线控转向系统简介及要求2
汽车线控转向系统研究进展综述
汽车线控转向系统研究进展综述一、本文概述随着汽车科技的飞速发展，线控转向系统（Steer-by-Wire，简称SBW）作为一种先进的转向技术，正逐渐受到行业内的广泛关注。
本文旨在全面综述汽车线控转向系统的研究进展，包括其基本原理、技术特点、应用领域以及存在的挑战和未来的发展趋势。
线控转向系统作为一种新型的转向技术，通过电子信号传递驾驶员的转向意图，实现了转向系统与车辆其他控制系统的全面整合。
这种技术不仅提高了转向的精确性和响应速度，还为车辆主动安全、智能驾驶等高级功能提供了坚实的基础。
因此，对汽车线控转向系统的研究具有重要的理论价值和实践意义。
本文将从线控转向系统的基本原理出发，详细阐述其工作机制和关键技术。
接着，通过对国内外相关文献的梳理和评价，全面分析线控转向系统在技术研发、试验验证以及产业化应用等方面取得的进展。
本文还将深入探讨线控转向系统在实际应用中面临的挑战，如安全性、可靠性、成本等问题，并对未来的发展趋势进行展望。
通过本文的综述，旨在为读者提供一个全面、深入的了解汽车线控转向系统研究进展的平台，为推动该技术的进一步发展和应用提供有益的参考。
二、汽车线控转向系统的基本构成和原理汽车线控转向系统（Steer-by-Wire，简称SBW）是一种全新的转向系统，它取消了传统的机械连接，完全通过电子信号传递驾驶员的转向意图给转向执行机构，实现车辆的转向。
SBW系统主要由转向盘总成、转向执行总成和主控制器（ECU）三个部分组成。
转向盘总成包括转向盘、转向盘转角传感器、力矩传感器和转向盘回正力矩电机等部件。
驾驶员通过操作转向盘发出转向指令，转角传感器和力矩传感器分别检测转向盘的转角和驾驶员施加在转向盘上的力矩，并将这些信息转换为电信号传递给主控制器。
主控制器是SBW系统的核心，它接收来自转向盘总成的电信号，根据预设的控制算法计算出目标转向角度和转向力矩，然后向转向执行总成发出指令。
转向执行总成包括转向电机、转向器、转向角传感器和车速传感器等部件。
汽车线控制转向系统
• 控制器对采集的信号进行分析处理，判 别汽车的运动状态，向方向盘回正力矩 电机和转向执行电机发送指令。保证各 种工况下都具有理想的车辆响应。 • 转向执行总成包括前轮转角传感器、转 向执行电机等。它接受控制器的命令， 由转向执行电机控制转向车轮转角，实 现驾驶员的转向意图。
• 自动防故障系统是线控转向系的重要模 块，它包括一系列的监控和实施算法， 针对不同的故障形式和故障等级做出相 应的处理，以求最大限度地保持汽车的 正常行驶。它采用严密的故障检测和处 理逻辑，以保证汽车的安全性能。
图3 线控转向系统原理图
线控转向系统由方向盘总成、控制器（ECU）和 转向执行总成3部分以及自动防故障系统、电源 等辅助系统组成。 • 方向盘总成包括方向盘、方向盘转角传感器、 方向盘回正力矩电机等，具功能主要是将驾驶 员的转向意图(通过测量方向盘转角)转换成数 字信号，传递给控制器；同时接收控制器送来 的力矩信号，产生方向盘回正力矩，以提供给 驾驶员相应的路感信息。
五、线控转向的国内发展现状 同济大学利用 Dspace /Autobox 为四轮驱动电 动汽车 开发了线控转向试验台架及四轮驱动、四轮 转向电动 汽车。武汉理工大学利用电磁施力器进行 转向盘力反 馈, 设计了模糊-PID 混合控制器, 开发 的线控转向系 统可以实现转向随动。吉林大学进行 了变传动比、转 向盘回正力矩和稳定性算法研究。但 是这些研究还都 处于初级阶段
汽车线控制转向系统
一、线控技术简介 线控技术（by-wire），就是由“电线”或者电信号实现传递 控制，而不是通过机械连接装置来操作的。 传统的操纵汽车的方式是：当驾驶员踩制动、踩油门、换档、 打转向盘时，都是通过机械机构来操纵汽车。 线控技术则是将动作转化为电信号，由电线来传递指令操纵汽 车。 线控系统需要高性能的控制器，比如由Freescale半导体公 司提供的MPC500/MPC5500系列微处理器。
线控转向简介介绍
总结词
模块化、可定制性
详细描述
