電動汽車轉向系統改進論文

⑴ 電動汽車轉向系統的功用

電動助力轉向系統eps將最新的高性能的電機控制理論和電子技術運用到電動汽車的轉向系統，顯著的改善了車輛的動態特性和靜態特性，並且更加有效的提高了行駛過程中駕駛員的轉向輕便性和駕駛安全性，與此同時，也更加節能和環保

⑵ 典型車型的電控電力轉向系統的論文怎麼寫~~急啊

2006年第1期
(總第174期)
農業裝備與車輛工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT＆VEHICLE ENGINEERING
No．1 2006
(Totally 174)
汽車線控轉向系統綜述
於蕾艷林逸李玉芳
(北京理工大學機械與車輛工程學院，北京100081)
摘要：線控轉向(Steer—By—W ire)~．-種先進的轉向技術。由於取消了方向盤和車輪的機械連接，可以任意設計傳
動比，對轉向輪進行主動控制，並對隨車速變化的參數進行補償，實現理想的轉向特性，提高操縱穩定性。綜述了國
內外線控轉向的研究發展，介紹了線控轉向的結構、關鍵技術、研究方法，並提出了線控轉向的發展趨勢。
關鍵詞：線控轉向；操縱穩定性
中圈分類號：U463．4 文獻標識碼：A 文章編號：1673—3142(2006)01—0032—06
Summarization of Automobile Steer——by．．W ire System
Yu Leiyan Lin Yi Li Yufang
(School of Mechanism and Vehicle Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China)
Abstract：Steer-By-Wire is an advanced steering technology．As the mechanical connections between steering
wheel and turning wheels are eliminated，the drive ratio can be designed according to needs，the turning wheels
can be controlled actively compensating the parameters with vehicle speed variation，thus ideal steering
characteristics is realized and handling stability is improved．Research development of home and abroad of
Steer-by-Wire technology is summarized，structure，key technologies and study methods of Steer-by-Wire is
introced and developing trend of Steer-by-Wire is presented．
Key Words：Steer-by-Wire(sBw)system；handling stability
1 前言
汽車發展的趨勢是安全、節能、環保。轉向系統
是關系主動安全的重要系統，其操縱穩定性好壞對
汽車性能影響很大。操縱性是汽車准確跟蹤駕駛員
意圖行駛；穩定性是要求危險工況(高速行駛，側向
加速度大，離心力大，超過輪胎側偏力而發生大的側
滑；小附著系數路面的側滑；對開路面上輪胎左右側
偏力不相等、側向風引起的橫擺)下汽車仍穩定行
駛。為提高操縱穩定性，出現了ESP(電子穩定程
序)、主動轉向、4WS(4輪轉向)等。ESP判斷產生不
足轉向或過度轉向時相應在後輪、前輪產生制動力，
