◆文/江蘇 高惠民

一、概述

汽車線控技術(shù)(X-by-wire)起源于飛機的電傳操縱系統(tǒng)，飛行員不再通過傳統(tǒng)的機械回路或液壓回路來控制飛機的飛行姿態(tài)，而是通過安裝在操縱桿處的傳感器檢測飛行員施加在其上的力和位移，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，在電控單元中將信號進行處理，然后傳遞到執(zhí)行機構(gòu)，從而實現(xiàn)對飛機的控制。隨著線控技術(shù)的發(fā)展，這一技術(shù)逐漸應(yīng)用到汽車。圖1所示為集成線控系統(tǒng)線控轉(zhuǎn)向(Steer by Wire,簡稱SBW)系統(tǒng)、線控制動(Brake by Wire,簡稱BBW)系統(tǒng)示意圖。汽車線控技術(shù)就是將駕駛員的操縱動作經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，通過電纜直接傳輸?shù)綀?zhí)行機構(gòu)的一種系統(tǒng)。目前，汽車的線控技術(shù)主要有線控轉(zhuǎn)向(Steer by Wire,簡稱 SBW)系統(tǒng)、線控制動(Brake by Wire,簡稱BBW)系統(tǒng)、線控驅(qū)動(Drive by Wire,簡稱DBW)系統(tǒng)、線控懸架(Suspension by Wire)系統(tǒng)、線控?fù)Q擋(Shift by Wire)系統(tǒng)。通過分布在汽車各處的傳感器實時獲取駕駛員的操作意圖和汽車行駛過程中的各種參數(shù)信息，傳遞給電控單元，電控單元將這些信息進行分析和處理，得到合適的控制參數(shù)傳遞給各個執(zhí)行機構(gòu)，進行對汽車的控制，極大的提高車輛的動力性、制動性、操縱穩(wěn)定性和平順性。

其中，SBW作為線控底盤系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，一直是國內(nèi)外汽車廠商及學(xué)術(shù)界研究的熱點。根據(jù)我國《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖》規(guī)劃，將在2025年實現(xiàn)智能線控底盤系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用。SBW就是通過線控化、智能化實現(xiàn)個性駕駛、輔助駕駛、自動駕駛等目標(biāo)，是智能網(wǎng)聯(lián)汽車落地的關(guān)鍵技術(shù)。

二、SBW系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大致經(jīng)歷了機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Hydraulic Power Steering，HPS)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (Electro Hydraulic Power Steering，EHPS)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (Electric Power Steering，EPS)的一個發(fā)展過程。目前EPS已經(jīng)成熟地裝配在各類汽車上。但是，由于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)受限于安裝空間、力傳遞特性、角傳遞特性等諸多因素不能自由設(shè)計和實施，并且為順應(yīng)車輛從先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)向完全自動駕駛的方向發(fā)展，SBW系統(tǒng)的研究應(yīng)運而生。

狹義上說，SBW系統(tǒng)特指沒有機械連接的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這是從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上進行的一個區(qū)分。但著眼于功能，從廣義說，任何能夠?qū)Ⅰ{駛員輸入和前輪轉(zhuǎn)角解耦的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都可以看成是SBW系統(tǒng)。SBW主要由3個部分組成，即轉(zhuǎn)向盤模塊(人機界面HMI)、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊、電子控制單元(包含主控制器和故障處理單元)。

如圖2所示，是一套帶有故障容錯的雙轉(zhuǎn)向電機的SBW系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括1個路感反饋電機(DFM)、2個轉(zhuǎn)向電機(SM)、3個滿足ASIL-D(ASIL-D：汽車安全完整性等級)要求的微控制器(兩個相互連接的轉(zhuǎn)向控制器SC)和1個路感反饋控制器FC)、兩個角度傳感器(AS)分別測量方向盤(SW)和轉(zhuǎn)向器輸入軸的角度，一個扭矩傳感器(TS)測量方向盤的輸入扭矩，一個位移傳感器(DS)測量齒條的位移，外圍設(shè)備包括一個車輛主控制器(VCU)、兩個電源(PS)和雙CAN總線用于冗余目的。