该机器人的线控转向系统采用了模块化和可定制化的 设计思路，能够根据不同的应用场景和需求进行定制 化开发。该设计具有模块化和可定制性的特点，能够 提高机器人的适应性和灵活性，为机器人的应用提供 了更加广泛的可能性。
THANKS
感谢观看
环境适应性
线控转向系统可以帮助无人机和机器人更好地适应复杂的环境，如 狭窄的空间和崎岖的地形等。
人机交互
通过线控转向系统，无人机和机器人可以实现更直观和高效的人机交 互方式，例如通过遥控器或手势来控制它们的移动方向和姿态。
04
线控转向系统的关键技 术
转向信号的传输与处理技术
信号的传输
线控转向系统通过电信号传输转 向指令，具有快速、可靠和高效 的特点。
反馈控制
实时监测车辆的转向状态和驾驶员的转向输入，通过反馈控 制技术调整助力单元的辅助力，以提高转向系统的舒适性和 稳定性。
05
线控转向系统的未来发 展
提高系统的可靠性与安全性
可靠性
线控转向系统需要具备更高的可靠性，确保在各种工况下都能稳定运行。
安全性
系统设计应充分考虑安全性能，包括防止误操作、故障预警、失效保护等功能 。
案例三：某型机器人的线控转向系统实现
总结词
自主性、可扩展性
详细描述
该机器人的线控转向系统采用了自主控制技术和可扩展 的硬件架构，能够实现自主转向和路径规划。该设计具 有自主性和可扩展性的特点，能够提高机器人的自主性 和适应性，为机器人的应用提供了新的解决方案。
案例三：某型机器人的线控转向系统实现
06
线控转向系统案例分析
案例一：某型电动汽车的线控转向系统设计
线控转向原理
线控转向原理
线控转向系统是一种常见的汽车转向系统，其基本原理是通过线性连接传递转向输入到车辆的转向机构，从而实现车辆的转向。
以下是线控转向系统的基本原理：
1.转向手柄或方向盘：驾驶员通过转动方向盘或转向手柄提供转向输入。
这一动作将转向输入转化为力或扭矩。
2.转向柱：转向柱是连接方向盘和转向齿轮的主要传动元件。
它将驾驶员的转向输入传递到转向齿轮。
3.转向齿轮：转向齿轮是一个重要的组件，位于车辆前轮的底部。
它通过齿轮机构将驾驶员的输入传递给车辆的转向机构。
4.连接杆：转向齿轮通过连接杆连接到车辆的前轮悬挂系统。
当转向齿轮受到转向输入时，连接杆将前轮的转向角度调整为相应的方向。
5.转向机构：车辆的转向机构通常包括齿轮、齿条、液压缸等组件，通过这些组件，将转向输入转化为前轮的转向动作。
6.传感器和电子控制单元（ECU）：一些现代车辆的线控转向系统可能配备了传感器和ECU，用于监测车辆速度、驾驶员输入等信息。
ECU可以根据这些信息调整转向助力或实现一些辅助功能，如车道保持辅助。
总体而言，线控转向系统通过机械传动和传感器反馈，将驾驶员的转向输入传递到车辆的前轮，从而实现转向操作。
线控转向系统简单可靠，广泛应用于大多数传统汽车。
然而，随着汽车技术的发展，一些新型车辆采用电子助力转向系统等先进技术，提供更灵敏、舒适的转向体验。
线控四轮转向系统的结构和原理-概述说明以及解释
线控四轮转向系统的结构和原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述线控四轮转向系统是一种先进的汽车转向技术，通过控制车辆的四个轮子分别转向，实现更加灵活和稳定的转向效果。
与传统的前后轮联动转向系统相比，线控四轮转向系统可以提升车辆的操控性和行驶稳定性，同时也能够实现更小的转弯半径和更高的转向效率。
该系统通过电子控制单元（ECU）来实现对车辆转向的精准控制，根据车辆速度、转向角度、操控输入等参数，动态调整四个轮子的转向角度，从而使车辆实现更加灵敏和平稳的转向操作。
此外，线控四轮转向系统还可以根据不同的行驶状态和路况，自动调整转向参数，提升车辆的驾驶安全性和舒适性。
在未来的汽车发展中，线控四轮转向系统将成为越来越重要的技术，为驾驶员提供更加便捷和安全的驾驶体验，同时也有助于提升汽车的燃油经济性和环保性能。
通过深入了解线控四轮转向系统的结构和原理，我们可以更好地理解其优势和应用前景，为未来的汽车发展指明方向。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构部分旨在介绍本文的整体结构和各个章节的内容安排。
