什么是By-Wire 線控技術(shù)？線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心技術(shù)

什么是 By-Wire 線控技術(shù)？

所謂線控技術(shù)（By-Wire），通俗來(lái)講就是由“電線”或者電信號(hào)來(lái)傳遞轉(zhuǎn)向控制，而不是通過(guò)機(jī)械連接裝置的“硬”連接來(lái)實(shí)現(xiàn)操作。

線控技術(shù)的核心是智能機(jī)電傳動(dòng)裝置，其起源于飛機(jī)上的電傳操縱技術(shù)（Fly-By-Wire）

X-By-Wire 線控技術(shù)是無(wú)人駕駛車輛（ UGV）以及先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS)的技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車的駕駛系統(tǒng)，有 Steer-by-wire，Bake-by-wire，Shift-by-wire，Park-by-wire 等等。

日產(chǎn)旗下的英菲尼迪 Q50 所搭載的線控主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) Direct Adaptive Steering（DAS）就是電控操縱技術(shù)，作為首款搭載此項(xiàng)技術(shù)的量產(chǎn)車型，其顛覆了 100 多年的汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向歷史。

圖：英菲尼迪 Direct Adaptive Steering（DAS）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，其角傳遞和力傳遞都是通過(guò)電傳機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。由于物理上的完全解耦，雙向的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模塊給汽車轉(zhuǎn)向特性帶來(lái)巨大的設(shè)計(jì)空間

一般來(lái)說(shuō)，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有很多：操控響應(yīng)更快、操控舒適性增加、被動(dòng)安全性提高、能夠協(xié)同實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全轉(zhuǎn)向，可定制化的駕駛感受等。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心技術(shù)

線控轉(zhuǎn)向的方向盤模塊和轉(zhuǎn)向機(jī)模塊之間的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩耦合完全通過(guò)電控系統(tǒng)來(lái)完成協(xié)同，所以在模擬機(jī)械傳動(dòng)的轉(zhuǎn)向特性時(shí)首先需要解決兩個(gè)方面的問(wèn)題：

1、前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和方向盤輸入之間的協(xié)同跟隨控制

2、轉(zhuǎn)向感力矩的反饋模擬控制方法。

同時(shí)作為汽車安全部件，線控系統(tǒng)還需要解決第三個(gè)難題：

3、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余可靠性設(shè)計(jì)

圖：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)構(gòu)示意圖

線控轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角指令跟隨控制

要求轉(zhuǎn)向輪迅速響應(yīng)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，解決在復(fù)雜未知路面、信號(hào)傳遞延時(shí)等情況下如何保持轉(zhuǎn)向?qū)崟r(shí)性、精確性。

轉(zhuǎn)角執(zhí)行系統(tǒng)閉環(huán)反饋控制算法（前饋+反饋+補(bǔ)償）

各控制分量表達(dá)為：

轉(zhuǎn)向路感的反饋模擬方法

線控系統(tǒng)沒(méi)有機(jī)械連接，需要通過(guò)電機(jī)模擬實(shí)際的路感反饋給駕駛員，遙操作過(guò)程中路面反力的在線觀測(cè)一直是研究的難點(diǎn)。

在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，路感是由很多要素組成：

1、輪胎回正力矩

2、機(jī)械系統(tǒng)慣性、阻尼和摩擦力矩

3、傳統(tǒng)系的減速比例

4、轉(zhuǎn)向助力力矩

要加載路感，首先需要觀測(cè)轉(zhuǎn)向反饋力矩，目前有三種典型的方法：

1、Model-based approach

轉(zhuǎn)向反饋力矩可以基于輪胎模型，結(jié)合轉(zhuǎn)向角度實(shí)時(shí)計(jì)算出回正力矩的大?。?/p>

使用此方法的問(wèn)題是反饋力矩的計(jì)算依賴精確的輪胎模型，然而到目前為止，輪胎模型多是基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合實(shí)現(xiàn)，不同情況下難以統(tǒng)一應(yīng)用。

2、Torque map-based method

該方法依據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立經(jīng)驗(yàn)庫(kù)，最后依據(jù)行駛車速、方向盤轉(zhuǎn)角等輸入構(gòu)建和路感力矩之間的映射關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)手感力矩的評(píng)估。

使用此方法的問(wèn)題是路感力矩經(jīng)驗(yàn)庫(kù)的構(gòu)建需要大量的實(shí)車道路測(cè)試，同時(shí)也很難全面覆蓋可能的車輛轉(zhuǎn)向路況。

3、Senor-based approach

基于齒條力矩傳感器或者電機(jī)電流傳感器建立負(fù)載力矩的在線觀測(cè)，進(jìn)而評(píng)估實(shí)際的轉(zhuǎn)向力矩大小。

使用該方法的問(wèn)題是傳感器的成本問(wèn)題以及惡劣工況下的可靠性問(wèn)題。

先進(jìn)智能車輛線傳操控技術(shù)

先進(jìn)智能車輛線傳操控技術(shù)能夠發(fā)揮線控系統(tǒng)的物理解耦優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)駕駛操控動(dòng)力學(xué)的可變傳遞設(shè)計(jì)。

線控轉(zhuǎn)向可變傳動(dòng)優(yōu)勢(shì)：個(gè)性化、舒適化

1、轉(zhuǎn)向角 / 力傳動(dòng)比優(yōu)化

低速轉(zhuǎn)向時(shí)傳動(dòng)比較小，減少轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)幅度，提升車輛轉(zhuǎn)向輕便性和 靈活性；

高速行駛傳動(dòng)比較大，降低響應(yīng)靈敏度，提供車輛高度行駛穩(wěn)定性和安全性。

2、優(yōu)化車輛底盤性能：

完全電控、無(wú)機(jī)械干涉，能方便地與其他底盤動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)（ABS、4WD 等）進(jìn)行集成控制，為未來(lái)的汽車底盤一體化奠定良好的基礎(chǔ)。

3、轉(zhuǎn)向特性個(gè)性化定制

線控向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪解耦，轉(zhuǎn)向特性可進(jìn)行一定的個(gè)性化設(shè)計(jì)，如：普通模式、運(yùn)動(dòng)模式，滿足不同操縱性能需求。

可變轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比優(yōu)化設(shè)計(jì)

可變轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)角傳動(dòng)比隨車速增大而增大、橫擺角速度增益隨車速增大而降低，同時(shí)依據(jù)轉(zhuǎn)向靈敏度的限制和傳動(dòng)比上下限的限制可以得出車輛轉(zhuǎn)向最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù) J（目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算方法如圖）進(jìn)而得出最優(yōu)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比系統(tǒng)。

由各單項(xiàng)指標(biāo)的加權(quán)平均可得總優(yōu)化函數(shù) J

最后對(duì)復(fù)雜路況轉(zhuǎn)向行駛進(jìn)行驗(yàn)證：

復(fù)雜行駛工況下，變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向有效減小方向盤轉(zhuǎn)角和角速度，降低駕駛員忙碌程度和駕駛負(fù)擔(dān)。

編輯：hfy