產生橫擺力矩即糾偏力矩。四輪轉向的後輪也參與
轉向。低速時，後輪與前輪反向轉向，減小轉彎半徑，
提高機動靈活性。高速時，後輪與前輪同向轉向，提
高汽車的穩定性。其控制目標是質心側偏角為零。
然而這些汽車轉向系統卻處於機械傳動階段，由於
其轉向傳動比固定，汽車的轉向響應特性隨車速而
收稿日期：2oo5—10—24
作者簡介：於蕾艷(1980-)。女，北京理工大學車輛工程系博士，主要
從事汽車電子、線控轉向方面的研究。
·32·
變化。因此駕駛員就必須提前針對汽車轉向特性的
幅值和相位變化進行一定的操作補償，從而控制汽
車按其意願行駛。
如果能夠將駕駛員的轉向操作與轉向車輪之間
通過信號及控制器連接起來，駕駛員的轉向操作僅
僅是向車輛輸入自己的駕駛指令，由控制器根據駕
駛員指令、當前車輛狀態和路面狀況確定合理的前
輪轉角，從而實現轉向系統的智能控制，必將對車輛
操縱穩定性帶來很大的提高，降低駕駛員的操縱負
擔，改善人一車閉環系統性能。因而線控轉向系統
(Steering-By-Wire System，簡稱SBW)應運而生。
SBW 是X-By-Wire的一種。X—By—W 的全稱是
「沒有機械和液力後備系統的安全相關的容錯系
統」。「x」表示任何與安全相關的操作，包括轉向、制
動等等。「By—Wire」表示X—By—wire是一個電子系
統。在X—By—Wire系統中，所有元件的控制和通訊
都通過電子來實現。x—By—Wire系統是沒有機械和
液力後備系統的，傳統的機械和液力系統由於結構
的原因(間隙、運動慣量等)，從控制指令發出到指令
執行會有一定的延遲，這在極限情況下是不能允許
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2006年1月於蕾艷等： 汽車線控轉向系統綜述
的。X—By—Wire系統用電來控制會大大地減小延遲，
為危險情況下的緊急處理贏得了寶貴的時間。
2 線控轉向系統的發展概況
2O世紀5O年代，TRW 等轉向系統開發商就做
了大膽的假設，將方向盤與轉向車輪之間用控制信
號代替原有的機械連接。在2001年的第71屆日內
瓦國際汽車展覽會上，義大利的Bertone汽車設計
及開發公司展示了新型概念車「FILO」。「FILO」採用
了「drive—by—wire」系統，所有的駕駛動作都通過信
號傳遞的。它使用操縱桿進行轉向操作，並採用了
最新的42V供電系統。
美國的德爾福公司繼成功推出了EPS系統後，
又開發出了自己的前輪和四輪線控轉向系統，並應
用於加州的自動高速公路系統(automated highway
system，AHS)中。1997年德爾福公司與義大利菲亞
特公司簽訂了應用於小型車的線控轉向系統研製
合同。到2000年上半年德爾福公司已經與歐美等
地的汽車生產廠家簽訂了關於開發線控轉向系統
的合同。
在歐洲，以Daimler—Chrysler、Fiat、Ford Europe
和Volvo等汽車公司、Bosch等電子公司和
Chalmers、Vienna等大學聯合發起了「Brite—EuRam
『X_by—wire』計劃」進行線控轉向系統的實現以及安
全性和可靠性方面的研究。Daimler—Chrysler已經開
發出電子驅動概念車「R 129」。它取消了方向盤、加
速踏板和制動踏板，完全採用操縱桿控制，實現了
Drive—by—wire技術。此項技術被列為2000年汽車
十大新技術之一。
第59屆法蘭克福汽車展的雪鐵龍越野概念車
「C—CROSSER」，也採用了線控轉向系統。
目前由於蓄電池電壓和功率等因素的影響，線
控轉向系統只能使用24V或36V電源，難以提供較
大的轉向功率，現階段線控轉向系統的研究以及近
期的應用對象主要是針對轎車。要在重型卡車上應
