汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制技術(shù)綜述

李付兵

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

關(guān)鍵詞：汽車線控轉(zhuǎn)向控制技術(shù);應(yīng)用;研究

引言

目前，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中普遍采用線控轉(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)的汽車車輪與轉(zhuǎn)向盤之間無需進(jìn)行機械連接，能夠?qū)ζ噦鲃颖冗M(jìn)行任意設(shè)計，主動控制轉(zhuǎn)向輪，同時可以根據(jù)車輛行駛速度相關(guān)參數(shù)的改變實施補償，確保理想的轉(zhuǎn)向特性得以良好實現(xiàn)，而且給底盤的布置提供了便利，符合當(dāng)前汽車發(fā)展的特點，是一種值得大力推廣的技術(shù)。

1 汽車線控轉(zhuǎn)向控制技術(shù)的性能

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

2 汽車線控轉(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)代汽車技術(shù)發(fā)展的重要特征之一。關(guān)于汽車電子控制系統(tǒng)，其實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。針對汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其需要運用采集汽車側(cè)向加速度的傳感器及測量汽車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，因此也是評價汽車操縱穩(wěn)定性優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一。由于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機械連接，通過轉(zhuǎn)向角信號和轉(zhuǎn)向電機控制車輪轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致路感無法直接反饋給駕駛員，這從駕駛安全性角度考慮是絕對不允許的。針對這個問題，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向盤總成中包含有路感模擬電機，用來產(chǎn)生作用于方向盤的阻力矩以模擬路感。一般認(rèn)為“路感清晰”指的是能夠及時地反饋信息，具有好的回正能力， 同時在汽車低速行駛時，轉(zhuǎn)向較為靈敏，不需要駕駛員提供過大的轉(zhuǎn)矩就能實現(xiàn)輕松轉(zhuǎn)向，即低速轉(zhuǎn)向輕便;高速時方向盤轉(zhuǎn)動力矩較大，不易受路面狀態(tài)影響車輛行駛平穩(wěn)性，即高速行駛沉穩(wěn)[2]。

2.3 實現(xiàn)路感模擬的結(jié)構(gòu)

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

2.4 動力電源

在動力電源中，承載著供電、電子控制等功能，為了確保系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行，需要提升動力電源的性能，在車輛中各類高功能零部件數(shù)量的增加下，汽車面臨的負(fù)荷也越來越大，要維持穩(wěn)定的供電支持，就必須要提高電流，但若電流過高，會給系統(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)，這可以減少線束直徑，減輕電動機質(zhì)量，降低使用成本，提升電子元件集成度。

2.5 主動轉(zhuǎn)向控制

線控轉(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)車輛的運行狀態(tài)，目前，常用的主動轉(zhuǎn)向包括動態(tài)穩(wěn)定性控制策略、變傳動比控制策略、轉(zhuǎn)向電機控制策略。①動態(tài)穩(wěn)定性控制：常用的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括ARS、AFS、4WS幾種類型，需要利用轉(zhuǎn)向輪偏角，改變輪胎力，保證汽車運行穩(wěn)定性。在控制策略中，常見的有模糊PID控制算法、分?jǐn)?shù)階PID控制算法。②變傳動比控制：在車輛的運行中，轉(zhuǎn)向傳動比控制意義重大，從傳動比動力來看，需要科學(xué)分析線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變傳動比特征，以順利的達(dá)成控制目標(biāo)。③轉(zhuǎn)向電機控制：通過接收不同的控制命令，借助液壓系統(tǒng)、電機系統(tǒng)來控制線控轉(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)用在各類環(huán)境，模糊PID很少會受到外部環(huán)境的影響，可準(zhǔn)確完成轉(zhuǎn)向角調(diào)節(jié)要求[3]。

2.6 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定性控制

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于能夠完成轉(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立設(shè)計。線控轉(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，其實施過程可以概括為根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)角/轉(zhuǎn)矩輸入指令及汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)，計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)向電機電流/電壓，輸出扭矩帶動轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)對轉(zhuǎn)角進(jìn)行跟蹤。第2種方式為變傳動比控制法，即先根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)角輸入和系統(tǒng)傳動比計算參考前輪轉(zhuǎn)角，然后設(shè)計轉(zhuǎn)角跟蹤控制器控制轉(zhuǎn)向電機輸出扭矩對參考前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行跟蹤。在上述的2種控制結(jié)構(gòu)中，研究人員重點關(guān)注的問題有以下3點：（1）線控轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性控制，即通過駕駛員的輸入選取何種參考模型完成汽車有關(guān)穩(wěn)定性位移特性控制問題;（2） 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變傳動比設(shè)計，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)角輸出的對應(yīng)關(guān)系;（3）前輪轉(zhuǎn)角的跟蹤問題，即已知參考前輪轉(zhuǎn)角的前提下，如何控制轉(zhuǎn)向電機輸出扭矩對參考值進(jìn)行跟蹤[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王德志.SBW試驗臺控制單元設(shè)計及分析[D].長安大學(xué)，2019.

[2] 于蕾艷，林逸，施國標(biāo).線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感控制策略的研究[J].計算機仿真， 2019，（06）：248-250+269.

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

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

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