线控主动转向系统(Direct Adaptive Steering)
线控转向系统技术综述与实车应用(一)
◆文/江苏 高惠民线控转向系统技术综述与实车应用(一)一、概述汽车线控技术(X-by-wire)起源于飞机的电传操纵系统，飞行员不再通过传统的机械回路或液压回路来控制飞机的飞行姿态，而是通过安装在操纵杆处的传感器检测飞行员施加在其上的力和位移，并将其转换为电信号，在电控单元中将信号进行处理，然后传递到执行机构，从而实现对飞机的控制。
随着线控技术的发展，这一技术逐渐应用到汽车。
图1所示为集成线控系统线控转向(Steer by Wire,简称 SBW)系统、线控制动(Brake by Wire,简称BBW)系统示意图。
汽车线控技术就是将驾驶员的操纵动作经过传感器转变为电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统。
目前，汽车的线控技术主要有线控转向(Steer by Wire,简称 SBW)系统、线控制动(Brake by Wire,简称BBW)系统、线控驱动(Drive by Wire,简称DBW)系统、线控悬架(Suspension by Wire)系统、线控换挡(Shift by Wire)系统。
通过分布在汽车各处的传感器实时获取驾驶员的操作意图和汽车行驶过程中的各种参数信息，传递给电控单元，电控单元将这些信息进行分析和处理，得到合适的控制参数传递给各个执行机构，进行对汽车的控制，极大的提高车辆的动力性、制动性、操纵稳定性和平顺性。
其中，SBW作为线控底盘系统的关键组成部分，一直是国内外汽车厂商及学术界研究的热点。
根据我国《智能网联汽车技术路线图》规划，将在2025年实现智能线控底盘系统产业化推广应用。
SBW就是通过线控化、智能化实现个性驾驶、辅助驾驶、自动驾驶等目标，是智能网联汽车落地的关键技术。
二、SBW系统的结构及工作原理汽车转向系统大致经历了机械转向系统、液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering，HPS)、电控液压助力转向系统 (Electro Hydraulic Power Steering，EH PS)、电动助力转向系统 (El ectr ic Power Steering，EPS)的一个发展过程。
汽车常见英语缩写解释(精心整理)
1.CVVT是英文Continue Variable Valve Timing的缩写，翻译成中文就是连续可变气门正时机构，它是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的众多可变气门正时技术中的一种。
例如：宝马公司叫做 Venus，丰田叫做VVTI，本田叫做VTEC，但不管叫做什么，他们的目的都是给不同的发动机工作状况下匹配最佳的气门重叠角（气门正时），只不过所实现的方法是不同的。
本田的VTEV-I理论上比其他的要先进.兼顾了高低转速的需要,由于他是纯机械式的,没有象宝马和其他车厂是使用电子控制所以在世界上还是比较先进的了，现在目前最好的可变气门正时系统是宝马760的是无段式的.被公认为全球最先进的发动机。
2.TSI是 Turbo-charging，涡轮增压；Super-charging，机械增压和Injection，燃油直喷,三个关键特色的首字母缩写。
在涡轮增压（大家听很多了比较熟悉吧）基础上，机械增压填补了涡轮增压产生迟滞时的动力输出，燃油直喷技术令发动机对燃料的使用效率提高到新的高度。
在欧洲，搭载双增压发动机的高尔夫GTI1.4TSI在获得远超2.0L 自然吸气时发动机功率的同时获得了更低的燃油消耗，这真是一台有劲儿的机器，还很环保。
国内引进国产的TSI发动机确切说是FSI发动机和涡轮增压器的结合。
即涡轮增压（Turbocharger)+FSI.省略了机械增压和分层燃烧部分。
省略的部分也不是完全没有道理，除了高成本的价格门槛外，双增压会大副提高发动机的压缩比，相对应的使用的燃油的标准也大大提高，相对于燃油质量普遍一般的国内市场，有时候高科技的减配也是无奈而必须的。