用，還必須採用液壓執行機構。隨著蓄電池技術發
展和42V電子設備在汽車上的應用，全線控轉向系
統將應用到中型和重型汽車上。目前42V電源已經
在一些概念車上得到應用，其中通用的「自主魔力」
概念車和Bertone公司的「FILO」概念車就採用了
42V電源。
預估在兩三年之後，傳統的如煞車、操控等機械
系統將會由線纜與電子信號取代，其中有部分車廠
投下巨資與電子業共同合作，研發一套名為
FlexRay的新一代應用於汽車上的網路通訊系統。
FlexRay網路通訊系統是用以整合包括Brake—by—
Wire(電子制動)、Steer—by—Wire(電子轉向)等「線傳
控制」系統(目前最快數據傳送速度為10Mbit／s)，讓
汽車發展成百分之百的由單一電子系統控制車輛，
完全不需要機械繫統的支持。
3 線控轉向系統的結構及性能特點
3．1 線控轉向系統的結構
線控轉向系統由方向盤總成、轉向執行總成和
主控制器(ECU)-個主要部分以及自動防故障系統、
電源等輔助系統組成，如圖1。
圖1 線控轉向系統結構示意圖
方向盤總成包括：方向盤、方向盤轉角感測器、
力矩感測器、方向盤回正力矩電機。方向盤總成的主
要功能是將駕駛員的轉向意圖(通過測量方向盤轉
角)轉換成數字信號，並傳遞給主控制器；同時接受
主控制器送來的力矩信號，產生方向盤回正力矩，以
提供給駕駛員相應的路感信息。
轉向執行總成包括前輪轉角感測器、轉向執行
電機、轉向電機控制器和前輪轉向組件等組成。轉向
執行總成的功能是接受主控制器的命令，通過轉向
電機控制器控制轉向車輪轉動，實現駕駛員的轉向
意圖。
主控制器對採集的信號進行分析處理，判別汽
車的運動狀態，向方向盤回正力電機和轉向電機發
送指令，控制兩個電機的工作，保證各種工況下都具
有理想的車輛響應，以減少駕駛員對汽車轉向特性
隨車速變化的補償任務，減輕駕駛員負擔。
同時控制器還可以對駕駛員的操作指令進行識
別，判定在當前狀態下駕駛員的轉向操作是否合理。
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農業裝備與車輛工程2006年第1期
當汽車處於非穩定狀態或駕駛員發出錯誤指令時，
線控轉向系統會將駕駛員錯誤的轉向操作屏蔽，而
自動進行穩定控制，使汽車盡快地恢復到穩定狀態。
自動防故障系統是線控轉向系的重要模塊，它
包括一系列的監控和實施演算法，針對不同的故障形
式和故障等級做出相應的處理，以求最大限度地保
持汽車的正常行駛。作為應用最廣泛的交通工具之
一
，汽車的安全性是必須首先考慮的因素，是一切研
究的基礎，因而故障的自動檢測和自動處理是線控
轉向系統最重要的組成系統之一。它採用嚴密的故
障檢測和處理邏輯，以更大地提高汽車安全性能。
電源系統承擔著控制器、兩個執行馬達以及其
它車用電器的供電任務，其中僅前輪轉角執行馬達
的最大功率就有500—8ooW，加上汽車上的其它電
子設備，電源的負擔已經相當沉重。所以要保證電
網在大負荷下穩定工作，電源的性能就顯得十分重
要。在42V供電系統中這個問題將得到圓滿的解
決。
3．2 線控轉向系統的性能特點
1)取消了方向盤和轉向車輪之間的機械連接，
通過軟體協調它們之間的運動關系，因而取消了它
們之間的機械約束和干涉，使之可以相對獨立運動，
因而可以實現傳動比的任意設置，可以根據車速和
駕駛員喜好由程序根據汽車的行駛工況實時設置傳
動比。同時還可以從信號中提出最能夠反映汽車行
駛狀態的信息，作為方向盤回正力矩的控制變數，使
方向盤僅僅提供駕駛員有用信息，以減輕駕駛員的
體力腦力負荷，提高「人一車閉環系統」對道路的跟
蹤特性。同時由於減少了機構部件數量，而減少了
從執行機構到轉向車輪之間的傳遞過程，使系統慣
性、系統摩擦和傳動部件之間的總間隙都得以降低，
從而使系統的響應速度和響應的准確性得以提高。
