隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展和汽車系統(tǒng)的集成化，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering System，HPS）、電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electronic Control Hydraulic Power Steering Sys-tern，ECHPS），發(fā)展到現(xiàn)在逐漸推廣應(yīng)用的電動(dòng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electro-Hydraulic Power Steering System，EHPS）。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本性能是保證車輛在任何工況下轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)有較理想的操縱穩(wěn)定性。近年來(lái)，汽車線控轉(zhuǎn)向技術(shù)（Steer-ing-Bv-Wire，SBW）也成為國(guó)外的研究熱點(diǎn)。SBW是X-By-Wire的一種。X-By-Wire的全稱是“沒(méi)有機(jī)械和液力后備系統(tǒng)的安全相關(guān)的容錯(cuò)系統(tǒng)”?！?/SPAN>X”表示任何與安全相關(guān)的操作，包括轉(zhuǎn)向、制動(dòng)，等等。
1 汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基本原理
1.1 汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成和主控制器（ECU）三個(gè)主要部分以及自動(dòng)防故障系統(tǒng)、電源等輔助系統(tǒng)組成，如圖1所示。
方向盤總成包括方向盤、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、力矩傳感器、方向盤回正力矩電機(jī)。方向盤總成的主要功能是將駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖（通過(guò)測(cè)量方向盤轉(zhuǎn)角）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào).并傳遞給主控制器：同時(shí)接受主控制器送來(lái)的力矩信號(hào)，產(chǎn)生方向盤回正力矩.以提供給駕駛員相應(yīng)的路感信息。轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成包括前輪轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器和前輪轉(zhuǎn)向組件等組成。轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成的功能是接受主控制器的命令，通過(guò)轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器控制轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。
主控制器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理.判別汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，向方向盤回正力電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)發(fā)送指令，控制兩個(gè)電機(jī)的工作，保證各種工況下都具有理想的車輛響應(yīng)，以減少駕駛員對(duì)汽車轉(zhuǎn)向特性隨車速變化的補(bǔ)償任務(wù)，減輕駕駛員負(fù)擔(dān)。同時(shí)控制器還可以對(duì)駕駛員的操作指令進(jìn)行識(shí)別，判定在當(dāng)前狀態(tài)下駕駛員的轉(zhuǎn)向操作是否合理。當(dāng)汽車處于非穩(wěn)定狀態(tài)或駕駛員發(fā)出錯(cuò)誤指令時(shí)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)將駕駛員錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)向操作屏蔽，而自動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)定控制，使汽車盡快地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。
自動(dòng)防故障系統(tǒng)是線控轉(zhuǎn)向系的重要模塊.它包括一系列的監(jiān)控和實(shí)施算法，針對(duì)不同的故障形式和故障等級(jí)做出相應(yīng)的處理，以求最大限度地保持汽車的正常行駛。作為應(yīng)用最廣泛的交通工具之一，汽車的安全性是必須首先考慮的因素，是一切研究的基礎(chǔ)，因而故障的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)處理是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的組成系統(tǒng)之一。它采用嚴(yán)密的故障檢測(cè)和處理邏輯，以更大地提高汽車安全性能。
電源系統(tǒng)承擔(dān)著控制器、兩個(gè)執(zhí)行馬達(dá)以及其它車用電器的供電任務(wù)，其中僅前輪轉(zhuǎn)角執(zhí)行馬達(dá)
的最大功率就有500-800 W，加上汽車上的其它電子設(shè)備，電源的負(fù)擔(dān)已經(jīng)相當(dāng)沉重。所以要保證電網(wǎng)在大負(fù)荷下穩(wěn)定工作，電源的性能就顯得十分重要。
1.2汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)介
汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成，傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)，汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤，通過(guò)轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車輪而實(shí)現(xiàn)的。汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接.完全由電能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種限制.不但可以自由設(shè)計(jì)汽車轉(zhuǎn)向的力傳遞特性，而且可以設(shè)計(jì)汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性，給汽車轉(zhuǎn)向特性的設(shè)計(jì)帶來(lái)無(wú)限的空間。是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重大革新。
汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。用傳感器檢測(cè)駕駛員的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù).然后通過(guò)數(shù)據(jù)總線將信號(hào)傳遞給車上的ECU，并從轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)獲得反饋命令：轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)也從轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)獲得駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，并從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)獲得車輪情況。從而指揮整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制車輪轉(zhuǎn)到需要的角度，并將車輪的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩反饋到系統(tǒng)的其余部分，比如轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，以使駕駛員獲得路感，這種路感的大小可以根據(jù)不同的情況由轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)控制。
1.3汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)
（1）提高汽車安全性能。去除了轉(zhuǎn)向柱等機(jī)械連接，完全避免了撞車事故中轉(zhuǎn)向柱對(duì)駕駛員的傷害；智能化的ECU根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)判斷駕駛員的操作是否合理，并做出相應(yīng)的調(diào)整；當(dāng)汽車處于極限工況時(shí)，能夠自動(dòng)對(duì)汽車進(jìn)行穩(wěn)定控制。
（2）改善駕駛特性，增強(qiáng)操縱性。基于車速、牽引力控制以及其它相關(guān)參數(shù)基礎(chǔ)上的轉(zhuǎn)向比率（轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和車輪轉(zhuǎn)角的比值）不斷變化。低速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向比率低，可以減少轉(zhuǎn)彎或停車時(shí)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向比率變大，獲得更好的直線行駛條件。
（3）改善駕駛員的路感。由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間元機(jī)械連接，駕駛員“路感”通過(guò)模擬生成?？梢詮男盘?hào)中提出最能夠反應(yīng)汽車實(shí)際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息.作為轉(zhuǎn)向盤回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤僅向駕駛員提供有用信息，從而為駕駛員提供更為真實(shí)的“路感”。
（4）增強(qiáng)汽車舒適性。由于消除了機(jī)械結(jié)構(gòu)連接，地面的不平和轉(zhuǎn)向輪的不平衡不會(huì)傳遞到轉(zhuǎn)向軸上。從而減緩了駕駛員的疲勞：駕駛員的腿部活動(dòng)空間和汽車底盤的空間明顯增大。
2 汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要技術(shù)發(fā)展
汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有如下的關(guān)鍵技術(shù)需要解決。
2.1 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠及安全性問(wèn)題
目前阻撓線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)普及的一個(gè)重要因素是其可靠性問(wèn)題，現(xiàn)在還無(wú)法在可靠性與成本之間取得一個(gè)很好的平衡。世界各大研究機(jī)梅正在就這一問(wèn)題進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，相信這一問(wèn)題能夠得到合理的解決。裝載機(jī)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，必須解決如下問(wèn)題：
（1）目前，電子部件還沒(méi)有達(dá)到機(jī)械部件那樣可靠的程度，如何保證在電子部件出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)仍能實(shí)現(xiàn)其最基本的轉(zhuǎn)向功能，即如何保證電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠、安全工作是十分重要的，這也是電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)目前最為突出的問(wèn)題：
（2）由于方向盤與轉(zhuǎn)向輪之間沒(méi)有直接的機(jī)械連接，因此如何提供給駕駛員合適的路感.以使駕駛員能夠感受到道路的狀況以及轉(zhuǎn)向輪所處的位置，從而據(jù)此調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向力矩是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一：
（3）為了保證車輛的行駛安全性，即車輛只要是在運(yùn)行中，都應(yīng)該保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠起作用；
（4）如何通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)方向盤轉(zhuǎn)向圈數(shù)、轉(zhuǎn)向敏感度和路感強(qiáng)弱可調(diào)節(jié)。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠及安全性問(wèn)題對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)，可以通過(guò)精巧設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全性和可靠性.但線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間無(wú)機(jī)械連接，完全依靠電子和電器元件來(lái)工作。目前，電子部件還沒(méi)有達(dá)到機(jī)械部件那樣可靠的程度，如何保證在電子部件出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)仍能實(shí)現(xiàn)其最基本的轉(zhuǎn)向功能.即如何保證線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠、安全工作是十分重要的。這也是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。為解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)外一些汽車公司采用了系統(tǒng)冗余和容錯(cuò)技術(shù)。
