线控转向力反馈控制系统-XX- —1—刖吞自20世纪90年代起，电子控制技术在汽车上的应用取得了迅速发展，被称之 为汽车新技术现在它已逐步被应用到了汽车的各个组成部分，其控制功能越来越 全面，而且也越来越精确它带来了汽车产品的更新换代，促进了汽车科技的发展 而其中还发展的最迅速的是线控转向技术以往的电动转向和机械转向技术只耍靠转向盘于转向轮2间形成机械或液床连 接来完成转向动作这需要汽车底盘相对大的空间来完成，所需成本较高，最重要 的是，这些复杂的连接单元，不仅增加了车身设计复杂程度，也对驾驶员提出了较 高姜求有时候控制单兀一个小问题往往会造成整个系统的连锁反应，造成严重的 后果于是，一项新型探索取消转向轮与转向盘之间的机械或液压连接的技术应运 而生一线控转向技术而线控转向系统的性能特点在于：改善驾驶员的路感，由于 转向盘和转向车轮之间无机械连接，驾驶员的“路感”通过模拟生成，可以从信 号中提出最能够反应汽车实际行驶状态和路面状况的信息，作为转向盘冋正力矩的 控制变量，使转向盘仅向驾驶员提供有用信息，从而为驾驶员提供更为真实的“路 感”从《汽车底盘线控技术及发展趋势》文献中了解到，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(SBW)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Z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 良好的发展前景由于X-by-wire技术具有较高的效率，给设计者带來了更大的设计空间，并且 更容易实现集成控制，使整车总质量减轻，因此便成为许多世界级汽车公司竞逐发 展的H标主题背景在传统的机械转向系统中，驾驶员的转向操作通过转向器和一系列的杆件传递 到转向车轮20世纪40年代起，为了减轻驾驶员体力负担，出现了液压助力转向系 统，由于其技术成熟、工作可靠，H前仍然在广泛应用随着电子技术的发展逐步 成熟，以及人们对安全、节能、环保车俩性能等方面的要求，车辆系统中采用的电 子部件越来越多，EHPS和EPS等转向系统应运而生与液床助力转向系统相比，电动 助力转向系统提高了车辆的经济性、环保性；针对不同车型、工况以及驾驶员所需 的不同助力特性可以通过软件修改。
近年来为了实现车辆转向的主动控制，进行辅助驾驶技术，对于将方向盘与转 向轮之间通过控制信号连接的线控转向技术的研究日益增多线控转向系统由软件 设定方向盘转角和转向轮转角0间的传动比，并通过方向盘凹正力矩电机向驾驶员 反馈车辆转向信息它能够实现转向主动控制，向驾驶员提供良好的路感，同吋线 控转向系统中转向轮与方向盘之间没有机械连接，也给汽车空间布置带来很大的自 由选口《汽车线控转向技术的研发现状及发展前景》文献根据《汽车线控转向系统SBW研究》及相关文献，汽车线控转向(Steer-by-wire)系统 取消了传统转向系统的机械连接，提高了汽车的稳定性和可操作性整个设计可以分为转向 盘和前轮两个部分，两个子系统各自用一个电机作为执行器，一个电机向转向盘提供反作用 力矩来模拟路感(力反馈了系统)；另-个则驱动前轮按照驾驶员的意图转向该文献首先研究了SBW系统的基本架构，通过动力学模型分析其工作原理汽 车线控转向系统SBW由转向盘总成、转向执行总成和主控制器(ECU)等3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所示横摆角速度传感器 转向桥机构总成图1汽车线控转向系统结构示意图其次，文章研究了线控转向里二力反馈系统的工作特性，选用永磁同步电机(PMSM) 作为力反馈系统的执行电机，建立课题的研究平台。