3.DSG（Direct Shift Gearbox）中文表面意思为“直接换挡变速器”，DSG 有别于一般的半自动变速箱系统，它是基于手动变速箱而不是自动变速箱，因此，它也是AMT（机械式自动变速器）的一员。
配备了DSG的发动机由于快速的齿轮转换能够马上产生牵引力和更大的灵活性，加速时间比手动变速器更加迅捷。
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。
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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。
线控转向的控制策略介绍
线控转向的控制策略介绍线控转向是一种由电子控制单元（ECU）通过电磁调节的方式控制驾驶员向左或向右转向的系统。
它主要通过控制车辆的方向盘和车轮转动来实现转向功能，具有精确度高、响应速度快、操控性好等优点。
线控转向的控制策略包括车辆动态模型建立、转向控制算法设计、系统参数辨识和控制性能评价等方面，下面将对其进行详细介绍。
首先，车辆动态模型的建立是进行转向控制策略设计的基础。
车辆动态模型主要包括车辆的横向运动和转向控制部分。
横向运动模型主要描述车辆的横向加速度和侧滑角度随时间变化的关系，一般采用基于差分方程的离散模型进行描述。
而转向控制部分主要包括转向角度、转向助力等变量的关系，通常使用动力学方程或力矩平衡方程描述。
通过建立准确的车辆动态模型，可以为转向控制策略的设计提供可靠的理论依据。
其次，转向控制算法的设计是线控转向的核心部分。
转向控制算法的设计旨在通过ECU对转向系统的电磁调节来实现精确的转向控制。
常见的转向控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。
PID控制算法是一种经典的控制算法，通过调节比例、积分和微分三个参数来实现对转向系统的控制。
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制算法，通过设定一系列模糊规则来实现对转向系统的控制。
神经网络控制算法则是通过训练神经网络模型来实现对转向系统的控制。
通过选择合适的转向控制算法，可以实现对转向系统的精确控制。
然后，系统参数辨识是线控转向的关键环节。
系统参数辨识主要是通过对转向系统的回归分析来确定系统的关键参数。
常见的系统参数辨识方法包括最小二乘法、极大似然估计法和蒙特卡罗法等。
最小二乘法是一种通过最小化残差平方和来确定系统参数的方法，通过对实测数据进行拟合来估计系统参数值。
极大似然估计法则是一种通过最大化似然函数来确定系统参数的方法，通过统计学原理对系统参数进行估计。
蒙特卡罗法则是一种通过随机采样的方式对系统参数进行估计。
通过系统参数辨识，可以获得准确的系统模型，进而实现对转向过程的控制。
DAS线控主动转向系统
DAS线控主动转向系统英文称为Direct
Adaptive Steering，实际上这项技术并不是 什么新鲜技术，早在20世纪70年代，美国 宇航局便已在宇宙飞船的操控系统使用这 种电控系统。宇宙飞船上这套名为Fly–By– Wire的系统，目前已广泛应用在喷气式战 斗机、部分民用飞机，以及船舶的操控系 统中。现在这项技术被“下放”到了车辆 控制中，日产已经公布将在其豪华品牌英 菲尼迪的新产品Q50上使用。
系统原理
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
这套线控转向系统的构成与 传统转向系统结构类似，也是 由方向盘、转向柱、转向机组 成。不同之处在于它多了3组 ECU电子控制单元、方向盘后 的转向动作回馈器、离合器。
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。
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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。
汽车线控转向系统分析