2.2 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中模擬“路感"的問(wèn)題
如何生成讓駕駛員能夠感知汽車實(shí)際行駛狀態(tài)
和路面狀況的路感，是實(shí)現(xiàn)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須解決的問(wèn)題之一。這就涉及到模擬路感的電機(jī)震動(dòng)控制技術(shù)。
汽車轉(zhuǎn)向系一直存在著輕與靈的矛盾。為此，人們常將轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)成變傳動(dòng)比，在轉(zhuǎn)向盤小轉(zhuǎn)角時(shí)以靈為主，在轉(zhuǎn)向盤大轉(zhuǎn)角時(shí)以輕為主。但是，靈的范圍只在轉(zhuǎn)向盤中間位置附近.僅對(duì)高速行駛有意義，并且傳動(dòng)比不能隨車速變化，所以這種方法不能從根本上解決這一矛盾。另外，轉(zhuǎn)向力與路感也是相互制約的，轉(zhuǎn)向力小意味著轉(zhuǎn)向輕便，能減小駕駛員的體力消耗；但轉(zhuǎn)向力過(guò)小，就缺乏路感。傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向由于不能對(duì)助力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力與路感的關(guān)系困難.特別是汽車高速行駛時(shí)，仍然會(huì)提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺(jué)汽車發(fā)飄.從而影響操縱穩(wěn)定性。由于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由電機(jī)提供動(dòng)力源，由于電動(dòng)機(jī)具有彈簧阻尼的效果，能減少不平路面對(duì)轉(zhuǎn)向盤的沖擊力和車輪不平衡引起的震動(dòng)，這樣同時(shí)就減少了駕駛員的“路感”。采用模擬路感的電機(jī)震動(dòng)控制技術(shù)可以有效地解決這一問(wèn)題。
2.3線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力電源問(wèn)題
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在傳統(tǒng)的ECU供電系統(tǒng)條件下無(wú)法實(shí)施。未來(lái)車輛將采用電源技術(shù)，到時(shí)汽車電子附件的供電問(wèn)題將會(huì)得到圓滿解決。
2.4傳感器的精度和成本問(wèn)題
傳感器是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中最重要的器件之一。在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中需要多個(gè)轉(zhuǎn)向傳感器參與工作。這些傳感器的作用是：實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)角的大小和方向，并將此信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送到電子控制器。電子控制器根據(jù)轉(zhuǎn)向傳感器的信號(hào)及車輛導(dǎo)向單元的信號(hào)按照控制模型進(jìn)行分析運(yùn)算與判斷，然后將該信息送至轉(zhuǎn)向盤電動(dòng)機(jī)與兩個(gè)轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)。
傳感器的精度問(wèn)題決定了整個(gè)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能可靠性。加速開發(fā)研究既可靠又低廉的傳感器十分重要，價(jià)格昂貴也是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)難于推廣的一個(gè)原因。
3 應(yīng)用前景
從我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的整體技術(shù)發(fā)展的水平來(lái)看，裝載機(jī)線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的大量應(yīng)用尚有一段距離。但該項(xiàng)技術(shù)的采用。必定會(huì)帶來(lái)我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)技術(shù)水平的質(zhì)的飛躍。
輔助駕駛系統(tǒng)和無(wú)人駕駛是現(xiàn)在新興的熱門研究領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)車輛智能轉(zhuǎn)向的最佳方案就是采用線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng).因而線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研制開發(fā)也為自動(dòng)駕駛車輛的開發(fā)提供了良好的科研平臺(tái).其自身也具有良好的應(yīng)用前景。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由汽車產(chǎn)業(yè)向工程車輛轉(zhuǎn)移，是工程車輛發(fā)展的必然趨勢(shì).雖然國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠商剛開始注意這個(gè)問(wèn)題，但我們相信線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以其特有的優(yōu)勢(shì)，必然會(huì)在工程車輛中得到廣泛的應(yīng)用。
4 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，汽車線控轉(zhuǎn)向技術(shù)以求獲得最佳的汽車轉(zhuǎn)向性能，提高汽車的操縱性、穩(wěn)定性和安全性.使汽車具有一定的智能化。汽車線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展代表未來(lái)汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向，并將在汽車轉(zhuǎn)向領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位。我國(guó)的線控轉(zhuǎn)向技術(shù)研究還是空白，無(wú)法與國(guó)外相比。從我國(guó)現(xiàn)有條件出發(fā)。對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行深入、細(xì)致的研究，對(duì)于拓展電氣傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用、加快國(guó)產(chǎn)汽車的電子化發(fā)展以及提供未來(lái)智能汽車駕駛技術(shù)的支持，都將有深遠(yuǎn)的意義。
（轉(zhuǎn)載）