SBW系統(tǒng)工作原理框圖如圖3所示。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器將測量到的駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩狀態(tài)轉(zhuǎn)變成電信號發(fā)送給路感反饋控制器，然后車輛主控制器通過相應(yīng)傳感器采集到的車速、橫擺角速度、車身加速度等信號，并結(jié)合相應(yīng)控制策略做出分析判斷，去控制兩個轉(zhuǎn)向控制器，促動帶電機的轉(zhuǎn)向執(zhí)行器總成進行合理轉(zhuǎn)向，同時轉(zhuǎn)向控制器將車輪轉(zhuǎn)角信息和輪胎與地面的阻力信息傳輸給路感反饋控制器，路感反饋控制器再結(jié)合車輛主控制器送出相應(yīng)力矩指令給駕駛員反饋模塊中的路感反饋電機，給駕駛員提供相對應(yīng)的路感感受。故障處理單元集成在主控制器中，是SBW系統(tǒng)的重要部分，它包括一系列的監(jiān)控和算法程序，可實現(xiàn)對子控制器的監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)子控制器有錯誤信息或狀態(tài)，故障處理單元會根據(jù)故障形式和故障等級做出相應(yīng)的處理，確保駕駛員及時發(fā)現(xiàn)故障，并將車輛行駛到安全地帶。

SBW系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)如圖4所示。主要包括電源電路、傳感器信號調(diào)理電路、電機H橋驅(qū)動電路與上位機——車輛主控制器的通信接口電路等。主要功能如下。

1.集轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向器齒條的線位移傳感器、轉(zhuǎn)向電機電流傳感器等傳感器的電壓信號，并進行模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換；

2.產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號，驅(qū)動H橋電路實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)等功能；

3.利用程序下載端口進行程序修改和下載。

三、SBW轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能特點

SBW系統(tǒng)采用線控技術(shù)，取消了駕駛員操縱機構(gòu)與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)間的機械連接，為轉(zhuǎn)向特性的自由設(shè)計帶來很大的空間。根據(jù)目前國內(nèi)外大量研究與應(yīng)用表明，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有諸多傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，主要性能特點如下：

1.改善“路感”。路感是指汽車在行駛過程中，轉(zhuǎn)向盤的反作用力傳遞給駕駛員的手，這個力可以清晰而又快速地反映車輛及輪胎的運動和受力狀況。在系統(tǒng)中，路感是由路感反饋電機模擬生成，不僅可以消除由路面不平度對轉(zhuǎn)向盤的沖擊，還可以實現(xiàn)路感的自由設(shè)計，滿足駕駛員個性化的需求。

2.改善操縱性。SBW系統(tǒng)脫離了機械連接的限制，可自由設(shè)計轉(zhuǎn)向角傳動比。利用變傳動比的設(shè)計，可以實現(xiàn)低速行駛時轉(zhuǎn)向靈敏；高速行駛時轉(zhuǎn)向平穩(wěn)，降低駕駛員的精神負(fù)擔(dān)和體力消耗。利于底盤集成控制。利用車載總線技術(shù)，易于實現(xiàn)SBW系統(tǒng)與其它控制系統(tǒng)(如ABS、EPS、DYC等系統(tǒng))的集成控制，通過各個系統(tǒng)信息共享和綜合利用，對汽車的綜合性能有極大的提高。

3.提高操縱穩(wěn)定性和主動安全性。在SBW系統(tǒng)中，控制器根據(jù)車輛的狀態(tài)反饋信息，實時動態(tài)控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機的轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)車輛的穩(wěn)定性控制。

除此之外，由于取消了機械連接，轉(zhuǎn)向盤位置可以自由布置，可以增加駕駛員腿部空間，不僅減少了交通事故對駕駛員的傷害，還提供了舒適性和安全性；同時釆用線控電機驅(qū)動，提高了系統(tǒng)的工作效率，綠色環(huán)保。