汽车线控转向系统分析本文通过阐述汽车转向系统在汽车运行时的功能和作用,并介绍了线性转向系统的结构和性能,最后分析了线性转向系统中虚拟现实技术、人工神经网络、模糊控制等关键技术,并对2个自由度的整车动力学模型进行论述。
标签：转向系统线控转向系统0引言转向系统是与汽车主动安全性能相关的重要系统,其操纵稳定性好坏对汽车性能影响很大。
操纵性是汽车准确的按照驾驶员意图行驶:稳定性是汽车在危险工况(侧滑或横摆)下汽车仍稳定行驶。
为提高操纵稳定性,出现了ESP(电子稳定程序)、主动转向、4WS(4轮转向)等。
ESP判断产生不足转向或过度转向时相应在后轮、前轮产生制动力,产生横摆力矩即纠偏力矩。
主动前轮转向(AFS-Active front steering)通过电机根据车速和行驶工况改变转向传动比。
低、中速时,转向传动比较小,转向直接,以减少转向盘的转动圈数,提高转向的灵敏性和操纵性;高速时,转向传动比较大,提高车辆的稳定性和安全性。
同时,系统中的机械连接使得驾驶员直接感受到真实的路面反馈信息。
四轮转向的后轮也参与转向。
低速时,后轮与前轮反向转向,减小转弯半径,提高机动灵活性。
高速时,后轮与前轮同向转向,提高汽车的稳定性。
其控制目标是质心侧偏角为零。
然而这些汽车转向系统却处于机械传动阶段,由于其转向传动比固定,汽车的转向响应特性随车速而变化。
因此驾驶员就必须提前针对汽车转向特性的幅值和相位变化进行一定的操作补偿,从而控制汽车按其意愿行驶。
如果能够将驾驶员的转向操作与转向车轮之间通过信号及控制器连接起来,驾驶员的转向操作仅仅是向车辆输入自己的驾驶指令,由控制器根据驾驶员指令、当前车辆状态和路面状况确定合理的前轮转角,从而实现转向系统的智能控制,必将对车辆操纵稳定性带来很大的提高,降低驾驶员的操纵负担,改善人一车闭环系统性能。
因而线控转向系统(Steering-By-Wire System,简称SBW)应运而生。
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线控主动转向系统（Direct Adaptive Steering）
出于对运动性能的无限追求，英菲尼迪Q50搭载世界首创的线控主动转向技术，旨在让用户体会到更加淋漓尽致的驾控乐趣。
和传统的助力转向相比，该系统的最大特点是就是取消了转向盘和车轮之间的机械连接，车轮转向的速度和角度均由行车电脑根据实际路况和驾驶者的转向力度和速度计算得到。
将传统转向系统代之以电信号之后，整个转向系统的反应速度明显提升，此时的英菲尼迪Q50也会表现地更加敏捷而富有活力。
同时，因为消除传统系统中使反应速度变慢的机械损耗，英菲尼迪Q50的转向反应更快，并且降低了方向盘的振动。
在实现上述功能的同时，线控主动转向系统还带来一定程度的路面反馈，展现了英菲尼迪Q50卓越的运动性能。
这种电控式转向系统的速比几乎可以随意匹配，可以根据车辆的实际行驶工况提供最为合适的转向速比，从而实现了对于车辆的最精准控制，这对于传统机械式转向系统是不可能完成的任务。
英菲尼迪的工程为英菲尼迪Q50预设了多种不同的转向模式，可以很舒适也可以很运动，涵盖了大多数驾驶者习惯的驾驶风格。
如果感觉还不够过瘾，英菲尼迪Q50的线控主动转向技术系统还为驾驶者准备了一个共有9种选择的个人设定模式，您可以根据个人喜好来获得车辆的驾驶感受。
除此之外，线控主动转向技术由于不采用直接的机械连接，可以帮助阻隔来自路面的复杂反馈传至方向盘，进而减少因路面反馈过于明显造成车辆失控的可能，使全新英菲尼迪Q50得到了最为理想的直线行驶稳定性。
为了最大限度地保证线控主动转向技术的可靠性，英菲尼迪为其准备了三个相互监视的ECU控制单元，当其中一个出现问题的时候，其他两个将快速接替其职能，保持车辆操控安全。
而若遇到严重故障，致使电控系统无法正常运转的时候，备用的机械助力转向系统将会被激活，确保做到万无一失。
另外，英菲尼迪Q50为驾驶者提供5种驾驶模式，除了常规应用的运动（Sport）、标准（Standard）、经济（Eco），以及个人（Personal）模式外，还增添了雪地（Snow）模式。
这一设计，使英菲尼迪Q50可以适应更为复杂的驾驶环境。