汽车线控四轮转向系统研究现状班级：研1202学号：**********姓名：***2012/12/24目录摘要 (3)前言 (4)第1章线控转向的基本结构与工作原理 (4)1.1基本结构 (4)1.2 工作原理 (5)第2章国内外研究现状 (5)2.1 国外研究现状 (5)2.2 国内研究现状 (7)总结 (11)参考文献 (12)摘要线控转向系统是一种全新的转向方式，它克服了传统转向系统由于机械连接带来的各种限制。

本文简要介绍了线控转向的基本结构与工作原理，详细介绍了基于线控的转向汽车的发展史，并分析了国内外线控转向的研究现状。

最后对线控转向的发展进行了展望与总结。

前言更加安全，更加舒适，更加便于驾驶的智能车辆已经成为当代汽车发展的一个主要目标。

传统的转向系统，无论是机械式、液力助力式、还是电子助力式，都没有改变驾驶员通过机械机构操纵转向器的方式。

由于其转向传动比往往固定或变化范围有限，汽车的转向响应特性随车速而变化，因此驾驶员必须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，才能够操纵汽车按其意愿实现转向，这在很大程度上影响了汽车的操纵稳定性和驾驶舒适性。

而线控转向系统取消了转向盘和转向轮之间的机械连接，完全摆脱了传统转向系统的各种限制，驾驶员的转向操作仅仅是向车辆输入转向盘的转角指令，在一定的操纵稳定条件下，由控制器根据转向盘的转角、当前车辆状态等信息，依据有关控制算法确定合理的前轮转角，实现准确的转向，因而对线控转向系统(steer-by-wire 简称SBW)进行的研究逐渐兴起。

同时，四轮转向使后轮能在汽车转弯时直接参与对汽车侧偏角和侧向运动的控制，不仅可比前轮转向明显具有转弯半径小，减少转向力产生的滞后的优势，而且还能独立地控制汽车的运动轨迹与姿态。

所以，不久的将来将线控转向控制技术与四轮转向技术在车上结合势在必行。

第1章线控转向的基本结构与工作原理1.1基本结构汽车线控四轮转向系统由方向盘总成、4 个独立的转向电机、ECU、故障处理控制器及各种传感器组成。

方向盘总成包括方向盘、方向盘转角传感器、力矩传感器、方向盘回正力矩电机。

方向盘总成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；同时接受主控制器送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩，以提供给驶员相应的路感信息。

转向执行总成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组成。

转向执行总成的功能是接受主控制器的命令，通过转向电机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。

CPU 对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，对方向盘回正力电机和转向电机发送指令，控制五个电机的工作，保证各种工况下都具有理想的车辆响应，以减少驾驶员对汽车转向特性随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担。

同时控制器还可以对驾驶员的操作指令进行识别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。

当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时，线控转向系统会将驾驶员错的转向操作屏蔽，而自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。

其结构图如图1 所示。

图1.1 线控转向结构图1.2 工作原理汽车线控四轮转向系统用传感器检测驾驶员的转向数据，然后通过数据总线将信号传递给车上的ECU，并从转向控制系统获得反馈命令；转向控制系统也从转向操纵机构获得驾驶员的转向指令，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。

转向系统控制车轮转到需要的角度，并将车轮的转角和转动转矩反馈到系统的其余部分，比如转向操纵机构，以使驾驶员获得路感，这种路感的大小可以根据不同的情况由转向控制系统控制。

又因为转向系统完全在转向控制系统的控制下运动，所以几乎可以在任意位置实现任意转向传动比，ECU 综合这些和其他信号做出判断后，再分别控制四个车轮的转向角度。

汽车在低速转弯时，前后车轮逆相位转向，可减小车辆的转弯半径；在高速转弯时，前后轮主要作同相位转向，能减少车辆质心侧偏角，降低车辆横摆率的稳态超调量等，进一步提高车辆操纵稳定性。

紧急情况下，为避免驾驶员的错误判断，这个系统还会忽略驾驶员的转向输入，平稳地将汽车保持在最安全的状态。

第2章国内外研究现状2.1 国外研究现状二十世纪五十年代，TRW 等转向系统开发商就做了大胆的假设，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；六十年代末，德国Kas-selmann 等也设计了与此类似的主动转向系统，这些便是线控转向系统。

但由于当时电子技术和计算机计算能力的制约，线控转向系统一直无法在实车上实现，对它也没有进行深入的研究。

奔驰公司于1990 年开始了前轮线控转向系统的深入研究，并将其开发的线控转向系统安装于F400Carving 的概念车上。

德国凯撒斯劳滕(Kaiser-slautern)大学和奔驰公司联合开发的样机，在实验室的测试结果表明：样机能够同时容许一个执行器（包括控制器）故障和一个传感器故障。

在2000 年9 月的法兰克福卡车展览会上，奔驰与ZF 展示了他们的线控转向系统。

随后欧美各大汽车厂家、研究机构包括戴姆勒－克莱斯勒、宝马、采埃孚、德尔福、TRW，都对汽车线控转向系统做了深入研究。

目前许多汽车公司开发了线控转向系统，一些国际著名汽车公司已在其概念车上安装了该系统。

ZF 公司在1998 年开发出电动助力转向系统（EPS）之后也积极进行了线控转向系统的开发研究。

在2001 年的第71 届日内瓦国际汽车展览会上，意大利的Bertone汽车设计及开发公司展示了新型概念车“FILO”，“FILO”采用了“drive-by-wire”系统，所有的驾驶动作都通过信号传递，它使用操纵杆进行转向操作，并采用了最新的42V 供电系统。

