汽车线控转向技术研究
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ｏｆ
转向系的设计一直是各大汽车公司研究的重要方面。
汽车转向系统发展经历了４个基本发展阶段：纯机械式转向系 统，液压助力转向系统，电动助力转向系统，线控转向系统。而目前 更为先进的线控助力转向系统已经开发出来，线控转向装置取消了 转向盘和转向轮的机械连接，占据空间小，可减少碰撞时对驾驶员
Ｖｅｈｉｃｌｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ．
Ｋｅｙ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｗｏｒｄｓ：Ｖｅｈｉｃｌｅｆ Ｓｔｅｅｒ－ｂｙ－ｗｉｒｅ； ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｎｇ；Ｋｅｙ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
６８
万方数据
周
鑫刘洲辉
德国奔驰公司在１９９０年开始了前轮线控转向 的研究，并将它开发的线控转向系统应用于概念车 Ｆ４００Ｃａｒｖｉｎｇ上。日本Ｋｏｙｏ也开发了线控转向系 统，但为了保证系统的安全，仍然保留了转向盘与转 向轮之间的机械部分，即通过离合器连接，当线控转 向失效时通过离合器结合回复到机械转向。宝马汽 车公司的概念车ＢＭＷ Ｚ２２，应用了ＳＢＷ技术。转 向盘的转动范围减少到１６０。，使紧急转向时驾驶员 的忙碌程度得到了很大降低。意大利Ｂｅｒｔｏｎｅ设计 开发的概念车ＦＩＬＯ，雪铁龙越野车Ｃ－－Ｃｒｏｓｓｅｒ，戴 克概念车Ｒ１２９，都采用了线控转向系统。２００３年 日本本田公司在纽约国际车展上推出Ｌｅｘｕｓ 各种控制功能，实现车辆的自动控制。 １．２线控转向技术的国内发展现状
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ，
４３００７０）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：强ｅ
ａｒｌ
ｓｔｅｅｒ－ｂｙ－ｗｉｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ
ｃａｎ
的伤害；路面的不平冲击不会传到驾驶员手上，可根据车况实现最 佳路感，实现前轮的主动转向控制，使车辆受到干扰、处于危险或极 限工况时代替驾驶员实现主动安全性。目前国外著名的汽车公司 和汽车零部件厂家竞相研究具有智能化的新一代转向系统，如美国 Ｄｅｌｐｈｉ公司、ＴＲＷ公司，日本三菱公司、Ｋｏｙｏ公司，德国Ｂｏｓｃｈ公
・公路运输……………………………………………………………………．．
子系统的转变。线控技术要求网络的实时性好、可 靠性高，而且一些线控部分要求功能实现冗余，以保 证在出现一定的故障时仍可实现这个装置的基本功 能。这就要求用于线控的网络数据传输速度高，时 间特性好和可靠性高。国际上众多知名汽车公司早 在２０世纪８０年代就积极致力于汽车总线技术的研 究及应用，随着汽车总线技术的发展，存在着多种汽 车总线标准。这一类总线标准主要有ＴＴＰ、Ｂｙｔｅ ｆｌｉｇｈｔ和Ｆｌｅｘ Ｒａｙ。１ｖｒＰ（时间触发协议）是一个应 用于分布式实时控制系统的完整的通信协议，能够 支持多种容错策略，具有节点的恢复和再整合功能； ＢＭＷ公司的Ｂｙｔｅ ｆｌｉｇｈｔ可用于汽车线控系统的网 络通信，其特点是既能满足某些高优先级消息需要 时间触发，以保证确定延迟的要求，又能满足某些消 息需要事件触发，需要中断处理的要求；而其他汽车 制造商目前计划采用Ｆｌｅｘ Ｒａｙ，这是一种特别适合 下一代汽车应用的网络通信系统，具有容错功能和 确定的消息传输时间，能够满足汽车控制系统的高 速率通信要求。目前Ｆｌｅｘ Ｒａｙ标准的物理层标准 已经由Ｐｈｉｌｉｐｓ公司开发完成，通讯协议正在研发 中。该标准的出台不仅提高了信息传输的一致性、 可靠性，而且还简化了信息开发和使用过程，并降低 了成本。从现在的发展来看，由于Ｆｌｅｘ Ｒａｙ是基于 时间和事件的触发协议，要优于ＴＴＰ。基于总线技 术的汽车线控转向系统将传统的机械转向系统变成 通过高速容错通信总线相连的电气系统，实现系统 的自动化、智能化、网络化与信息化。 ３．４电源技术 汽车电源承担着ＳＢＷ系统中电子控制单元、４ 个电动机的供电。２个转矩反馈电动机功率大约为
