摘要：在簡(jiǎn)述汽車轉(zhuǎn)向及線控技術(shù)的發(fā)展之后，介紹了汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型、兩種基本架構(gòu)(包括經(jīng)典架構(gòu)和雙控型架構(gòu))及執(zhí)行電機(jī)的工作情況，并在此基礎(chǔ)上引入了SBN的試驗(yàn)系統(tǒng)：HIL模擬器，亥模擬器可以用來測(cè)試硬件系統(tǒng)(包括ECU和逆變器)和驗(yàn)證力反饋控制算法。汽車駕駛的安全眭尤為重要，通過力反饋系統(tǒng)實(shí)例滄述了以冗余為基本思想的容錯(cuò)技術(shù)。
中圖分類號(hào)：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2010)05—0004—05
轉(zhuǎn)向性能是汽車的主要性能之一，它直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性。合理地設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使汽車具有良好的操縱性能，是重要研究課題。這促進(jìn)了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SBW，即Steer—By Wire System)的發(fā)展[1-3,6].SBW是繼EPS后發(fā)展起來的新一代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它具有操縱穩(wěn)定性更好的特點(diǎn)，在轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間不再采用機(jī)械連接，****擺脫傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有限制，帶來駕駛方便的同時(shí)也提高了汽車的安全性。
世界各大汽車廠商、研發(fā)機(jī)構(gòu)，包括Daimlerysler、寶馬、zF、DELPHI、TRW以及日本KOYO精上技術(shù)研究所、日本國(guó)立大學(xué)、本田等都對(duì)SBW做了深入研究。澳大利亞昆土蘭大學(xué)、美國(guó)斯坦福大學(xué)分別研究了線控轉(zhuǎn)向的硬件在線試驗(yàn)、主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略。SKF的汽車分部推出了稱為Novanta的新型線控汽車，已經(jīng)批量生產(chǎn)。國(guó)外已有幾十一項(xiàng)線控轉(zhuǎn)向?qū)＠�，例如�?/DIV>
(I)左右前輪分別用獨(dú)立的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制，采輦，用多變量解耦控制獨(dú)立控制左輪轉(zhuǎn)角和右輪轉(zhuǎn)角，分別跟蹤左右輪參考轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的阿克曼轉(zhuǎn)向；
(2)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力反饋控制；
(3)冗余線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
線控技術(shù)由線載電信號(hào)實(shí)現(xiàn)傳遞控制，不通過機(jī)械連接裝置操作。傳統(tǒng)的方式通過機(jī)械機(jī)構(gòu)來操縱汽車。線控技術(shù)則將動(dòng)作轉(zhuǎn)為電信號(hào)，傳遞指令操縱汽車。汽車中各種線控系統(tǒng)或線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在今后得到高速發(fā)展，如線控制動(dòng)、線控轉(zhuǎn)向、線控油門、線控懸架等正在研發(fā)。當(dāng)線控這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時(shí)，汽車將是一種全高技術(shù)產(chǎn)品，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向機(jī)這些傳統(tǒng)的機(jī)械裝置被電子元器件取代，汽車可以說是一臺(tái)裝在輪子I的計(jì)算機(jī)。
1轉(zhuǎn)向盤和前輪的動(dòng)力學(xué)模型
SBW系統(tǒng)可以分為轉(zhuǎn)向盤和前輪兩部分，各自包含兩電機(jī)，即回正電機(jī)(Steering—wheel Motor)和轉(zhuǎn)向電機(jī)(Road wheel Motor)[3-4,7-8]，它們接收來自ECU的信號(hào)，一個(gè)為轉(zhuǎn)向盤提供反作用力，另一個(gè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪按駕駛員意圖偏轉(zhuǎn)。
圖la為轉(zhuǎn)向盤動(dòng)力學(xué)模型[3]，電機(jī)提供反作用力給駕駛員。模型包括駕駛員輸人的轉(zhuǎn)向力矩Fm，電機(jī)提供的轉(zhuǎn)向反作用力Tm，轉(zhuǎn)向柱連接轉(zhuǎn)向盤和電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸的剛性可以忽略，轉(zhuǎn)向盤動(dòng)力學(xué)方程為：
式中：δm為轉(zhuǎn)向角度；Im，Rm為前輪的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)；Cm為靜摩擦力矩。
在轉(zhuǎn)向電機(jī)、轉(zhuǎn)向齒輪、連接桿的輔助下，前輪電機(jī)的力矩通過齒輪傳遞到前輪。位置傳感器用來測(cè)量轉(zhuǎn)向齒條的位移，信號(hào)傳送給Ecu。同時(shí)計(jì)算處理轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和前輪轉(zhuǎn)角。圖1b為前輪動(dòng)力學(xué)
模型[5]，在前輪中，只計(jì)算連接桿的剛性，其他都忽略不計(jì)，前輪動(dòng)力學(xué)模型方程為：
式中：δs為前輪轉(zhuǎn)角；Is、Rs為前輪系統(tǒng)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)；t為靜摩擦力矩；rs為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比;ts,Fdis為前輪的電機(jī)力矩和擾動(dòng)力矩。擾動(dòng)力矩表示為：
式中：tint為內(nèi)部擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩；ta為外部擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩，是矯正轉(zhuǎn)矩。rf表示為：
式中：Fc為摩擦系數(shù)。
2 sBw系統(tǒng)構(gòu)架及執(zhí)行電機(jī)的工作
