控转向的稳定性控制，即通过驾驶员的输入选取何种参考模型完成汽车有关稳定性位移特性控制问题;（2） 线控转向系统的变传动比设计，就是根据何种规则得到驾驶员转角输入与前轮转角输出的对应关系;（3）前轮转角的跟踪问题，即已知参考前轮转角的前提下，如何控制转向电机输出扭矩对参考值进行跟踪[4]。

参考文献：

[1] 王德志.SBW试验台控制单元设计及分析[D].长安大学，2019.

[2] 于蕾艳，林逸，施国标.线控转向系统路感控制策略的研究[J].计算机仿真， 2019，（06）：248-250+269.

[3] 刘军，晏晓娟，陶昌龄，等.基于线控转向的主动转向控制策略研究[J].汽车技术，2019，（6）.

[4] 陈德玲，殷承良，张建武.基于参数不确定的主动前轮转向鲁棒性控制[J].上海交通大学学报，2018，（8）.

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