4.便于擴展。對汽車智能化發(fā)展而言，SBW可以對人機界面進行自定義，以適應(yīng)駕駛員期望的轉(zhuǎn)向操縱性，實現(xiàn)定制化的需求。線控轉(zhuǎn)向技術(shù)可以更好地服務(wù)于高級駕駛輔助系統(tǒng)，如車道保持支持功能，當(dāng)位于車輛上的雷達傳感器或攝像頭發(fā)現(xiàn)車輛偏離車道時，SBW會根據(jù)車道情況自動輸入轉(zhuǎn)向信號，幫助車輛回到正確的行駛軌跡上來。自動泊車支持，自動泊車系統(tǒng)通過環(huán)境感知傳感器檢測實際的泊車環(huán)境，探測獲取有效的泊車車位信息，通過SBW的支持，實現(xiàn)對車輛運動軌跡的精確控制，最終實現(xiàn)自動泊車入位功能。隨著自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，SBW與SBB協(xié)同工作，是實現(xiàn)車輛軌跡跟蹤和緊急避撞的技術(shù)關(guān)鍵。

四、SBW系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

SBW系統(tǒng)包含系統(tǒng)控制理論與機械、力學(xué)、電子及電機等學(xué)科領(lǐng)域，實現(xiàn)實用化需要解決以下關(guān)鍵技術(shù)。

1.傳感器技術(shù)

SBW系統(tǒng)要做出正確的決策必須要有準(zhǔn)確的信息作為保障，汽車的車速、轉(zhuǎn)向盤角、轉(zhuǎn)向盤力矩、前輪轉(zhuǎn)角、縱、橫向加速度等信息都是由傳感器獲得的，傳感器的精度和可靠性直接影響整個SBW系統(tǒng)的控制效果。因此精度高、可靠性好、成本低、體積小的傳感器對汽車線控系統(tǒng)的發(fā)展有著重大意義。隨著汽車傳感器在汽車電子控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，汽車傳感器正沿著微型化、多功能化、集成化和智能化的方向發(fā)展。

微型傳感器的安裝可以不受空間大小的制約，能耗更低，受外界環(huán)境的干擾也更小。在該領(lǐng)域比較有代表性的技術(shù)是Mems技術(shù)，利用微電子機械加工技術(shù)將微米級的敏感元件、信號處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在同一芯片上，具有體積小、價格便宜、可靠性高等特點， 并且可以明顯提高系統(tǒng)測試精度。因為Mems微型傳感器在降低汽車電子系統(tǒng)成本及提高其性能方面的優(yōu)勢，已開始逐步取代基于傳統(tǒng)機電技術(shù)的傳感器。如汽車上應(yīng)用的橫擺角傳感器、縱/側(cè)向加速度傳感器都是Mems形式的微型傳感器。

智能傳感器是通過工藝技術(shù)手段將傳感器與微處理器兩者緊密結(jié)合，將傳感器的敏感元件及其信號調(diào)理電路與微處理器集成在一塊芯片上的新型處理器，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)傳感器的功能，還能充分利用微處理器的計算和存儲能力。不但可以對傳感器的測量數(shù)據(jù)進行計算、存儲、數(shù)據(jù)處理，還可以通過反饋回路對傳感器進行調(diào)節(jié)，大大提高了傳感器的精度。由于微處理器充分發(fā)揮各種軟件的功能，可以完成硬件難以完成的任務(wù)。

2.汽車行駛狀態(tài)和參數(shù)的估計

汽車線控系統(tǒng)的實現(xiàn)需要很多汽車行駛狀態(tài)和參數(shù)的保障，而這些參數(shù)一部分是通過傳感器測得的，像車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角等，但是很多參數(shù)是傳感器無法直接測得的，例如路面的附著系數(shù)、制動時輪胎的滑移率、前后輪側(cè)偏角，以及車輪縱/側(cè)/垂向力等。即使傳感器可以測得的參數(shù)也會受到傳感器精度的影響，針對汽車行駛狀態(tài)和參數(shù)，需要通過模型、算法等進行估計和預(yù)測。

