汽車線控轉向系統的技術探討
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一、前言

汽車轉向性能是汽車的主要性能之一，轉向系統的性能直接影響到汽車的操縱穩定性，它對于確保車輛的安全行駛、減少交通事故以及保護駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要的作用。如何合理地設計轉向系統，使汽車具有良好的操縱性能，始終是設計人員的重要研究課題。在車輛高速化、駕駛人員非職業化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛人群，汽車的易操縱性設計顯得尤為重要。線控轉向系統（Steering–By-WireSystem，簡稱SBW）的發展，正是迎合這種客觀需求。它是繼EPS后發展起來的新一代轉向系統，具有比EPS操縱穩定性更好的特點，而且它在轉向盤和轉向輪之間不再采用機械連接，徹底擺脫傳統轉向系統所固有的限制，在給駕駛員帶來方便的同時也提高了汽車的安全性。

一、線控轉向系統的發展概況

德國奔馳公司在1990年開始了前輪線控轉向的研究，并將它開發的線控轉向系統應用于概念車F400Carving上。日本Koyo也開發了線控轉向系統，但為了保證系統的安全，仍然保留了轉向盤與轉向輪之間的機械部分，即通過離合器連接，當線控轉向失效時通過離合器結合回復到機械轉向。寶馬汽車公司的概念車BMWZ22，應用了SteerByWire技術，轉向盤的轉動范圍減小到160°，使緊急轉向時駕駛員的忙碌程度得到了很大降低。意大利Bertone設計開發的概念車“FILO”，雪鐵龍越野車“C-Crosser”，Daimlerchrysler概念車“R129”，都采用了線控轉向系統。2003年日本本田公司在紐約國際車展上推出了LexusHPX概念車，該車也采用了線控轉向系統，在儀表盤上集成了各種控制功能，實現車輛的自動控制。估計幾年后，機械系統將由電纜與電子信號取代。

二、線控轉向系統的結構及工作原理

（一）線控轉向系統的結構

汽車線控轉向系統主要由轉向盤模塊、前輪轉向模塊、主控制器（ECU）以及自動防故障系統組成，其結構如圖1所示。

1．轉向盤模塊

轉向盤模塊包括轉向盤組件、轉向盤轉角傳感器、力矩傳感器、轉向盤回正力矩電機。其主要功能是將駕駛員的轉向意圖（通過測量轉向盤轉角）轉換成數字信號并傳遞給主控制器，同時主控制器向轉向盤回正力矩電機發送控制信號，產生轉向盤回正力矩，以提供給駕駛員相應的路感信息。

2．前輪轉向模塊

前輪轉向模塊包括前輪轉角傳感器、轉向執行電機、電機控制器和前輪轉向組件等。其功能是將測得的前輪轉角信號反饋給主控制器，并接受主控制器的命令，控制轉向盤完成所要求的前輪轉角，實現駕駛員的轉向意圖。

3．主控制器

主控制器對采集的信號進行分析處理，判別汽車的運動狀態，向轉向盤回正力矩電機和轉向電機發送命令，控制兩個電機協調工作。主控制器還可以對駕駛員的操作指令進行識別，判定在當前狀態下駕駛員的轉向操作是否合理。當汽車處于非穩定狀態或駕駛員發出錯誤指令時，前輪線控轉向系統將自動進行穩定控制或將駕駛員錯誤的轉向操作屏蔽，以合理的方式自動駕駛車輛，使汽車盡快恢復到穩定狀態。

4．自動防故障系統

自動防故障系統是線控轉向系統的重要模塊，它包括一系列的監控和實施算法，針對不同的故障形式和故障等級做出相應的處理，以求最大限度的保持汽車的正常行駛。線控轉向技術采用嚴密的故障檢測和處理邏輯，以最大程度地提高汽車安全性能。

（二）線控轉向系統的工作原理

其工作過程:來自轉向盤傳感器和各種車輛當前狀態的信息送給電子控制子系統后，利用計算機對這些信息進行控制運算，然后對車輛轉向子系統發出指令，使車輛轉向。同時車輪轉向子系統中的轉向阻力傳感器給出的信息也經電子控制子系統，傳給轉向盤子系統中模擬路感的部件。原理如圖2所示。

三、線控轉向系統的性能特點

由于線控轉向系統中的轉向盤和轉向輪之間沒有機械連接，是斷開的，通過總線傳輸必要的信息，故該系統也稱作柔性轉向系統。具

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