杨文兴;杨俊智;周强;刘建民
【摘 要】Wire control steering (Steer-By-Wire,SBW)system refers to the cancellation of the traditional mechanical steering device,which completely got rid of the limitations of previous steering system,without any mechanical connections between steering gear and steering column but through communicating network to connect control system of all parts.The system has good driving motion and quick response time,so it is good for environmental protection and lowing developing costs of chassis.It also can well improve the vehicle's handling stability and the safety of the car.This paper studied the de-velopment of automotive wire control steering system at home and abroad,and introduced the basic structure and working principle of wire control steering and its advantages and the wire control steering technology development prospects.%线控转向(steer-by-wire,简称 SBW)系统指取消了传统的机械式转向装置,摆脱了传统转向系统的诸多限制,转向器与转向柱间没有任何的机械连接,而是通过通信网络连接各部件的控制系统。线控转向系统的转动效率高,响
应时间快,利于环境的保护,可降低车辆底盘的开发成本,改善车辆的驾驶特性,可以很大程度上改善车辆的操纵稳定性,提高汽车碰撞安全性和整车主动安全性。本文研究了汽车线控转向系统的国内外发展现状,介绍了该系统的基本结构、工作原理及其特点,展望了线控转向技术的发展前景。
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2013(000)011
【总页数】3页(P117-119)
【关键词】汽车;线控转向系统;现状;发展前景
【作 者】杨文兴;杨俊智;周强;刘建民
【作者单位】兰州理工大学 机电工程学院，甘肃 兰州 730050;兰州电源车辆研究所有限公司，甘肃 兰州 730050;兰州理工大学 机电工程学院，甘肃 兰州 730050; 兰州电源车辆研究所有限公司，甘肃 兰州 730050;兰州理工大学 机电工程学院，甘肃 兰州 730050
【正文语种】中 文
【中图分类】U463
汽车线控转向系统摆脱了传统机械转向系统的诸多限制，取消了转向轮和转向盘之间的机械连接，给汽车转向系统的设计带来了更为宽广的空间，从而减少了汽车发生碰撞时对驾驶人的伤害。此外，线控转向系统提高了汽车的转动效率，缩短了系统的响应时间，进一步改善了驾驶特性，增强了车辆的安全性能和操作稳定性能。
1 线控转向系统的国内外发展现状
1.1 国外的发展现状
20世纪50年代，TRW和德国Kasselman等对线控转向系统的概念作了大胆的设想，将转向盘与转向车轮之间用控制信号代替原有的机械连接[1]。1997年，德尔福公司与意大利菲亚特公司签订了应用于小型车的线控转向系统研制合同。2000年上半年，德尔福公司与欧美等地的汽车生产厂家签订了关于开发线控转向系统的合同。ZF公司也在1998年开发出电动助力转向系统(EPS)之后，积极进行了线控转向系统的开发研究，目前已经具备整套的线
控转向系统[2-3]。在欧洲，Daimler-Chrysler、Fiat、Ford Europe和Volvo等汽车公司，Bosch零部件厂商和Chalmers、Vienna等大学联合开展Brite-EuRam“X-by-wire”计划[4]，对线控转向系统实现安全性和可靠性进行了研究。
1.2 国内的发展现状
吉林大学以多自由度整车动力学模型为基础，对电子转向系统中的转向盘回正力矩模型和前轮转向控制的关键问题进行了初步研究，为线控转向系统的研究开发奠定了理论基础[5-6]。江苏大学应用键合图理论，建立了线控转向系统的数学模型，仿真线控转向系统的动态转向特性[7]。武汉理工大学应用智能控制方法，对线控转向系统转向变传动比和路感模拟控制策略进行了研究。