该系统使用屯丿衣空间矢量控制 (SVPW)方式进行PMSM控制，它是…种优化的PWM控制，其电流谐波、损耗及转矩脉动 小,控制简单，易数字化实现，电床利用率高用MATLAB/Simulink对控制的动静态特 性进行仿真分析，在模型中采用分段卩ID调节的方式来处理转速反馈和电流反馈，与 经典的PID控制方式相比，动态响应有明显改善依据仿真结果，设计了力反馈系统 的控制器,主要包括主屯路元器件参数计算和选型、数字信号控制器电路、逆变电路、 功率驱动单元和保护电路设计分析了力反馈系统对执行电机的要求,在确保硬件可 靠安全工作的基础上，进行了控制系统的软件设计，特别介绍了转子相角位置的判断 程序和SVPWM子程序文中对样机的调试和实验进行了说明，色括实验结果和数据分 析的内容汽车SBW系统是未来汽车转向领域的发展方向，课题的研究是对其力反馈 子系统技术的探索，期望研究工作及其成果能够对我国汽车转向技术的发展有所补 益线控转向的国内外发展现状1线控转向的国外发展现状2 0世纪6 0年代末，德国的Kasselmann等试图将转向盘与转向车轮之间通过导 线连接（即线控转向系统）但限于为时电子技术和计算机计算能力的制约，线控转 向技术一直无法在实车上应用，对它的研究也没有深人.奔驰公司于1 9 90年并将其开发的线控转向系统安装于F400Carving的概念车 上。
随后世界各大汽车厂家和研发机构色括戴姆勒一克莱斯勒、宝马、ZF、徳尔福、 TR W （天合），以及H本光洋精工技术研究所、H本国立大学、本田汽车公司等都对 汽车线控转向系统做了深人研究在欧洲，以戴姆勒一克莱斯勒、菲亚特、福特（欧洲）和沃尔沃等汽车公司、博世 等线控公司和Channels、Vienna等大学联合发起了 “ Brite 一Euram X —by-wire 计划”进行线控转向系统的实现以及安全性和可靠性方面的研究圈戴姆勒一克莱 斯勒开发的线控驱动“ R12 9,取消了方向盘加速踏板和制动踏板，完全采用操 纵杆控制，实现了Drive-by-wire技术.Z F公司在19 9 8年开发出E PS之后也积极进行了线控转向系统的开发研究，宝 马汽车公司在巴黎车展上参展的概念车BMW2 2 ,应用了 Steer-by-wire和 Brake-by-wire技术该车仍然保留了传统的方向盘作为人车接口，但是没有了如转 向柱、脚踏板连杆等机械结构，方向盘的转动可以布置得更为合理，提高了乘坐舒适 性，与座椅位置的调整范围也减少到了 160在紧急转向时大大降低了驾驶员的忙 碌程度在2 0 01年的口内瓦国际汽车展览会上，意大利的Bertone汽车设计及开发公 司展示了新型概念车“ FXLO ”。
FXLO采用了 “ Drive-by二wire”系统，所有的驾 驶动作都通过信号传递2002年通用汽车在巴黎车展上推出了线控燃料电池车Hy-wireo H y-—w ir e意 为，，氢燃料驱动一线传操控•它的驱动和操控系统全部安装在底盘内，由于汽车的 方向盘转向柱和脚踏板被线传操控系统装置取代，仅有一个X -dr iv e的电控操作 面板，为汽车设计提供了更大的空间，简化了汽车操作的程序它可方便地放置在车 的左侧或右侧，当汽车需要转向吋，驾驶员只需转动控制装置上的手柄，传感器即 会捕捉到该动作的数字信号，并随即向电机发送信号，指示其带动转向齿条此外还 省却机械和液丿衣连接装置，减轻了车身重量并简化了维护工作.国内控转向方面的研究还很少，同济大学、吉林大学等对线控技术进行了 一些相关研究2 0 0 4年同济大学在工博会上展出的“春晖三号”电动车运用了 线控转向技术，转向器与转向柱间无机械连接线控转向系统利用车载电能作为电源, 使线控转向技术与四轮独立驱动电动汽车技术相结合出自《汽车线控转向技术的研 发现状及发展前景》线控转向力系统发展趋势线控技术与传统的汽车传动系统相比较具有以下优点：1结构简单。