刚性转向轴占用空间，转向轴必须依据汽车是左侧 驾驶还是右侧驾驶安装在发动机附近，设计人员必 须协调处理各种需要安排部件。而柔性转向去掉了 原来转向系各个功能模块之间的刚性机械连接，大 大方便了系统的总布置。
（３）舒适性得到提高。在刚性转向系统中，路面 不平和转向轮的不平衡，可以回传到转向轴，而柔性
系统不能。 （４）转向回正力矩能够通过软件依据驾驶员的
图２汽车容错控制系统图
在２００１年的第７１届日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“ＦＩＬＯ”。“ＦＩＬＯ”采用了 “ｄｒｉｖｅ－ｂｙ－ｗｉｒｅ”系统，所有的驾驶动作都通过信号传递。它使用操 纵杆进行转向操作，并采用了最新的４２Ｖ供电系统。
ａｎｄ
ｃｏｍｐｏｓ－
ｉｔｓ
ｉｎｇ，ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ
ｃｏｕｌｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｌｙ ｒａｔｉｏ．ｔａｋｅ
ｉｎｇ
ａｎ
ｗｅｒｅ
ｓｅｔ
ｒｅｍｏｖｅｄ．Ｉｔ
司、ＺＦ公司、ＤａｉｍｌｅｒＣｈｒｙｓｌｅｒ公司、ＢＭＷ公司，韩国Ｈｙｕｎｄａｉ公司
等都相继在研制各自的ＳＢＷ系统；国内也开始涉足这一相关研究 领域［６￣８］，因此研究与开发ＳＢＷ系统完全适应未来汽车技术发展 的潮流，具有重要的工程意义和学术意义。 １线控转向技术的发展状况
线控转向技术的国外发展现状 早在２０世纪５０年代，ＴＲＷ等转向系统开发商就做了大胆的
ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ
Ｓｔｅｅｒ－Ｂｙ－Ｗｉｒｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ．
ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
假设，将方向盘与转向车轮之间用控制信号代替原有的机械连接。
—■——■■——■●—■■一
Ｒｏａｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ
公路运输………………………………………………………………………
文章编号：１６７３—４８７４（２００８）０６—００６８一０４
汽车线控转向技术研究
周 鑫，刘洲辉
（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉４３００７０） 摘要：线控转向（Ｓｔｅｅｒ－Ｂｙ－Ｗｉｒｅ）是当前汽车转向装置中运用的一 种先进转向技术。线控转向装置取消了方向盘和车轮的机械连接， 可以任意设计传动比，对转向轮进行主动控制，并对随车速变化的 参数进行补偿，实现理想的转向特性，并且可以便于底盘的布置。 文章介绍了目前线控转向技术在国内外的发展状况，同时分析了线 控转向装置的结构组成、关键技术以及今后的发展趋势。 关键词：汽车；线控转向；结构组成；关键技术 中图分类号：Ｕ４６３．４ 文献标识码：Ａ
计方法有硬件冗余方法和解析冗余方法二类。硬件 冗余方法主要是通过对重要部件及易发生故障部件
提供备份，以提高系统的容错性能；解析冗余方法主 要是通过设计控制器的软件来提高整个系统的冗余 度，从而改善系统的容错性能。汽车容错控制系统 （见图２）由测量模块、故障容错分析模块、执行模块 和故障容错与处理模块组成。故障容错分析模块及 时发现控制系统的故障，分离出发生故障的部位，判 别故障的种类，估计出故障的大小和时间，进行评估 与决策。故障容错与处理模块根据故障检测与诊断 信息，可知被控对象的结构与参数的变化情况，采取 具体的容错控制措施。故障容错分析模块和故障容 错与处理模块是汽车容错控制系统的主要组成部 分。基于容错控制技术的汽车线控转向系统，在不
影响系统的控制功能的情况下，容错控制技术提高
了转向系统的可靠性，保证了车辆的正常行驶及安 全性。
Ｗ，２个转向电动机功率大约为５００～
Ｗ，电源负荷相当重，因此，要保证整个系统的
源自文库稳定工作，汽车电源的性能至关重要。实验证明，对 于特定的功率，电压值的提高可使系统电流减小。 而小的电流可使导线上的损耗减少，从而可使用更 细、更小的线束。提高电压值，也可以减少电器装置