本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将概述线控四轮转向系统的基本概念和重要性，介绍文章的结构和目的，旨在引导读者对本文进行初步了解和认识。
在正文部分，我们将详细介绍线控四轮转向系统的概述、结构和原理，包括系统的组成部分、工作原理和技术特点，以及系统在汽车行驶中的作用和应用场景。
在结论部分，我们将对本文进行总结，概括线控四轮转向系统的关键信息和特点，展望其未来的发展方向和应用前景，为读者提供对该系统的深入理解和思考。
通过以上内容安排，本文将全面介绍线控四轮转向系统的结构和原理，帮助读者深入了解和掌握该技术的核心知识和应用价值。
1.3 目的目的部分：本文旨在深入探讨线控四轮转向系统的结构和原理，旨在帮助读者更好地理解这一先进的汽车转向技术。
通过对线控四轮转向系统的概述、结构和原理进行分析和解释，读者将能够全面了解该系统的工作原理和优势，从而对其应用前景有更清晰的认识。
线控转向系统技术综述与实车应用(二)
◆文/江苏 高惠民线控转向系统技术综述与实车应用(二)(接2022年第6期)六、SBW系统的路感反馈控制汽车转向系统主要有两大功能：一是操纵转向，驾驶员通过操纵转向盘来控制转向轮绕主销转动；二是反馈路感，将整车及轮胎的运动状态、受力情况通过转向盘反馈给驾驶员，即路感。
前者驾驶员是输入，实现转向系统的角位移功能；后者是将路感反馈给驾驶员，实现力传递功能。
二者结合，构成了汽车转向过程中的“人一车—路”的闭环控制。
1.转向盘力矩分析 驾驶员在操纵车辆过程中，转向盘操纵转矩与转向盘转角、车速以及路面附着情况等密切相关。
为了让驾驶者能够清晰地触摸到这些信息，所设计的SBW转向盘上力矩模型(图9)，充分考虑转向盘力矩影响因素，如反馈力矩、摩擦力矩、阻尼控制力矩、限位控制力矩以及主动回正力矩，这些可以看作转向盘上的反作用力。
所建立模型是这些力矩的总和。
(1)反馈力矩根据车辆行驶状态反馈给驾驶员的力矩，其大致反映了车辆的行驶状态和路面状况。
在相关标准和文献的研究中，大量的研究结果表明车速、转向盘转角、侧向加速度与转向盘转矩之间存在密切联系。
①汽车低速行驶时，其侧向加速度的变化较小，驾驶员不易感知到此车身信息的变化，但是对转向盘转角变化却非常敏感，因而在设计路感时，转向盘转角和车速信息要占比较大的权重。
②汽车高速行驶时，由于受到车辆操纵稳定性的制约，转向盘在较小的范围内转动，此时转角的变化对侧向加速度的影响很大，驾驶员对侧向加速度变化反而很敏感，因而在设计路感时，要重点考虑侧向加速度和车速对转向盘力矩的影响。
③汽车在高、低速之间行驶时，此时的车速越大，则转向盘力矩越大。
驾驶员对侧向加速度和转向盘转角都较为敏感，因而在设计路感时，不仅要考虑转向盘转角的影响，也要将侧向加速度和车速对转向盘力矩的影响考虑进去。
(2)摩擦力矩在机械结构中，摩擦力矩是一直存在不可忽略的。
而SBW系统因断开了转向管柱与转向器间的连接，所以驾驶员能够直接感受到的摩擦力矩只来源于转向盘总成。
线控转向系统功能安全设计技术
线控转向系统功能安全设计技术概述随着汽车工业的发展，车载电子系统变得越来越复杂，汽车的安全性成为了一个严峻的挑战。
线控转向系统作为汽车的重要部件之一，在提升车辆操控性和行驶安全性方面发挥着关键作用。
本文将深入探讨线控转向系统的功能安全设计技术。
二级标题1：线控转向系统的原理线控转向系统是通过电子信号控制车辆的转向动作，取代了传统的机械转向系统。
其原理是通过发送信号给转向电机，控制前轮的转向角度。
这种系统可以实现更精确、更灵敏的转向调整，并提供更多的安全功能。
二级标题2：线控转向系统的功能安全需求线控转向系统的功能安全设计技术必须满足一系列需求，以确保系统的可靠性和安全性。
以下是一些典型的功能安全需求：三级标题1：安全性目标•转向动作必须与驾驶员的意图一致，不会发生误操作或误解读。
•系统必须能够识别和纠正转向过程中的异常情况，如转向过度或转向失控。
•系统的响应速度必须达到一定的要求，以确保在紧急情况下能够及时响应。
三级标题2：故障和故障响应•系统必须能够检测和诊断任何故障，并采取相应的措施进行故障处理。