不仅减少了 制造成本，同时也减少了底盘所需的空间，增加了乘坐空间；2控制灵皱电子系统 在控制上相比机械控制具有绝对的优势，取代了汽车原有的复杂液压机械控制单元， 同吋还优化了控制结果；实现了汽车动力的柔性连接，使得线控汽车的车身和底盘可 以完全分开：更容易与以电动机为能源的动力系统进行匹配，使得执行机构与动力输 出机构直接连接，这就使汽车的控制更加直接有效；3节约能源由于线控汽车是通 过电动机驱动的，在电动机反转的时候则变成了发电机，那么在制动过程中会有一部 分能量转化为电能被存储起来；可以通过GP&的使用，由卫星直接提供控制信号，既 为汽车的防盗提供了保障又为实现无人驾驶提供了技术支持4线控技术的发展趋势 线控技术的出现改变了传统观念中对汽车电子技术的认识在传统汽车中，汽车电子 系统一直作为机械系统的辅助系统，以确保汽车运行过程中操控的准确性及汽车驾驶 的舒适性虽然随着控制技术在汽车中的运用越來越广泛，汽车电子系统在汽车中的 比重不断增加由于线控转向系统的控制策略不受固定传动比限制，因此可通过线控转向系统 在实现转向功能的同吋与其它主动控制系统协作，增强对车辆的横向控制，改善整 车的操纵稳定性，具有较大的研究和应用价值。
此外通过采用线控技术，汽车底盘设 计也可不必区分左右行驶交通系统的转向系统，可降低公司的底盘研究费用综上所 述，线控转向技术H前还不够成熟，为提高线控转向的稳定性、可靠性和响应能力， 需要对其控制方法进行研究力反馈控制是线控转向的主要控制方式之一，研究力反 馈技术具有重要意义结合《线控转向系统转向盘力回馈控制模型的研究》文献，本课题主要研究内 容主要是线控转向反馈力系统模型研究线控转向系统取消了转向盘与转向轮 的机械连接，所以必须通过电机向驾驶员实吋反馈路感，从而使驾驶员 感知车辆行驶状态和路面状况考虑到路感主要是车轮受到的侧向力反馈到转向盘的作用，而转向轮的侧向力 可以通过汽车行驶状态参数的计算得到，因此驾驶员的路感可以通过转向盘转角和 车速计算出驾驶员手上受回馈力的方法来获得，而无需通过前轮上的传感器直接测 量，使转向盘控制系统与车轮的控制系统相互独立，消除了路面冲击的影响，由此 建立的控制模型结构简单，对于转向盘的回正模拟可以达到较好的效果首先，应建立包括驾驶员在内的转向盘力反馈模型提出的路感控制 策略色括上层控制策略和下层控制策略上层控制策略中转向盘回正力 矩建模为扭杆弹簧施加的回复力矩，与转向盘转角成线性；下层控制策 略对电机电流进行PTD控制。
最后研究了不同驾驶员模型比例系数，积分 系数和电流比例积分控制的比例系数，积分系数对转向盘转角跟踪性能 的影响结果表明，遗传算法优化得到的这四个参数，可使得驾驶员较 好跟踪转向盘转角，路感电机电流较好跟踪H标电流，实现较好的力反 馈近年来国外主要汽车零部件公司列如光洋，德尔福，Ilyperceir,天合都在研究线 控转向系统，但其应用推广还存在一些问题需要解决首先，阻挠线控技术发展的一 大问题还是可靠性问题因为线控技术是靠电能驱动，电子产品能否经受得住车辆在 严寒酷暑环境下工作，这是人们最为关心的一个问题H前在欧洲线控产殆还不能投 放市场其次，线控技术的发展与应用也受到成本因素制约，很难在廉价的家庭汽车 上实现虽然线控电动转向系统H前还只在概念车上应用，但随着电子产品成本的降 低将有更大的产品竞争空间半前借助于电子系统，底盘控制技术在现代车辆中得到 了逐步广泛的应用，并有待于进一步整合,ABS技术已经成熟，ASR和DYS在高档车辆 上得到应用，自动汽车和车辆辅助驾驶系统也止在研究之中其中有不少技术需要控 制车辆横向稳定性由于线控转向系统的控制策略不受固定传动比限制，因此可通过 线控转。