目前国内对该技术的研究主要是集中在各高
校：同济大学利用Ｄｓｐａｃｅ／Ａｕｔｏｂｏｘ为四轮驱动电 动汽车开发了线控转向试验台架，以及四轮驱动、四 轮转向电动汽车。武汉理工大学利用电磁施力器进 行转向盘力反馈，设计了模糊一ＰＩＤ混合控制器，开 发的线控转向系统可以实现转向随动。吉林大学也 进行了变传动比、转向盘回正力矩和稳定性算法研 究。 ２线控转向的结构与原理 ２．１线控助力转向的系统结构 如图１所示，线控转向系统的总体结构分为三 部分：转向盘总成、控制器和前轮转向总成。其中转 向盘系统，包括转向盘、转矩传感器、转向角传感器、 转矩反馈电动机和机械传动装置；电子控制系统，包 括车速传感器，也可以增加横摆角速度传感器、加速 度传感器和电子控制单元以提高车辆的操纵稳定 性；转向系统，包括角位移传感器、转向电动机、齿轮 齿条转向机构和其他机械转向装置等。 ２．２线控助力转向的工作原理 驾驶员转动转向盘时，控制器根据转向盘转角 传感器、车速传感器测的信号，由前轮转角算法计算 得到参考前轮转角，向转向电机发出控制信号，使转 向电机进行位置闭环控制（ＰＤ控制）和电流闭环控 制（ＰＩ控制），以实现该参考前轮转角。同时，控制 器根据转向盘回正力矩算法得到转向盘回正力矩。 转向盘子系统进行电流的ＰＩ控制，实现期望的转向
ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
ｂｅ ｕｓｅｄ
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ｔｉｏｎａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｌｉｎｋａｇｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ
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ｔｏ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｃａｒ，ｗｈｉｃｈ ｈｅｌｐｓ
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ｐｅｒｆｅｃｔ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔａｋｅｓ ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｂｏｕｔ
Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
转向系是汽车的一个重要组成部分，转向系统的性能直接决定 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 了汽车的操纵稳定性，并且与汽车的安全性有着重要的联系。所以
Ｓｔｅｅｒ－ｂｙ。Ｗｉｒｅ
ＺＨｏＵ Ｘｉｎ，ＬＩＵ Ｚｈｏｕ－ｈｕｉ （Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ
要求进行调整。因此在不改变设计的情况下，可以
个性化地适合特定的驾驶者和驾驶员环境，与转向 有关的驾驶行为都可以通过软件来实现。 （５）消除了碰撞事故中转向柱引起伤害驾驶员 的可能性，不必设置转向防扭机构。 （６）增加驾驶员腿部活动空间，出入更方便自 由。
６９
万方数据
ＩＲｏａｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ
５０－－－８０ ８００
—■■■—●—●■●■■一
３线控助力转向的关键技术 ３．１传感器技术 现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部 件采用电子控制。汽车电子控制系统控制效果依赖 于传感器的信息采集和反馈的精度，传感器科技含 量直接影响整个汽车电子控制系统的性能。汽车线 控转向系统需要的相关传感器有：角位移传感器、转 矩传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、横摆角 速度传感器等。 ３．２容错控制技术 为了满足汽车的可靠性与安全性的要求，汽车 线控转向系统必须采用容错控制技术，容错控制设
