常江雪 白学峰

摘要：线控转向是车辆转向系统中的最新技术之一。文章对比分析了国内外线控转向系统，详细介绍了线控转向系统的结构组成、特点和工作原理，并提出了在电动车辆上采用线控转向系统的方案，从而提高车辆的转向特性和安全性。

Abstract： SBW is the latest technology in vehicle steering system. This paper reviews the domestic and foreign development of steer-by-wire steering system. The structure， characteristics and operating principle of the steer-by- wire steering system were introduced in detail. At last， the solutions that making steer-by-wire steering system in engineering vehicle were proposed to improve the steering characteristics and safety of the vehicle.

关键词：线控转向;控制策略;主动安全

Key words： steer-by-wire system;control strategy;active safety

中图分类号：U463.62                                   文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）21-0236-02

0  引言

电动车辆的发展趋势是节能、安全、环保。车辆转向系统是实现车辆主动安全的重要系统，其操纵稳定性直接影响着车辆的性能。本文研究的对象是电动车辆的转向系统。为了控制车辆能够沿驾驶员预想的路径行驶，驾驶员必须时刻调节自身的情况，这增加了驾驶员的驾驶负担。当遇到复杂工况时，驾驶员很难控制车辆，容易发生交通事故;近几年随着智能技术、电子技术的发展，机电液一体化技术已经被广泛应用在汽车上，研究人员提出了很多能够提高电动车辆性能的方案，解决了目前电动车辆面临的诸多难题，成为现代电动车辆的未来发展趋势。

1  线控转向系统国内外发展概况

国外学者对线控转向技术的研究已经达到了一定的水平。1990年，德国奔驰公司研究了前轮线控转向技术，并且将该技术应用在概念车F400 Carving上。德尔福公司研制了前轮和四轮线控转向系统。宝马公司的BMWZ22概念車也使用了线控转向系统，它把方向盘的最大转角设计成160°，这大大降低了紧急转向时驾驶员的操作负担。意大利Bertone公司设计的“FILO”概念车、Daimler chrysler“R129”概念车、雪铁龙越野车“C-Crosser”等，都使用了线控转向技术。国外的科研院校机构也积极参与了线控转向系统的研究，如美国斯坦福大学进行了硬件在环试验和主动转向控制策略试验、纽约州立大学进行人车闭环控制、伊利诺伊大学在线控转向控制系统的可靠性和容错性方面做了深入的研究。

我国对线控转向技术的研究起步较晚。研究比较深入的是同济大学的“春晖三号-嘉乐”微型电动车，它最突出的特点就是采用了线控转向技术，研发出线控转向四轮驱动微型概念车。武汉理工大学对汽车线控转向系统变传动比和路感的模糊控制算法进行了研究，并开展了仿真分析。但这些研究尚处于初级阶段，还没有应用在真实车辆上[2]。北京理工大学的施国标、于蕾艳等深入探究了线控转向变传动比和横摆角速度反馈的主动控制。吉林大学研究了线控转向系统变传动比、稳定性算法、方向盘回正力矩等内容。此外，吉林大学还设计出一个线控转向实验台架，如图1所示。

2  线控转向系统的结构组成

线控转向技术改变了车辆原始转向系统的传动机构，分离了驾驶员的操作系统和控制车轮转向的执行系统，形成了两个独立的子系统，通过控制单元和传感器将两个子系统联系在一起，控制单元通过分析和计算车辆的工况，可以调节车辆转向时的力传递特性，从而降低了驾驶员的操作负担，提高了人车闭环系统的主动安全性能。

线控转向系统由三个部分组成，分别是方向盘模块、前轮转向模块和控制器模块，如图2所示。

2.1 方向盘总成  方向盘总成由方向盘、力矩传感器、方向盘转角传感器、方向盘回正力矩电机组成。其主要功能是将驾驶员的转向指令传送给主控制器，进而由主控制器来控制液压转向模块的动作;此外，主控制器向转向盘回正力矩电机发送信号，产生一定的回正力矩，将相应的驾驶路感信息提供给驾驶员。

2.2 前轮转向总成  前轮转向总成由前轮转角传感器、转向电机控制器、转向执行电机和转向组件等组成。转向执行模块的功能是接收主控制器传来的控制指令，通过转向电机来控制转向车轮的转动，完成驾驶员的转向指令。

2.3 控制器总成  控制器的主要功能是采集传感器输入的信号，通过预先设置的控制算法对信号进行分析和处理，并向转向电机和方向盘回正力距电机发送控制指令，控制它们的转速，确保车辆在各种状态下都具有理想的响应性，减轻驾驶员的操作负担[3]。