•在发生故障时，系统必须能够实现安全切换到备用模式，以确保车辆的基本操控功能仍可用。
•系统的备用模式必须经过充分测试和验证，具备相同的安全性能。
三级标题3：安全分析和验证•在设计过程中，必须进行详尽的安全分析，包括潜在的风险评估和安全性能要求分析。
•系统的安全性能必须通过严格的验证和测试来进行确认，包括功能测试、可靠性测试和温度、湿度等环境测试。
三级标题4：信息安全性•系统必须具备一定的信息安全性，以防止黑客攻击和未经授权的访问。
•通信和数据传输过程中的信息必须进行加密和认证，确保数据的完整性和机密性。
二级标题3：线控转向系统的功能安全设计技术为了满足上述的功能安全需求，线控转向系统的设计涉及到多个方面的技术。
三级标题1：双重通信和冗余设计为了提高系统的可靠性和容错能力，在线控转向系统中使用双重通信和冗余设计可以有效地降低单点故障的风险。
线控转向系统课件
法律法规限制
目前针对线控转向系统的相关法律法规还不够完 善，例如在发生交通事故时如何划分责任等问题， 这可能会限制线控转向系统的广泛应用。
成本问题
线控转向系统的制造成本较高，因为其中涉及大 量的电子元件和软件控制模块。这使得搭载线控 转向系统的车型价格较高，可能会影响其市场竞 争力。
执行器模块的主要功能是实现 转向助力的精确控制，确保汽 车能够按照驾驶员的意图进行 转向。
03
线控转向系统的优点与挑战
优点
• 提高驾驶安全性：线控转向系统通过电子信号传输取代了传统的机械连接，减 少了由于机械连接造成的延迟，从而提高了车辆在紧急情况下的响应速度，提 高了驾驶安全性。
挑战
技术可靠性
机器人技 术
在机器人技术领域，线控转向系统可用于机器人的关节控制和移动控制，实现更 加灵活和精确的机器人运动控制。
线控转向系统在机器人技术领域的应用还可以提高机器人的工作效率和精度，拓 展机器人的应用范围。
05
线控转向系统的未来展望
技术发展趋势
智能化
随着人工智能和传感器技术的发 展，线控转向系统将更加智能化，
虽然线控转向系统市场前景广阔，但也面临着技术成熟度、成本压力和法规标准等方面的 挑战。同时，随着新能源汽车和智能网联汽车的快速发展，也将为线控转向系统带来更多 的机遇和空间。
THANKS
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技术突破
20世纪90年代，随着传感器、 控制理论和电力电子技术的进 步，线控转向系统逐渐成熟。
当前应用
现代高级汽车已经广泛应用线 控转向系统，以提高驾驶安全 性和舒适性。
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线控转向系统（SBW,Steering-by-wire）
一、功能简介
（1）取消了转向盘和转向轮之间的机械连接，减轻了大约5 kg重量；
（2）消除了路面的冲击，具有降低噪声和隔振等优点。
（3）为今后的辅助驾驶系统和无人驾驶汽车的研发提供技术支持。
优点：
①取消转向柱、转向器后，有利于提高汽车碰撞安全性和整车主动安全性。
②提高了整车设计自由度，便于操控系统布置。
例如没有了机械连接，可以很容易把左舵驾驶换为右舵驾驶。
③转动效率高，响应时间短。
控制单元接收各种数据，可以在瞬时转向条件下，立刻提供转向动力，转动车轮。
④改善驾驶特性，增强操纵性。
基于车速、牵引力控制以及其它相关参数基础上的转向比率（转向盘转角和车轮转角的比值）不断变化，低速行驶时，转向比率低，可以减少转弯或停车时转向盘转动的角度；高速行驶时，转向比率变大，能够获得更好的直线行驶条件。
图1 线控转向系统示意图
•转向盘模块的主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量方向盘转角）转换成数字信号并传递给主控制器;同时接受ECU送来的电信号，控制路感模拟电机产生相应的方向盘回正力矩以提供给驾驶员相应的路感信号。
•前轮转向模块包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等。
转向执行模块的功能是接受ECU的命令，控制转向执行电机实
现要求的前轮转角，完成驾驶员的转向意图。