日本的捷泰克（原光洋精工技术研究所koyo）、国立大学、本田汽车公司也对线控转向系统进行了研究。

Koyo 开发了一套线控转向系统，系统采用一个主控制器、一个路感电机、一个转向执行电机的方案，但为了保证系统的安全，采用机械系统作为故障应急部件，仍然保留了转向盘与转向轮之间的机械部分，即通过离合器连接，当线控转向失效时通过离合器结合恢复到机械转向状态。

根据他们的研究、实验表明：利用线控转向进行主动控制的汽车，在摩擦系数很小的坚实雪地上进行蛇行、移线、侧向风等实验，汽车基本能够按照预定的轨迹行驶，且比传统转向系统在路线跟踪性能上有较大的提高。

在对开路面上进行制动实验，基本能够保证汽车的直线行驶，制动距离也大大缩短。

同时由于汽车响应特性的提高，降低了驾驶员的负担。

Koyo 也因此在第51 届自动车技术会议上获得技术进步奖。

YU WUN CHAI，YOSHIHIRO ABE 等人将驾驶员的年龄考虑在内，进一步完善了基于SBW 系统的参数方程。

2010年斯坦福大学的Paul Yih和J. Christian Gerdes进行了线控转向车辆状态估计与控制的研究。

他们首次提出了运用转向扭矩的信息估计车辆滑转角。

这种方法特别适用于线控转向车辆，因为线控转向车辆的转向力矩通过转向电机的应用非常容易确定。

在偏航率和转向角测量出来之后，用一个装有转向系统的线性车辆模型和一个观察器就可以预测车辆的侧滑率。

根据预测的侧滑率，用一个反馈控制通过有效的转向干预来做出正确的转向操作。

不论是观察器还是其在车辆转向操作中的应用都可以证明车辆有线控转向的能力[1]。

2003年，南澳大利亚大学的B.C. Besselink进行了计算机控制的两轮转向系统的研究。

他们提出计算机控制的两独立轮的转向系统可以提高车辆抵御外界侧滑力的能力，比如车辆穿越陡坡的时候。

用一台计算机和一套专门开发的软件算法来控制两个非驱动轮的转向角[2]。

控制算法保证两驱动轮的转向角和两个转向轮的转向角相同。

车辆运动不仅包括常规的转向而且包括驱动轴的扭转。

系统提供了一个与主转向系统没有冲突的附加的转向系统，在遇到外力的时候可以帮助主转向系统。

装有此种转向设备的车辆的车轮可以比常规车轮大，这样的话就不会有太多车辆设计上的限制，分配到车轮上的力也可以减少。

可以最大限度地提高车辆的牵引力，最小限度地减少转向时的各种损失。

他们介绍的这种算法只适用于低成本处理器的车辆，比如农用车辆，像拖拉机、收割机和越野车辆。

2011年Abhijit Baviskar, David Braganza and Pradeep Setlur进行了基于触觉可调整的线控车辆控制器的研究。

他们指出线控转向系统可以让驾驶员实现“路感”。

调整转向系的动力性能可以增强驾驶员的驾驶能力，还可以增强车辆的安全性。

运用非线性跟踪控制器确保转向控制组件在驱动接口上实现驾驶员的转向意图。

另外，控制器还可以对轮胎与地面的接口的力进行比例可调的反馈。

两种控制技术可以保证转向误差接近于零。

第一个控制策略是为了补偿参数的不确定性，第二个控制策略是根据观察者的使用消除力矩的误差[3]。

大量的试验结果证明控制器的作用是很明显的。

2004年Joachim Langenwalter 和Tom Ekkinen进行了嵌入式线控转向系统开发的研究。

他们指出基于模型的设计可以生成大批量的汽车嵌入式系统。

而这个系统需要软件工程框架的支持[4]。

他们所作的研究就是描述了设计自动嵌入式系统框架的发展进程、方法和设计工具。

在这里，线控转向系统是一个研究实例。

2002年，伊斯坦布尔技术大学的Bilin Aksun GiivenG 和Levent Giivenq进行了基于模型调节器的线控转向的鲁棒性的研究。

他们指出汽车的非对称干扰（比如分路式制动、侧风的力量或者单方面的轮胎压力损失）都会导致汽车偏航行驶，这时候就需要驱动程序使汽车偏航趋于稳定或者利用自动驾驶辅助系统。

在辅助转向系统中运用二自由度模型控制器保持偏航的稳定[5]。

为了满足多约束的需要，他们介绍了一种鲁棒性的控制器。

但是至今，在国外将SBW 与四轮转向结合起来研究的并不多，目前只能找到SVEN KLEINE 和JO-HANNES L V AN NIEKERK 建立了三自由度的四轮线控转向系统模型，该模型忽略了侧滑，可以很好地控制横摆角速度，并保持不足转向的特性，有效地减少了驾驶员的工作负担。

2.2 国内研究现状国内研究线控转向系统起步较晚，尚未发现2004 年之前的文献资料。

2004 年 2 月，吉林大学宗长富、麦莉、郭学立等人介绍了汽车前轮电子转向技术发展概况，首次在国内提出“前轮电子转向系统”的概念[6]，其实。

前轮电子转向系统。

就是SBW。

2010 年1 月，同样是吉林大学的田承伟，宗长富，王祥，姜国彬，何磊共同研究了线控转向汽车传感器的容错控制[7]。

他们提出了一种基于故障特征向量的残差门限故障诊断方法，该方法可以对相应的传感器故障做出准确诊断，并且能够有效降低误诊断率。