3.汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

隨著線控系統(tǒng)數(shù)量的增多，各線控系統(tǒng)不可能獨立工作，例如轉(zhuǎn)向和制動就需要進行協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)資源共享減少延遲，以滿足不同情況下，對轉(zhuǎn)向能力和制動效能的要求。因此 對通信時間的離散和延時性提出了更高的要求。傳統(tǒng)CAN總線基于事件的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，當(dāng)幾個信息同時進行發(fā)送時，往往會造成網(wǎng)絡(luò)交通擁擠，雖然可以通過仲裁機制來保證這些信息以既定的優(yōu)先級收發(fā)，但往往會造成某些信息的延遲。在這樣的背景下,出現(xiàn)了一些可靠性高、傳輸速率高、容錯性好、通信時間延遲固定且離散度小的車載通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。目前,這類車載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)比較典型的有FlexRay。

FlexRay總線是一種既支持時間觸發(fā)訪問方式,又支持事件觸發(fā)訪問方式的協(xié)議的高速通信總線,它容錯性高、可靠性好,非常適合線控系統(tǒng)應(yīng)用。FlexRay除了總線標(biāo)準(zhǔn)提供的容錯功能外,總線支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并且允許單、雙總線并存。利用雙總線結(jié)構(gòu)的特點,在實現(xiàn)FlexRay總線軟硬件功能的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了總線應(yīng)用層的容錯控制方法。

基于總線技術(shù)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng),將傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成通過高速容錯總線相連的電氣系統(tǒng),實現(xiàn)了系統(tǒng)的信息化、智能化與自動化。

4.電源技術(shù)

汽車的電源承擔(dān)著SBW系統(tǒng)中電機與電子控制單元的供電,除去電子控制單元消耗的功率不算,僅轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機功率就大約有500~800W,再加上路感模擬電機的功率50~80W,電源的負(fù)荷非常重。因此,要保證SBW系統(tǒng)的穩(wěn)定工作,電源的性能至關(guān)重要。

目前, SBW系統(tǒng)要求的電源供電電壓主要包括12V與42V兩種。供電電壓12V為的SBW系統(tǒng),要求系統(tǒng)中的電機為12V電機,這就需要通過提高電流來獲得更大的功率,因此,在電機控制上需要做更多的工作。供電電壓為42V的系統(tǒng),為SBW系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了新的發(fā)展空間,它可以降低電機質(zhì)量、減小線束直徑、降低設(shè)計與使用成本。

5.容錯控制技術(shù)

汽車安全性與可靠性是制約SBW系統(tǒng)發(fā)展的主要瓶頸之一。由于SBW系統(tǒng)取消了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪間的機械連接,一旦電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障,車輛將處于失控狀態(tài),無法保證轉(zhuǎn)向功能。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中傳感器、電控單元、執(zhí)行機構(gòu)、電源均有可能發(fā)生故障。為滿足汽車安全性與可靠性的要求，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須采用容錯控制技術(shù)。傳感器的故障可以通過傳感器網(wǎng)絡(luò)進行容錯控制,電控單元的故障可以通過多核控制機制實現(xiàn)容錯控制,執(zhí)行機構(gòu)與電源的故障則需要替代的冗余部件來實現(xiàn)容錯控制。

五、SBW系統(tǒng)操縱穩(wěn)定性控制策略

由于傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(包括助力轉(zhuǎn)向)受機械連接的限制，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向角傳動比固定不變(轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與前輪轉(zhuǎn)角之比)，因此在轉(zhuǎn)向過程中，駕駛員轉(zhuǎn)向操縱的力傳遞與角傳遞方式是不可變的。通常在低速行駛時，駕駛員需要反復(fù)輸入較大方向盤轉(zhuǎn)角，增加了駕駛員的操縱強度；而在高速行駛時，轉(zhuǎn)向又過于靈敏，增加了駕駛員的精神負(fù)擔(dān)

除此之外，由于懸架、輪胎以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的非線性特性是固有不可改變，導(dǎo)致汽車在行駛過程中的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨著路面環(huán)境、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角以及車速的變化而變化。為了保證車輛能按照駕駛員的意圖行駛，必須對方向盤轉(zhuǎn)角進行不斷地調(diào)整，這不僅增加了駕駛員的負(fù)擔(dān)，而且在惡劣環(huán)境下(雨雪天氣、側(cè)向風(fēng)干擾)行駛時，存在操縱穩(wěn)定性差的危險。