ＨＰＸ 角位移传感器 转向量
转矩传感器 传向角传感器
车速传感嚣 转矩反馈电动机 轮胎
电子控制单元
转向电动机
概念车，也采用了线控转向系统，在仪表盘上集成了
圈１助力转向系统结构图
盘回正力矩。此外，为了使驾驶员得到更好的转向 感觉，可以进行转向盘回正控制和阻尼控制。 ２．３线控助力转向系统的特点 由于线控转向系统中的转向盘和转向轮之间没 有机械连接，是断开的，通过总线传输必要的信息， 故该系统也称作柔性转向系统。其具有如下性能特 点： （１）柔性转向能消除转向干涉问题，为实现多功 能全方位的自动控制，以及汽车动态控制系统和汽 车平顺性控制系统的系统集成提供了显著的先决条 件。 （２）对前轮驱动轿车，在安装发动机时需要考虑
转向系的设计一直是各大汽车公司研究的重要方面。
汽车转向系统发展经历了４个基本发展阶段：纯机械式转向系 统，液压助力转向系统，电动助力转向系统，线控转向系统。而目前 更为先进的线控助力转向系统已经开发出来，线控转向装置取消了 转向盘和转向轮的机械连接，占据空间小，可减少碰撞时对驾驶员
Ｖｅｈｉｃｌｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ．
Ｋｅｙ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｗｏｒｄｓ：Ｖｅｈｉｃｌｅｆ Ｓｔｅｅｒ－ｂｙ－ｗｉｒｅ； ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｎｇ；Ｋｅｙ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
６８
万方数据
周
鑫刘洲辉
德国奔驰公司在１９９０年开始了前轮线控转向 的研究，并将它开发的线控转向系统应用于概念车 Ｆ４００Ｃａｒｖｉｎｇ上。日本Ｋｏｙｏ也开发了线控转向系 统，但为了保证系统的安全，仍然保留了转向盘与转 向轮之间的机械部分，即通过离合器连接，当线控转 向失效时通过离合器结合回复到机械转向。宝马汽 车公司的概念车ＢＭＷ Ｚ２２，应用了ＳＢＷ技术。转 向盘的转动范围减少到１６０。，使紧急转向时驾驶员 的忙碌程度得到了很大降低。意大利Ｂｅｒｔｏｎｅ设计 开发的概念车ＦＩＬＯ，雪铁龙越野车Ｃ－－Ｃｒｏｓｓｅｒ，戴 克概念车Ｒ１２９，都采用了线控转向系统。２００３年 日本本田公司在纽约国际车展上推出Ｌｅｘｕｓ 各种控制功能，实现车辆的自动控制。 １．２线控转向技术的国内发展现状
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ，
４３００７０）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：强ｅ
ａｒｌ
ｓｔｅｅｒ－ｂｙ－ｗｉｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ
ｃａｎ
的伤害；路面的不平冲击不会传到驾驶员手上，可根据车况实现最 佳路感，实现前轮的主动转向控制，使车辆受到干扰、处于危险或极 限工况时代替驾驶员实现主动安全性。目前国外著名的汽车公司 和汽车零部件厂家竞相研究具有智能化的新一代转向系统，如美国 Ｄｅｌｐｈｉ公司、ＴＲＷ公司，日本三菱公司、Ｋｏｙｏ公司，德国Ｂｏｓｃｈ公
・公路运输……………………………………………………………………．．
子系统的转变。线控技术要求网络的实时性好、可 靠性高，而且一些线控部分要求功能实现冗余，以保 证在出现一定的故障时仍可实现这个装置的基本功 能。这就要求用于线控的网络数据传输速度高，时 间特性好和可靠性高。国际上众多知名汽车公司早 在２０世纪８０年代就积极致力于汽车总线技术的研 究及应用，随着汽车总线技术的发展，存在着多种汽 车总线标准。这一类总线标准主要有ＴＴＰ、Ｂｙｔｅ ｆｌｉｇｈｔ和Ｆｌｅｘ Ｒａｙ。１ｖｒＰ（时间触发协议）是一个应 用于分布式实时控制系统的完整的通信协议，能够 支持多种容错策略，具有节点的恢复和再整合功能； ＢＭＷ公司的Ｂｙｔｅ ｆｌｉｇｈｔ可用于汽车线控系统的网 络通信，其特点是既能满足某些高优先级消息需要 时间触发，以保证确定延迟的要求，又能满足某些消 息需要事件触发，需要中断处理的要求；而其他汽车 制造商目前计划采用Ｆｌｅｘ Ｒａｙ，这是一种特别适合 下一代汽车应用的网络通信系统，具有容错功能和 确定的消息传输时间，能够满足汽车控制系统的高 速率通信要求。