汽車線控轉向系統轉向控制研究

許斌 張昌博

摘要：汽車線控轉向控制技術去除了汽車中轉向車輪、方向盤之間的機械連接，這一技術的推行有效提升了汽車整體性能，確保車輛操控的穩定性和安全性，有效減輕駕駛員的駕駛負擔，是目前汽車領域研究的熱點。文章針對汽車線控轉向控制技術的組成、性能進行了簡要分析，探討汽車線控轉向控制關鍵技術以及具體的應用。

關鍵詞：汽車線控轉向控制技術;應用;研究

引言

汽車轉向系統能夠維持車輛在轉動方向盤時的穩定性，常見的轉向系統包括液壓助力轉向系統、電控液壓動力轉向系統、電動液壓動力轉向系統、電動助力轉向系統，隨著電子技術的發展，線控轉向控制技術成為汽車轉向系統發展的必然方向。我國在這一技術的研究上起步相對較晚，但是在各個高校、科研機構與企業的努力下，也取得了革命性進展。

1線控轉向的控制組成

線控轉向的控制設計大體包括傳感器技術，總線技術，容錯控制技術三部分。由于線控轉向和傳統機械轉向的區別在于轉向盤與轉向輪之間不再具有機械連接，故對于駕駛員而言，駕駛中的路感便會產生差異。而線控轉向的優勢在于可以改變轉向特性，當汽車低速行駛時減小轉向傳動比，提高轉向靈敏性;高速行駛時增大轉向傳動比，使轉向更加平穩，提高操縱性。故在控制的設計中，主要需要考慮的是路感的模擬控制和主動轉向控制，而電控部分并不能做到萬無一失，所以需要在設計中考慮到故障容錯控制。

2汽車線控轉向控制技術應用的實現

2.1傳感器技術

傳感器的信息采集和處理，會對控制器控制效果產生影響，也關乎整個系統的性能，代表性的如側向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、車速傳感器等[2]。

2.2總線技術

國際上很多知名的汽車公司都在汽車總線技術的運用和研究方面進行了大力投入，伴隨著汽車總線技術的發展，汽車總線相關標準也變得越來越多，今后將會應用同時兼具高速和實時傳輸特點的總線標準與協議。例如，時間觸發協議、Byteflight以及FlexRay等。關于時間觸發協議，其是一個比較完整的通信協議，在分布式實時控制系統中進行運用，可以對眾多容錯策略進行支持，同時兼具節點的重新整合以及恢復的功能;關于Byteflight，其是由寶馬公司開發的在汽車線控系統中進行應用的網絡通信 協議。該網絡通信具有多方面特征，不但可以使部分高優先級消息需要時間觸發的特點得到滿足，確保延遲方面的實際需要;同時可以使部分消息需要中斷進行處理以及事件觸發的需要得到良好滿足。也有部分汽車生產商采用的是FlexRay，該網絡通信系統十分適宜在新一代汽車中進行運用，同時具備確定消息傳送時間以及容錯兩個方面的重要作用，可以使汽車控制系統快速通信方面的實際需求得到良好滿足。戴姆勒-克萊斯勒、飛利浦、寶馬以及摩托羅拉公司共同研發創建了這一標準，博世、大眾汽車、通用汽車三家公司都加入了聯合開發協會，目前已有七個核心組織成員，一同努力研發汽車分布式控制系統內高速總線系統的相關標準。當前，關于FlexRay標準，飛利浦公司已經研發完成其物理層標準，而相關通信協議正處于開發狀態之中。這一標準的發布不但有力保障了信息傳輸的高度一致以及可靠程度，同時也使信息研發與具體的應用過程更加簡便，大幅縮減了成本投入。將總線技術作為基礎的汽車線控轉向系統改變了以往的機械轉向系統，讓這一電氣系統采用了高速容錯通信總線相連接的方式，確保了系統網絡化、信息化以及自動化的良好實現[3]。