2)線控轉向系統採用了軟體控制，因而可以把
轉向系統與其它主動安全設備如ABS、汽車動力學
控制、防碰撞、軌道跟蹤、自動導航以及自動駕駛等
功能相結合，實現對汽車的整體控制，提高汽車整體
穩定性，且實現了ITS中的汽車輔助轉向功能。
3)線控轉向系統在實現上述操作性能上的突破
的同時也帶來了可觀的經濟性和環境效益。
4)線控轉向系統是通過一個通用的執行器來調
整轉向的。要對汽車轉向的動力性進行調整，必須
使用一個轉角感測器，這並不影響方向盤對車輪的
快速調整。另一方面，一個力矩感測器也是必須的，
- 34-
它將對汽車轉向的調整和自動駕駛起重要作用。因
此，駕駛員通過提供到方向盤的力矩知道正確的方
向，並通過進一步的引導控制系統來進行評估。
5)與「電子駕駛」和「電子停車」一起，它提供了
把它們實際化的條件，並且把動力性和汽車控制統
一到一個系統中。
6)對汽車生產商的好處。傳統轉向系中轉向柱
安裝要求提供足夠的空間(左手或右手駕駛)，而線
控轉向嚴格地控制了轉向柱在發動機間隔內的自由
度，表明了機械式的轉向柱沒有很好地利用發動機
的空間。
7)對將來的好處
· 提供轉向的舒適性，路況作為評估系統，只有
有用的信息才提供給駕駛員。
- 方向盤的回饋力矩和轉向傳動比能通過軟體
不斷地調整，因此，可以使轉向系統對任何目標和環
境進行調整，而不需要對系統進行重新設計。
· 沒有轉向柱減少了駕駛員在事故中受傷的危
險。
· 轉向行為(減速、加速、自動轉向)都被軟體記
錄，為再以後的繼續完善提供了第一手的資料。
4 線控轉向系統的關鍵技術
虛擬現實技術、人工神經網路、模糊控制等新思
想、新技術的提出，為研究者站在一個新的高度研究
汽車操縱穩定性提供了可能，汽車操縱穩定性的研
究從單一的汽車本身的特性研究到汽車一駕駛員一
環境閉環系統的研究，人工神經網路、模糊控制理論
和模糊神經等新思想、新理論也應用到汽車操縱穩
定性的研究中，在研究方法上採用虛擬試驗技術。線
控轉向可以利用這些成果研究。
2自由度的整車動力學模型稱為經典模型。這2
個自由度為質心側偏角和橫擺角速度。其中質心側
偏角表示汽車方向特性。橫擺角速度與側向加速度
在描述側向動力學特性有同等作用，可選其一作系
統變數。加入線控轉向系統的模擬模型見圖2。也可
藉助advisor、vedyna的整車模型進行模擬研究。
4．1前輪轉角演算法
前輪轉向執行電機根據感測器測得的車輪行駛
狀態與駕駛員意圖，實時修正前輪轉角，使得汽車的
轉向特性如橫擺角速度增益不隨車速變化，減輕駕
駛員負擔。
方案1：在駕車過程中，不論車速怎麼變化，駕
駛員的預瞄時間基本不變(或變化很小)。如果能夠
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2006年1月於蕾艷等：汽車線控轉向系統綜述
圖2 線控轉向系統的模擬模型
合理設計車輛的轉向特性，使在一定預瞄時間下，車
輛達到前方某側向位置的方向盤轉角不隨車速變
化，將在很大程度上減少駕駛員對車輛特性變化的
補償，減輕駕駛員的負擔，見圖3。
目標點
，Y )
I x
{I 11． ，
。，Y。)
圖3 理想傳動比示意圖
方案2：轉向系傳動比隨方向盤轉角變化：低速
小方向盤轉角時傳動比小，駕駛員可以少打方向盤
就實現大的轉向任務；高速大方向盤轉角時，傳動比
大，減少汽車對轉向盤輸入的敏感程度。圖4中，Is
一4o0 —2o0 O 2o0 400
方向盤轉角(。)
圖4 隨方向盤轉角變化的傳動比方案
2比較理想。
4．2方向盤回正力矩模擬
由於方向盤和轉向車輪間沒有機械連接，路面
的不平沖擊不會傳到方向盤，但同時駕駛員缺少對
車輛行駛狀態和路況的把握，所以模擬恰當的方向
盤回正力矩很重要。可以通過以下公式模擬：