3  线控转向系统的优点

线控转向技术断开了转向盘和转向轮之间的机械连接，通过控制器来控制它们之间的相互运动，这样可以实现传统转向系统无法实现的转向响应和稳定性。线控转向系统包括方向盘总成、前轮转向总成、主控制器总成，以及自动防故障系统和电源等辅助部件。线控转向系统具有以下优点[4-5]：

3.1 改善转向轮的转向特性

线控转向系统可以根据车辆的行驶状态由控制器实时设置角传动比，并对前轮转角进行补偿，使车辆的转向特性保持最优。由于取消了机械连接的限制，线控转向系统可以自由设计传动比。当车辆低速行驶时可以减小传动比，以提高转向的响应速度;而高速行驶时可以增大传动比，以提高转向的稳定性，这样可以增加驾驶员的驾驶信心。

3.2 提高路感响应性

传统转向系统的路感是驾驶员通过方向盘受到的反作用力而感受到的。在线控转向系统中，由于转向盘和转向轮之间没有机械连接，所以无法感受到转向盘的反作用力，此时驾驶员所感受到的“路感”信息是主控制器根据车辆的行驶状态，向转向盘回正力矩电机提供控制信号而形成的。由于控制器可以提取出最能够反应车辆真实路况信号作为转向盘回正力矩的控制变量，因此可以使转向盘仅向驾驶员提供有用的信号，从而可以获得更加符合驾驶员喜好的“路感”信息。

3.3 有利于节能环保

线控转向系统断开了转向盘和转向轮之间的机械连接，使整车的重量减轻。转向系统在需要转向时电机才会输出功率，同时采用电子元件提高了传动效率和响应时间，从而能够提高车辆的燃油经济性，节约了能源，减少可燃混合气燃烧作功后产生的废气排放[6]。

3.4 提高车辆的安全性和稳定性

车辆在行驶过程中常常会遇到各种复杂路况，如对开路面、低附着路面、侧向风等，当车辆行驶在这些路况时容易失去稳定性。而线控转向系统可以通过采集传感器的信号实时判断车辆的运行状态，当车辆有失区稳定性趋势时，通过转向电机来控制前轮的转角，从而使车辆恢复到稳定状态行驶。

3.5 提高车辆安全性，降低开发成本

线控转向系统取消了转向柱、皮带、皮带轮等机械部件，使得驾驶室里有更多的空间布置被动安全部件，从而可以降低事故发生时对驾驶员造成的伤害。由于线控转向系统硬件部分具有很高的通用性，主控制器采用软件控制，通过修改算法中一些特定参数就能够应用于其它车型，降低了新车型的开发成本[7]。

4  线控转向系统的前景展望

随着汽车工业的发展，人们越来越注重车辆的节能、环保、安全性和舒适性，车辆电子化和智能化已经成为汽车未来的发展趋势。线控转向系统最终将应用在现代汽车上。

在线控转向系统中，车辆的转向不是由驾驶员操纵方向盘进行控制，而是由主控制器控制电机来实现车辆转向动作。我们利用线控转向系统中转向角传动比可以自由设计的特点，设计一种让驾驶员更容易操作的车辆转向特性，降低驾驶员的工作负担，提高舒适性，这具有重要的实践研究意义[8]。

就电动车辆来说，在液压转向系统的基础上加入线控技术，将电子与液压结合起来，设计一种电动车辆的线控转向系统。这样既能拥有液压转向的优点，又能在电子元件的控制下，实现转向操作灵活性，使车辆的转向系统结构简单、准确可靠、轉向灵活，提高车辆转向特性，降低驾驶负担，改善车辆操纵性。这也是电动车辆线控转向系统有待研究的课题。

参考文献：

[1]于蕾艳，林逸，李玉芳.汽车线控转向系统综述[J].农业装备与车辆工程，2006，1.

[2]杨胜兵.线控转向系统控制策略研究[D].武汉理工大学，2008.

[3]欧阳海.线控转向系统控制算法研究[D].武汉理工大学，2010.

[4]左波.汽车线控转向系统概述[J].技术论坛，2009，26（5）：18-20.

[5]罗石，商高高，苏清祖.线控转向系统转向盘力回馈控制模型的研究[J].汽车工程，2006（10）.

[6]李涛涛.线控转向系统操纵性改善策略与转向盘回正力矩研究[D].长春：吉林大学，2007.

[7]黄良斌.一种电液比例阀的模糊PID控制技术研究[D].大连理工大学，2008.

[8]刘永.汽车线控转向系统的研究[D].武汉：武汉理工大学，2005.