2.3容錯控制技術

為了使汽車安全性以及可靠性方面的實際需求得到良好滿足，汽車線控轉向系統中務必要應用容錯控制技術。關于容錯控制技術，其實際設計方法分為兩種，分別是解析冗余法與硬件冗余法。關于解析冗余法，其是針對控制器的相關軟件進行設計，提升系統整體的冗余度，確保系統具有更強的容錯能力;關于硬件冗余法，采用的是給容易發生故障問題的部件以及一些較為重要的部件提供備份的方式，增強系統整體容錯方面的能力。針對汽車線控轉向系統，相比較ECU而言，執行機構與傳感器更加容

易出現故障問題，部分執行機構與傳感器之間需具有一定冗余，冗余是確保容錯控制得以實現的重要前提，若是某個部件出現故障問題，可以運用冗余關系，使用其它部件加以取代，從而有效消除故障問題。相比較執行機構與傳感器而言，ECU具有更高的可靠性。然而若是ECU發生故障問題，將會產生更加嚴重的后果，由于在執行機構與傳感器發生故障問題時，系統整體依然能夠維持工作;但若是ECU發生故障問題，系統整體便無法實施任何操作。可以在汽車線控轉向系統中運用雙微機結構，這樣兩個微機之間可以相互檢測，確保了系統的穩定運轉。以容錯控制技術為基礎的汽車線控轉向系統，在不對系統整體控制作用造成影響的狀況下，容錯控制技術可以實現轉向系統可靠程度的提升，確保了汽車行駛過程中的安全。安全程度以及可靠程度是限制汽車線控轉向系統發展的重要瓶頸。國內以及歐盟相應標準中都不準許使用全動力轉向機構正是基于這方面的考慮。然而伴隨著科學技術的逐漸發展，汽車線控轉向系統的安全程度以及可靠程度也在日益提升，當前國家針對這方面的限制正在做出修訂，在汽車線控轉向系統的安全程度以及可靠程度可以達到普通動力轉向系統水準時，相信不久之后亦會實現產業化發展。

3線控轉向系統的前景展望

隨著汽車工業的發展，人們越來越注重車輛的節能、環保、安全性和舒適性，車輛電子化和智能化已經成為汽車未來的發展趨勢。線控轉向系統最終將應用在現代汽車上。在線控轉向系統中，車輛的轉向不是由駕駛員操縱方向盤進行控制，而是由主控制器控制電機來實現車輛轉向動作。我們利用線控轉向系統中轉向角傳動比可以自由設計的特點，設計一種讓駕駛員更容易操作的車輛轉向特性，降低駕駛員的工作負擔，提高舒適性，這具有重要的實踐研究意義。就電動車輛來說，在液壓轉向系統的基礎上加入線控技術，將電子與液壓結合起來，設計一種電動車輛的線控轉向系統。這樣既能擁有液壓轉向的優點，又能在電子元件的控制下，實現轉向操作靈活性，使車輛的轉向系統結構簡單、準確可靠、轉向靈活，提高車輛轉向特性，降低駕駛負擔，改善車輛操縱性。這也是電動車輛線控轉向系統有待研究的課題[4]。

結束語：應用汽車線控轉向技術，有效提升了汽車駕駛的穩定性、安全性，讓行車更為舒適，是未來汽車行業發展的重要方向。在技術的進步下，汽車電子元件成本也會慢慢下降，隨著控制算法的成熟以及42V電源技術的廣泛推行，未來汽車線控轉向技術的應用將會日益普及，逐步取代以往的機械傳動結構，通過集成化的方式來控制汽車行駛，有效提升汽車的整體性能，這是未來汽車領域發展的主導方向，對于順利推進無人駕駛的實現具有深遠意義，未來汽車線控轉向技術及其它線控技術將會全方位取代以往汽車所采用的機械傳動結構。線控技術會利用轉向、制動以及動力等系統，以集成化的方式針對汽車實施優化控制，大大提升汽車整體性能，相信無人駕駛的實現指日可待。

參考文獻：

[1]于蕾艷，林逸，李玉芳.汽車線控轉向系統綜述[J].農業裝備與車輛工程，2019，1.[2]歐陽海.線控轉向系統控制算法研究[D].武漢理工大學，2020.

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

[4]陳德玲，殷承良，張建武.基于參數不確定的主動前輪轉向魯棒性控制[J].上海交通大學學報，2020（8）.