汽車(chē)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制技術(shù)綜述

李付兵

摘 要：汽車(chē)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向控制技術(shù)去除了汽車(chē)中轉(zhuǎn)向車(chē)輪、方向盤(pán)之間的機(jī)械連接，這一技術(shù)的推行有效提升了汽車(chē)整體性能，確保車(chē)輛操控的穩(wěn)定性和安全性，有效減輕駕駛員的駕駛負(fù)擔(dān)，是目前汽車(chē)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向控制技術(shù);應(yīng)用;研究

引言

目前，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中普遍采用線(xiàn)控轉(zhuǎn)向技術(shù)，這是一種較為先進(jìn)的轉(zhuǎn)向技術(shù)。利用該種轉(zhuǎn)向技術(shù)的汽車(chē)車(chē)輪與轉(zhuǎn)向盤(pán)之間無(wú)需進(jìn)行機(jī)械連接，能夠?qū)ζ?chē)傳動(dòng)比進(jìn)行任意設(shè)計(jì)，主動(dòng)控制轉(zhuǎn)向輪，同時(shí)可以根據(jù)車(chē)輛行駛速度相關(guān)參數(shù)的改變實(shí)施補(bǔ)償，確保理想的轉(zhuǎn)向特性得以良好實(shí)現(xiàn)，而且給底盤(pán)的布置提供了便利，符合當(dāng)前汽車(chē)發(fā)展的特點(diǎn)，是一種值得大力推廣的技術(shù)。

1 汽車(chē)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向控制技術(shù)的性能

汽車(chē)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向控制技術(shù)為轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)提供了更多空間，比起傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，更具優(yōu)勢(shì)：①能夠改善路感，應(yīng)用汽車(chē)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向控制技術(shù)，能夠消除路面不平對(duì)方向造成的影響，駕駛員可根據(jù)需求來(lái)自由設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足了個(gè)性化的駕駛需求;②助于底盤(pán)的集成控制：借助車(chē)載總線(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)EPS、ABS、DYC等系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)信息的共享利用，提高汽車(chē)的整體性能;③提高操控性能：汽車(chē)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向擺脫了機(jī)械連接，讓汽車(chē)在低速行駛時(shí)， 有更好的靈敏度，高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向更為平穩(wěn)，降低駕駛員的體力消耗。另外，應(yīng)用汽車(chē)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向控制技術(shù)，能夠自由布置方向盤(pán)，為駕駛員提供更多的腿部空間，減輕事故對(duì)駕駛員人身安全的影響，且可以提升系統(tǒng)工作效率，滿(mǎn)足了節(jié)能、綠色、環(huán)保的要求。對(duì)于汽車(chē)性能的判斷，轉(zhuǎn)向性能是其中的重點(diǎn)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能會(huì)影響汽車(chē)的操控性，對(duì)于保護(hù)駕駛員安全、降低交通事故的發(fā)生率、確保車(chē)輛安全形勢(shì)、改善駕駛條件有著重要作用。在車(chē)流密集化、汽車(chē)高速化的當(dāng)代社會(huì)，關(guān)于汽車(chē)易操作性的設(shè)計(jì)顯得至關(guān)重要，汽車(chē)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向控制技術(shù)的發(fā)展迎合了這一要求[1]。

2 汽車(chē)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向控制關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 傳感器技術(shù)

當(dāng)前，汽車(chē)的生產(chǎn)加工中，眾多部件采用了電子控制的方式，這是現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的重要特征之一。關(guān)于汽車(chē)電子控制系統(tǒng)，其實(shí)際控制效果主要取決于傳感器采集與反饋信息的精準(zhǔn)程度，傳感器的科技含量與汽車(chē)整體電子控制系統(tǒng)的性能之間存在著密不可分的關(guān)系。針對(duì)汽車(chē)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其需要運(yùn)用采集汽車(chē)側(cè)向加速度的傳感器及測(cè)量汽車(chē)行駛速度的傳感器等多種傳感器。

2.2 路感模擬控制

路感是一種觸覺(jué)信息，良好的路感能夠降低駕駛員的駕駛難度，提高駕駛的安全性，因此也是評(píng)價(jià)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性?xún)?yōu)劣的主要指標(biāo)之一。由于線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了方向盤(pán)和轉(zhuǎn)向車(chē)輪之間的機(jī)械連接，通過(guò)轉(zhuǎn)向角信號(hào)和轉(zhuǎn)向電機(jī)控制車(chē)輪轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致路感無(wú)法直接反饋給駕駛員，這從駕駛安全性角度考慮是絕對(duì)不允許的。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向盤(pán)總成中包含有路感模擬電機(jī)，用來(lái)產(chǎn)生作用于方向盤(pán)的阻力矩以模擬路感。一般認(rèn)為“路感清晰”指的是能夠及時(shí)地反饋信息，具有好的回正能力， 同時(shí)在汽車(chē)低速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向較為靈敏，不需要駕駛員提供過(guò)大的轉(zhuǎn)矩就能實(shí)現(xiàn)輕松轉(zhuǎn)向，即低速轉(zhuǎn)向輕便;高速時(shí)方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩較大，不易受路面狀態(tài)影響車(chē)輛行駛平穩(wěn)性，即高速行駛沉穩(wěn)[2]。