SBW系統(tǒng)相比較于傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力傳遞與位移傳遞的完全解耦，簡而言之就是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳遞特性和位移傳遞特性能夠分別獨立設(shè)計。本節(jié)針對線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的位移特性控制技術(shù)進行概述與分析。SBW系統(tǒng)的位移特性控制有2種較為典型的方式，如圖5所示。第1種方式為變轉(zhuǎn)向角傳動比控制法，即先根據(jù)駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角輸入和系統(tǒng)傳動比計算參考前輪轉(zhuǎn)角，然后設(shè)計轉(zhuǎn)角跟蹤控制器，指令轉(zhuǎn)向電機輸出扭矩對參考前輪轉(zhuǎn)角進行跟蹤。第2種方式是穩(wěn)定性(主動轉(zhuǎn)向)控制法，其實施過程可以概括為根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)角/轉(zhuǎn)矩輸入指令及汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)，計算得到理想橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角、側(cè)向加速度等控制目標(biāo)，設(shè)計穩(wěn)定性控制器根據(jù)控制目標(biāo)求解所需的前輪轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角跟蹤控制器以所需前輪轉(zhuǎn)角為目標(biāo)，求解所需轉(zhuǎn)向電機電流/電壓，輸出扭矩帶動轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)對轉(zhuǎn)角進行主動跟蹤。

1.可變轉(zhuǎn)向角傳動比

為了滿足駕駛員對轉(zhuǎn)向特性的要求，設(shè)置合理的轉(zhuǎn)向角傳動比變化規(guī)律，來確保穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益為定值(穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益=穩(wěn)態(tài)橫擺角速度/轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角，也叫汽車轉(zhuǎn)向靈敏度)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與道路行駛角呈一一對應(yīng)的線性關(guān)系，簡化駕駛員的轉(zhuǎn)向操作，在汽車轉(zhuǎn)向時駕駛員可以更準(zhǔn)確的進行預(yù)瞄判斷，更輕松的進行修正調(diào)整，獲得更好的操縱穩(wěn)定性。除此之外，不同車速下SBW系統(tǒng)控制的側(cè)重點也有所不同，為了滿足不同工況下，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的不同要求，合理角傳動比的設(shè)置還應(yīng)使線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)滿足以下要求。低速轉(zhuǎn)向時，控制目標(biāo)以轉(zhuǎn)向輕便性為主，轉(zhuǎn)向角傳動比可以小一些。此處轉(zhuǎn)向輕便性不代表轉(zhuǎn)向盤力小，而是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角范圍小，從而減小原地、低速掉頭時的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角范圍，減輕駕駛員的體力負(fù)荷。但是考慮到轉(zhuǎn)向時前輪所能到達的的極限位置，應(yīng)該設(shè)置一個最小轉(zhuǎn)向角傳動比； 高速轉(zhuǎn)向時，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)降低汽車轉(zhuǎn)向靈敏性，所以轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比要大些，即大的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角可以產(chǎn)生小的前輪轉(zhuǎn)角，使汽車轉(zhuǎn)向“遲鈍”，這樣可以避免駕駛員誤操作帶來的影響，以滿足操作穩(wěn)定性要求，給駕駛員一定的緩沖和判斷的時間，降低駕駛員在高速時的精神壓力和操作難度，同時，為了避免轉(zhuǎn)向過于“遲鈍”，影響超車等駕駛行為，應(yīng)該設(shè)置一個最大轉(zhuǎn)向角傳動比值。如圖6是傳動比及轉(zhuǎn)向增益隨車速的變化曲線。對于一般駕駛員期望的轉(zhuǎn)向增益在0.12~0.37，熟練駕駛員的期望值為0.21~0.42。