目前Ｆｌｅｘ Ｒａｙ标准的物理层标准 已经由Ｐｈｉｌｉｐｓ公司开发完成，通讯协议正在研发 中。该标准的出台不仅提高了信息传输的一致性、 可靠性，而且还简化了信息开发和使用过程，并降低 了成本。从现在的发展来看，由于Ｆｌｅｘ Ｒａｙ是基于 时间和事件的触发协议，要优于ＴＴＰ。基于总线技 术的汽车线控转向系统将传统的机械转向系统变成 通过高速容错通信总线相连的电气系统，实现系统 的自动化、智能化、网络化与信息化。 ３．４电源技术 汽车电源承担着ＳＢＷ系统中电子控制单元、４ 个电动机的供电。２个转矩反馈电动机功率大约为
刚性转向轴占用空间，转向轴必须依据汽车是左侧 驾驶还是右侧驾驶安装在发动机附近，设计人员必 须协调处理各种需要安排部件。而柔性转向去掉了 原来转向系各个功能模块之间的刚性机械连接，大 大方便了系统的总布置。
（３）舒适性得到提高。在刚性转向系统中，路面 不平和转向轮的不平衡，可以回传到转向轴，而柔性
系统不能。 （４）转向回正力矩能够通过软件依据驾驶员的
图２汽车容错控制系统图
在２００１年的第７１届日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“ＦＩＬＯ”。“ＦＩＬＯ”采用了 “ｄｒｉｖｅ－ｂｙ－ｗｉｒｅ”系统，所有的驾驶动作都通过信号传递。它使用操 纵杆进行转向操作，并采用了最新的４２Ｖ供电系统。
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司、ＺＦ公司、ＤａｉｍｌｅｒＣｈｒｙｓｌｅｒ公司、ＢＭＷ公司，韩国Ｈｙｕｎｄａｉ公司
等都相继在研制各自的ＳＢＷ系统；国内也开始涉足这一相关研究 领域［６￣８］，因此研究与开发ＳＢＷ系统完全适应未来汽车技术发展 的潮流，具有重要的工程意义和学术意义。 １线控转向技术的发展状况
线控转向技术的国外发展现状 早在２０世纪５０年代，ＴＲＷ等转向系统开发商就做了大胆的
ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ
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文章编号：１６７３—４８７４（２００８）０６—００６８一０４
汽车线控转向技术研究
周 鑫，刘洲辉
（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉４３００７０） 摘要：线控转向（Ｓｔｅｅｒ－Ｂｙ－Ｗｉｒｅ）是当前汽车转向装置中运用的一 种先进转向技术。线控转向装置取消了方向盘和车轮的机械连接， 可以任意设计传动比，对转向轮进行主动控制，并对随车速变化的 参数进行补偿，实现理想的转向特性，并且可以便于底盘的布置。 文章介绍了目前线控转向技术在国内外的发展状况，同时分析了线 控转向装置的结构组成、关键技术以及今后的发展趋势。 关键词：汽车；线控转向；结构组成；关键技术 中图分类号：Ｕ４６３．４ 文献标识码：Ａ
计方法有硬件冗余方法和解析冗余方法二类。硬件 冗余方法主要是通过对重要部件及易发生故障部件
提供备份，以提高系统的容错性能；解析冗余方法主 要是通过设计控制器的软件来提高整个系统的冗余 度，从而改善系统的容错性能。汽车容错控制系统 （见图２）由测量模块、故障容错分析模块、执行模块 和故障容错与处理模块组成。故障容错分析模块及 时发现控制系统的故障，分离出发生故障的部位，判 别故障的种类，估计出故障的大小和时间，进行评估 与决策。故障容错与处理模块根据故障检测与诊断 信息，可知被控对象的结构与参数的变化情况，采取 具体的容错控制措施。故障容错分析模块和故障容 错与处理模块是汽车容错控制系统的主要组成部 分。基于容错控制技术的汽车线控转向系统，在不
影响系统的控制功能的情况下，容错控制技术提高
了转向系统的可靠性，保证了车辆的正常行驶及安 全性。
Ｗ，２个转向电动机功率大约为５００～
Ｗ，电源负荷相当重，因此，要保证整个系统的
源自文库稳定工作，汽车电源的性能至关重要。实验证明，对 于特定的功率，电压值的提高可使系统电流减小。 而小的电流可使导线上的损耗减少，从而可使用更 细、更小的线束。提高电压值，也可以减少电器装置