T~=-[Fo( ，8~)sign(Sh)+ (V， )+ ) + ( ，q)】
(1)
( ， )是系統的干摩擦， ( ， )體現了轉向
系剛度，其設置要保證當方向盤偏離中間位置時，方
向盤回正力矩能夠在一定程度上迅速增大，也就是
在方向盤中間位置應該有足夠的或合理的力矩梯
度，讓駕駛員感知方向盤偏離了中間位置。隨著方向
盤轉角增大，力矩梯度應該減小到一個合理值，保證
方向盤回正力矩不會超過合理范圍。)體現了轉
向系統的阻尼，車輛高速行駛時，方向盤回正力矩主
要受函數( ， )的影響嚴重。
4．3 汽車穩定性控制演算法
由於車輛系統本身存在滯後和非線性，同時車
輛的行駛環境十分復雜，在駕駛員的合理操作范圍
內我們希望車輛能夠准確執行駕駛員指令。一旦車
輛處於危險狀態，我們則希望車輛能夠自動恢復到
正常狀態。
4．3．1 橫擺角速度反饋控制
如圖5的橫擺角速度反饋控制在一定程度上改
善了車輛的動態特性，這種作用在高速時尤為明顯。
當車速較高時，橫擺角速度反饋不但使橫擺角速度
響應的帶寬增大，而且同時使橫擺角速度阻尼增大。
使車輛重心側偏角的超調量較無橫擺角速度反饋控
制的車輛有所減小，且車輛重心側偏角響應的過渡
時間減小，可以使其更快速地到達穩態值。橫擺角速
度反饋控制還可以減小車輛重心側偏角的穩態增
·35·
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圖5 橫擺角速度反饋框圖
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圖6 橫擺角速度、側向加速度綜合控制
益，使車輛具有良好的方向特性。這種形式的橫擺角
速度反饋控制，使得側向加速度超調量減小，轉向運
動更加平穩。但同時這種反饋控制也使得側向加速
度增益減小，這意味著有橫擺角速度反饋控制的車
輛駕駛員要多打方向盤，這在低速和中等車速工況
下加重了駕駛員的負擔。
4．3．2 橫擺角速度、側向加速度綜合控制
按D = ． + Vy (2)
進行橫擺角速度、側向加速度綜合控制，如圖6。
4．4 安全與可靠性設計
線控轉向系統若真正走向消費市場，首先要解
決其安全可靠性問題， 因而必須採用容錯控制技
術。容錯控制設計方法有硬體冗餘和解析冗餘。硬
件冗餘對重要部件及易發生故障部件提供備份；解
析冗餘是通過設計控制器的軟體提高整個系統的
冗餘度。SBW 中，相對於CU，感測器和執行機構更
容易發生故障，一些感測器和執行機構存在冗餘。
現階段採用機械、液壓的備份轉向系統，一旦線控
轉向出現故障，備份轉向仍然可以工作，完成基本
轉向任務。
·36-
5 線控轉向系統的前景展望
未來汽車的主體是低排放汽車(LEV)、混合動力
汽車(HEV)、燃料電池汽車(FCEV)、電動汽車(EV)四
大EV汽車，這給線控轉向系統帶來了更加廣闊的
應用前景。除了安全性和可靠性外，還有模擬路感的
電機振動、電源、感測器的精度和成本問題等。模擬
路感的電機振動控制在EPS的研發過程中，已經有
成熟的技術和經驗可以借鑒。車用42V電源預計在
未來的幾年內將會快速發展並普及，屆時汽車電子
附件的供電問題將會得到圓滿解決。車用各種感測
器如非接觸扭矩、轉角感測器、橫擺角速度感測器等
的精度在不斷提高，成本下降，在未來的幾年內將會
在精度和價格方面滿足各種電控系統的要求。預計，
到2010年40％的歐洲生產的汽牟將全部採用X—
By—Wire技術。隨著X—By—Wire的發展，Brake—By—
W ire，Thrust—By—Wire，Steer—By—Wire，Shift-By—
Wire等By-Wire系統將成為x—By—Wire系統的各
個子系統，它們之問會有一些數據要共享，將有一個
更大的通訊系統來實現它們之間的通訊，從而使整
個汽車成為一個完全的x—By—Wire系統。