為了實現(xiàn)所設(shè)計的可變轉(zhuǎn)向角傳動比應(yīng)用到控制器中，需要對上述可變轉(zhuǎn)向角傳動比進行車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的二維插值擬合，形成轉(zhuǎn)向角傳動比與車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的三維圖(圖7)。在汽車行駛過程中，控制器根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號，通過查表的方式計算當(dāng)前的轉(zhuǎn)向角傳動比，然后計算前輪的轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)可變轉(zhuǎn)向角傳動比控制。

2.主動轉(zhuǎn)向控制

汽車在行駛過程中，過度轉(zhuǎn)向有導(dǎo)致失去穩(wěn)定性的危險，因此汽車都應(yīng)具有中性轉(zhuǎn)向或弱的不足轉(zhuǎn)向特性。尤其在雨雪天氣、低附著路面或者大側(cè)向風(fēng)干擾等不良環(huán)境下行駛時，如何確保車輛能夠在不偏離期望路徑并保持弱的不足轉(zhuǎn)向，對汽車行駛的安全性至關(guān)重要。汽車在轉(zhuǎn)向過程中，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的變化產(chǎn)生輪胎側(cè)向力的變化，同時改變了車輛的橫擺力矩。主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定性控制就是利用這一特性，根據(jù)車輛狀態(tài)的反饋信息，實時地對轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角進行校正，實現(xiàn)對橫擺力矩進行補償，從而保證車輛的穩(wěn)定行駛。線控主動轉(zhuǎn)向控制就是根據(jù)車輛的轉(zhuǎn)向狀態(tài)對車輪的轉(zhuǎn)角進行補償，確保車輛在弱的不足轉(zhuǎn)向特性內(nèi)行駛，具體有以下兩種情況：

①在行駛過程中，由于駕駛員的操作不當(dāng)、輪胎氣壓的變化等出現(xiàn)過大的不足轉(zhuǎn)向趨勢時，穩(wěn)定性控制器根據(jù)車輛反饋的狀態(tài)信息，通過轉(zhuǎn)角跟蹤控制器，控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機產(chǎn)生一個正的前輪轉(zhuǎn)角補償(與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向一致)。

②在行駛過程中，發(fā)生后輪側(cè)滑趨勢過度轉(zhuǎn)向時，穩(wěn)定性控制器根據(jù)車輛反饋的狀態(tài)信息，通過轉(zhuǎn)角跟蹤控制器，控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機產(chǎn)生一個負(fù)的前輪轉(zhuǎn)角補償(與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向相反)。

3.綜合反饋控制主動轉(zhuǎn)向策略

汽車的操縱穩(wěn)定性主要有兩個方面：一是行駛方向的穩(wěn)定性，二是行駛軌跡的跟蹤。前者主要是指車輛的轉(zhuǎn)向響應(yīng)(由轉(zhuǎn)向不足、過度轉(zhuǎn)向及中性轉(zhuǎn)向三種狀態(tài))，可以用橫擺角速度來描述行駛方向的穩(wěn)定性；后者主要是指車輛行駛軌跡與目標(biāo)路徑之間的偏差，可以用車輛的質(zhì)心側(cè)偏角描述車輛行駛路徑跟蹤的效果。二者都是由地面對輪胎的反作用力決定，因此可以通過車輪轉(zhuǎn)角的補償來調(diào)整地面對輪胎的反作用力(力矩)，實現(xiàn)對橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角的控制(如圖8所示)。汽車在行駛過程中，在車速低、小轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角時(即質(zhì)心側(cè)偏角較小時)，單一的橫擺角速度反饋控制就可以實現(xiàn)車輛的穩(wěn)定性控制，但在車速高、大轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角時(質(zhì)心側(cè)偏角較大時)，只靠橫擺角速度就無法實現(xiàn)穩(wěn)定性控制。因此采用橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角綜合反饋對車輛的穩(wěn)定性進行控制，在控制過程中，當(dāng)車輛處于小質(zhì)心側(cè)偏角時，主要控制橫擺角速度；在大質(zhì)心側(cè)偏角時，確保應(yīng)將質(zhì)心側(cè)偏角控制在一定的范圍內(nèi)，同時對橫擺角速度進行校正，保證汽車的穩(wěn)定性。

(未完待續(xù))