起亚k3gls2 线控转向系统的基本结构与工作原理
2.1 基本结构
汽车线控转向系统是一种不同于传统转向技术的新型转向系统。如图1所示，其由主控制器、转向盘总成和车轮转向3个主要模块以及自动防故障系统等辅助系统组成[8]。
图1 线控转向系统基本结构图
1) 主控制器模块。该模块在汽车线控转向系统中的主要作用是采集信号，并对信号进行处理和分析；同时，向控制器、前轮转向电动机以及转向盘力矩电动机发送控制信号，以此判断汽车的运动行驶状态。在此过程中，对驾驶人的操作实施监控，最终达到汽车智能化控制的目的。
2) 转向盘总成模块。该模块由转向盘、转向盘转角传感器、转向盘回正力矩电动机和力矩传感器等部件构成。首先，转向盘总成将驾驶人的转向意图经过转换，变成数字信号；然后，把数字信号传送给主控制器ECU，用于控制汽车前轮完成转向运动，同时，把汽车的行驶状态转换成转向盘的回正力矩信息，便于向驾驶人提供相应的路感信号。
3) 车轮转向模块。该模块由转向电动机、控制器、转向器、前轮转角传感器和前轮转向组件等构成。其主要是实现驾驶人的转向意图，根据主控制器ECU的命令控制转向电动机，从而实现所设定的汽车前轮转角；同时，应保证在不同的车速下汽车转向响应特性的一致性和准确性。
4) 自动防故障系统。该系统包括一系列的监控和实施算法，在不同的汽车运行工况下，对于不同的故障等级和故障形式，运用故障检测和处理逻辑，做出相应的处理，以求最大限度地保持汽车的正常行驶，使得汽车安全性能得到最大程度的提高。
2.2 工作原理
汽车的主动安全性很大程度上取决于汽车转向系统。线控转向系统不是传统的机械系统，转向运动不是由驾驶人操纵转向盘，且通过汽车转向器和一系列的杆件传递到转向车轮来实现，而是通过通信网络连接信号以达到转向的目的。这种方式占据空间小，可以给汽车转向特性的优化设计带来便利，在一定程度上改善了车辆的操纵稳定性和驾驶安全性。汽车线控转向系统的工作原理如图2所示。
长安福特多少钱图2 线控转向系统的工作原理图
用转向盘传感器来检测驾驶人的转向数据，然后通过数据总线把信号传递给汽车上的电子控制器；与此同时，还可以获得反馈命令，使汽车转向控制系统也从转向操纵机构获得驾驶人的转向指令，并从转向系统获得车轮情况，从而指挥整个转向系统的运动。由车轮转
向系统中的转向阻力传感器发出的信息，经电子控制器传给转向盘子系统中模拟路感的部件，转向系统控制车轮转到所需的角度，并将车轮的转角和转动力矩反馈到系统的其余部分，以使驾驶人获得路感，路感的大小可以根据不同的情况由转向控制系统控制[9]。
3 特点
可使线控转向系统断开转向柱与车轮之间的机械连接，通过ECU来控制车轮转向。线控转向系统特殊的结构决定了其具有很多传统转向系统所不具有的性能特点，同时也为其提供了广泛的应用空间。线控转向系统相对于传统转向系统的优势如下。
1) 转动效率高，响应时间短。可使控制单元通过数据总线接收各种数据，在瞬时转向条件下，立刻提供转向动力以转动车轮，从而大大缩短了系统的响应时间，提高了转动效率。
2) 改善驾驶特性，增强汽车的操纵性和稳定性。在汽车行驶过程中，转向盘转角和车轮转角的比值一直在不断地变化。当车速相对较高时，该比值较大，采用线控转向系统可以获得更好的直线行驶条件；当车速相对较低时，该比值较小，采用线控转向系统可以减少转弯或停车时转向盘的转动角度。
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3) 提高汽车的安全性。线控转向系统完全摆脱了传统机械转向系统的诸多限制，取消了转向器和转向柱的机械连接，占据空间减小，有利于提高汽车整车的主动安全性和碰撞安全性。
4) 有利于环境保护。线控转向系统省去了传递效率极低的带传动, 减少了燃油消耗和废气排放，从而在一定程度上保护了环境。
5) 降低汽车底盘的综合开发成本。采用汽车线控转向系统后，不必考虑驾驶人右侧或左侧驾驶车辆的区别，从而大大降低了汽车底盘的开发成本。
4 线控转向技术的前景展望
线控转向系统预示了未来转向系统的发展趋势，即以提高汽车整车主动安全性、减轻驾驶人的脑力和体力劳动为根本出发点。目前，车用电子元器件和电子芯片的成本逐渐降低，电子元器件的可靠性和处理能力大幅上升，这样就降低了线控转向系统的成本费用，使广大消费者能够接受。随着车用各种传感器精度的提高，成本的降低以及模拟路感电动机振动控制技术的不断成熟，42 V电压体制很快在汽车上得到应用。对于目前围绕汽车开发的g25改装
汉兰达 爬坡门节能、环保和安全主题，未来汽车将以零排放为主体，电动汽车随着电子技术的不断开发，将会为线控转向系统的技术发展带来前所未有的前景，线控转向系统作为一种新型技术，对于加快中国国产汽车的电子化发展将产生深远的研究意义。
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