⑶ 純電動汽車轉向系統維護有哪些項目

不需要維護，電動車轉向系統是電控系統所以不需要維護，除非跑偏需要重新匹配定位其餘不需要維護

⑷ 汽車轉向系論文怎麼寫

看書，汽車設計上全有

⑸ 淺析汽車轉向系統常見故障診斷與維修 這篇論文怎麼寫好啊 深入深刻符合獨特的要求

查閱一些維修手冊，簡述他的工作原理和控制方式。最後再以一種車型為例進行說明，或放個別故障案例。

⑹ 電動汽車電動助力轉向系統特點有哪些

2、EPS只在轉向時電動機才提供助力，因而能減少電量的消耗。 3、EPS取消了油泵、傳動帶、液壓軟管、液壓油及密封件等，其零件比HPS大大減少了，因此質量更輕、結構更緊湊，在安裝位置選擇方面也更容易，並且能降低雜訊。 4、EPS沒有液壓迴路，比HPS更易調整和檢測，裝配自動化程度更高，並且可以通過設置不同的程序，能快速與不同車型匹配，因而能縮短生產和開發周期。 5、EPS不純在滲油問題，可大大降低保修成本，減少對環境的污染。 6、EPS比HPS具有更好的低溫工作性能。 7、結構簡單，佔用空間小，布置方便，性能優越。於該系統具有良好的模塊化設計，所以不需要對不同的系統重新進行設計、試驗、加工等,不但節省了費用，也為設計不同的系統提供了極大的靈活性，而且更易於生產線裝配。由於沒有油泵、油管和發動機上的皮帶輪，使得工程師們設計該系統時有更大的餘地，而且該系統的控制模塊可以和齒輪齒條設計在一起或單獨設計，發動機部件的空間利用率極高。該系統省去了裝於發動機上皮帶輪和油泵，留出的空間可以用於安裝其它部件。許多消費者在買車時非常關心車輛的維護與保養問題。裝有電動助力轉向系統的汽車沒有油泵，沒有軟管連接，可以減少許多憂慮。實際上，傳統的液壓轉向系統中，液壓油泵和軟管的事故率占整個系統故障的53%，如軟管漏油和油泵漏油等。 8、線裝配性好。電動汽車電動助力轉向系統沒有液壓系統所需要的油泵、油管、流量控制閥、儲油罐等部件，零件數目大大減少，減少了裝配的工作量，節省了裝配時間，提高了裝配效率。電動助力轉向系統自20世紀80年代中期初提出以來，作為今後汽車轉向系統的發展方向，必將取代現有的機械轉向系統、液壓助力轉向系統和電控制液壓助力轉向系統。

⑺ 如何通過電動助力轉向系統改善轎車的行駛穩定性

一般指的是轉向助力系統，在你轉動方向盤時，通過電機或者液壓系統，協助你進行轉向。從而減輕你的勞動。

⑻ 電動汽車電控技術的電動助力轉向系統

電動助力轉向系統通常由感測器、電子控制單元、電動機、電磁離合器和減速機構等組成。其工作原理是電子控制單元根據轉向盤的輸入力矩、轉動方向以及汽車速度等信號,決定電動機的旋轉方向和助力電流的大小,並將指令傳遞給電動機,通過離合器和減速機構將輔助動力施加到轉向系統中,從而完成實時控制的助力轉向。現今電動助力轉向系統日趨完善,在降低自重、減少生產成本、控制系統發熱、電流消耗、內部摩擦,與整車進行匹配獲得合理的助力特性以及保證良好的路感方面取得了重大的進步。電動助力轉向系統的進一步發展,一方面需要開發可靠性高、成本低的感測器;另一方面需要開發滿足助力要求、駕駛員舒適性要求以及低成本的助力電機。而可靠性高、低成本、高效率以及高功率的直流無刷電機是今後助力電機的研究方向。此外,如何設計合理的控制策略以保證電動助力轉向系統的動態性能、穩定性能以及可靠性,保證駕駛員獲得良好的路感,使系統能與整車上其他控制子系統相互通信協調以實現整車綜合控制,是今後研究的重點,而更多的先進控制策略如人工智慧控制方法將應用於電動助力轉向系統的控制中。