目前国内对该技术的研究主要是集中在各高
校：同济大学利用Ｄｓｐａｃｅ／Ａｕｔｏｂｏｘ为四轮驱动电 动汽车开发了线控转向试验台架，以及四轮驱动、四 轮转向电动汽车。武汉理工大学利用电磁施力器进 行转向盘力反馈，设计了模糊一ＰＩＤ混合控制器，开 发的线控转向系统可以实现转向随动。吉林大学也 进行了变传动比、转向盘回正力矩和稳定性算法研 究。 ２线控转向的结构与原理 ２．１线控助力转向的系统结构 如图１所示，线控转向系统的总体结构分为三 部分：转向盘总成、控制器和前轮转向总成。其中转 向盘系统，包括转向盘、转矩传感器、转向角传感器、 转矩反馈电动机和机械传动装置；电子控制系统，包 括车速传感器，也可以增加横摆角速度传感器、加速 度传感器和电子控制单元以提高车辆的操纵稳定 性；转向系统，包括角位移传感器、转向电动机、齿轮 齿条转向机构和其他机械转向装置等。 ２．２线控助力转向的工作原理 驾驶员转动转向盘时，控制器根据转向盘转角 传感器、车速传感器测的信号，由前轮转角算法计算 得到参考前轮转角，向转向电机发出控制信号，使转 向电机进行位置闭环控制（ＰＤ控制）和电流闭环控 制（ＰＩ控制），以实现该参考前轮转角。同时，控制 器根据转向盘回正力矩算法得到转向盘回正力矩。 转向盘子系统进行电流的ＰＩ控制，实现期望的转向
ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
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ｏｎ
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转向系是汽车的一个重要组成部分，转向系统的性能直接决定 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 了汽车的操纵稳定性，并且与汽车的安全性有着重要的联系。所以
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ＺＨｏＵ Ｘｉｎ，ＬＩＵ Ｚｈｏｕ－ｈｕｉ （Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ
要求进行调整。因此在不改变设计的情况下，可以
个性化地适合特定的驾驶者和驾驶员环境，与转向 有关的驾驶行为都可以通过软件来实现。 （５）消除了碰撞事故中转向柱引起伤害驾驶员 的可能性，不必设置转向防扭机构。 （６）增加驾驶员腿部活动空间，出入更方便自 由。
６９
万方数据
ＩＲｏａｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ
５０－－－８０ ８００
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３线控助力转向的关键技术 ３．１传感器技术 现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部 件采用电子控制。汽车电子控制系统控制效果依赖 于传感器的信息采集和反馈的精度，传感器科技含 量直接影响整个汽车电子控制系统的性能。汽车线 控转向系统需要的相关传感器有：角位移传感器、转 矩传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、横摆角 速度传感器等。 ３．２容错控制技术 为了满足汽车的可靠性与安全性的要求，汽车 线控转向系统必须采用容错控制技术，容错控制设
ＨＰＸ 角位移传感器 转向量
转矩传感器 传向角传感器
车速传感嚣 转矩反馈电动机 轮胎
电子控制单元
转向电动机
概念车，也采用了线控转向系统，在仪表盘上集成了
圈１助力转向系统结构图
盘回正力矩。此外，为了使驾驶员得到更好的转向 感觉，可以进行转向盘回正控制和阻尼控制。 ２．３线控助力转向系统的特点 由于线控转向系统中的转向盘和转向轮之间没 有机械连接，是断开的，通过总线传输必要的信息， 故该系统也称作柔性转向系统。其具有如下性能特 点： （１）柔性转向能消除转向干涉问题，为实现多功 能全方位的自动控制，以及汽车动态控制系统和汽 车平顺性控制系统的系统集成提供了显著的先决条 件。 （２）对前轮驱动轿车，在安装发动机时需要考虑