•ECU对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发送命令，控制两个电机的工作。
二、基本要求
1、路感模拟电机涉及驱动程序的开发
要求转向操纵轻便。
根据光洋转向试验室的经验数据，对于轻型轿车，在现实中作用于方向盘的回正力矩值一般在2-3Nm左右，其最值也不会超过5Nm；根据美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)的调查，驾驶员在进行紧急避让的时候，方向盘转速最大为1.5r/S （轿车），一般情况下，方向盘平均转速为：500°/s。
此处回正电机沿用了北斗星电动助力转向系统中的助力电机——直流有刷电机（12v，170w，30A，1050r/min），并配有蜗轮蜗杆减速器（减速比16.5：1）。
但是尚需开发相应的驱动程序。
该助力电机所能产生的扭矩是T=9550P/n
2、转向执行电机涉及到电机的选型（包括减速机构）以及驱动程序的开发
要求电机尺寸小，质量轻，响应快速。
由于经常处于变速运行，对位置控制精度要求很高，并且在运行过程中要有连续堵转（转速为零）而输出转矩的能力，调速范围较宽。
3、转矩传感器信号的采集及处理
该传感器有5个端子，其中1脚未用，2脚为电源+，3脚为电源-（地），4脚为主扭矩信号，5脚为副扭矩信号。
无力施加在其上时，电位器电压为2.5v，高于或低于2.5v分别对应正反转。
4脚和5脚的电压之和等于电源电压5v。
电源电压5v。
4、车速信号的采集及处理
车速信号一般从里程表中取出，幅值12v，方波，频率与车速的关系一般为f=43.6（Hz）/60（km/h）。
此处可以用信号发生器来产生。
最高车速180km/h。
正常高速公路上值允许120 km/h。
5、光电编码器信号的采集及处理
三、相关参数和数据
1、齿轮齿条式机械转向器
线传动比为32.12mm/rad，齿条行程±67.5mm，减速比16：1；小齿轮直径17.65mm，作用在齿条上的最大力12000N。
四、转向执行电机的选型计算
1、转向执行电机的额定力矩T mmax
选型时主要考虑电机本身的额定转矩应大于汽车转向时受到的最大输出力矩。
有两种算法：一是根据理论公式计算出原地转向阻力矩；另一种方法是根据经验公式计算。
①理论公式：
T mmax≥T max/g s iηηt
其中，T mmax为转向执行电机额定力矩；T max为作用在减速机构上的最大转向阻力矩（即原地转向阻力矩）；g s为转向执行减速器传动比，此处因为不打算用到减速器，故g s=1；i为转向系角传动比，此处采用了齿轮齿条式机械转向器，i=16；η为转向器传动效率，η=0.9；ηt为传动系效率，ηt=0.9。
此处T max=259.16Nm；
其中，f为轮胎与路面的滑动摩擦因数，f=0.7；G1为转向负荷，G1=6272N；p为轮胎气压，P=200kpa=0.2Mpa。
通过计算可得，转向执行电机额定力矩为
T mmax≥T max/g s iηηt=19.97Nm
②经验公式：
T max=F max r=27.68Nm
其中，F max为前轴荷（640kg）的一半；r为小齿轮半径。
小齿轮直径17.65mm。
转向执行电机额定力矩：
T mmax≥T max/g sηηt=34.17Nm
应用经验公式算出的最大转矩要大于根据理论公式计算的结果，为了系统安全性，本文选取经验公式的计算结果作为选定转向执行电机的依据，即：
T mmax≥34.17Nm
2、转向执行电机额定转速ωmmax
对于转向执行电机，尽管线控转向没有了方向盘与转向器的机械连接，该电机的最大转速也应依据方向盘转速而定，即转向执行电机输出转速经减速机构后与方向盘转速一致，并且保证转向轻便性要求。
根据美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)的调查，驾驶员在进行紧急避让的时候，方向盘转速最大为 1.5r/S （轿车），一般情况下，方向盘平均转速为：500°/s。
ωmmax≥ωswmax g s=90r/min
减速机构最好避免选择蜗轮蜗杆式，因为系统不希望自锁；同时还应考虑其体积的大小。