2.3 實(shí)現(xiàn)路感模擬的結(jié)構(gòu)

根據(jù)作用的原理不同，在線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也有差異，執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般為電機(jī)、磁流變液、操縱桿、基于液壓作用等多種結(jié)構(gòu)形式。

2.4 動(dòng)力電源

在動(dòng)力電源中，承載著供電、電子控制等功能，為了確保系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行，需要提升動(dòng)力電源的性能，在車(chē)輛中各類(lèi)高功能零部件數(shù)量的增加下，汽車(chē)面臨的負(fù)荷也越來(lái)越大，要維持穩(wěn)定的供電支持，就必須要提高電流，但若電流過(guò)高，會(huì)給系統(tǒng)造成安全隱患，增加熱能消耗。因此， 有必要應(yīng)用42V供電系統(tǒng)，這可以減少線(xiàn)束直徑，減輕電動(dòng)機(jī)質(zhì)量，降低使用成本，提升電子元件集成度。

2.5 主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制

線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠獲取到指令目標(biāo)輸入與轉(zhuǎn)向輪變化的關(guān)系，調(diào)節(jié)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，目前，常用的主動(dòng)轉(zhuǎn)向包括動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性控制策略、變傳動(dòng)比控制策略、轉(zhuǎn)向電機(jī)控制策略。①動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性控制：常用的線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括ARS、AFS、4WS幾種類(lèi)型，需要利用轉(zhuǎn)向輪偏角，改變輪胎力，保證汽車(chē)運(yùn)行穩(wěn)定性。在控制策略中，常見(jiàn)的有模糊PID控制算法、分?jǐn)?shù)階PID控制算法。②變傳動(dòng)比控制：在車(chē)輛的運(yùn)行中，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比控制意義重大，從傳動(dòng)比動(dòng)力來(lái)看，需要科學(xué)分析線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變傳動(dòng)比特征，以順利的達(dá)成控制目標(biāo)。③轉(zhuǎn)向電機(jī)控制：通過(guò)接收不同的控制命令，借助液壓系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)來(lái)控制線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，提升控制精確性，相較于典型PID，模糊PID控制適合應(yīng)用在各類(lèi)環(huán)境，模糊PID很少會(huì)受到外部環(huán)境的影響，可準(zhǔn)確完成轉(zhuǎn)向角調(diào)節(jié)要求[3]。

2.6 線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定性控制

線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力傳遞與位移傳遞的完全解耦，簡(jiǎn)而言之就是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳遞特性和位移傳遞特性能夠分別獨(dú)立設(shè)計(jì)。線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的位移特性控制有2種較為典型的方式，如圖1所示。第1種方式是穩(wěn)定性控制法，其實(shí)施過(guò)程可以概括為根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)角/轉(zhuǎn)矩輸入指令及汽車(chē)當(dāng)前行駛狀態(tài)，計(jì)算得到理想橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角、側(cè)向加速度等控制目標(biāo)，設(shè)計(jì)穩(wěn)定性控制器根據(jù)控制目標(biāo)求解所需的前輪轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角跟蹤控制器以所需前輪轉(zhuǎn)角為目標(biāo)，求解所需轉(zhuǎn)向電機(jī)電流/電壓，輸出扭矩帶動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)角進(jìn)行跟蹤。第2種方式為變傳動(dòng)比控制法，即先根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)角輸入和系統(tǒng)傳動(dòng)比計(jì)算參考前輪轉(zhuǎn)角，然后設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角跟蹤控制器控制轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出扭矩對(duì)參考前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行跟蹤。在上述的2種控制結(jié)構(gòu)中，研究人員重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題有以下3點(diǎn)：（1）線(xiàn)控轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性控制，即通過(guò)駕駛員的輸入選取何種參考模型完成汽車(chē)有關(guān)穩(wěn)定性位移特性控制問(wèn)題;（2） 線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變傳動(dòng)比設(shè)計(jì)，就是根據(jù)何種規(guī)則得到駕駛員轉(zhuǎn)角輸入與前輪轉(zhuǎn)角輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系;（3）前輪轉(zhuǎn)角的跟蹤問(wèn)題，即已知參考前輪轉(zhuǎn)角的前提下，如何控制轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出扭矩對(duì)參考值進(jìn)行跟蹤[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王德志.SBW試驗(yàn)臺(tái)控制單元設(shè)計(jì)及分析[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2019.

[2] 于蕾艷，林逸，施國(guó)標(biāo).線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感控制策略的研究[J].計(jì)算機(jī)仿真， 2019，（06）：248-250+269.

[3] 劉軍，晏曉娟，陶昌齡，等.基于線(xiàn)控轉(zhuǎn)向的主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略研究[J].汽車(chē)技術(shù)，2019，（6）.

[4] 陳德玲，殷承良，張建武.基于參數(shù)不確定的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向魯棒性控制[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，（8）.

2944501705296