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18 技术纵横 轻型汽车技术 2008（10）总 230 线性转向系统在工程车辆领域的应用研究 汪 珊 1 何天明 1 张久然 2 （1. 武汉理工大学汽车工程学院 2.长安大学汽车学院） 摘 要 线控转向是一种先进的转向技术，介绍线控转向系统的结构、工作原理及特点，重点 介绍线控转向技术在工程车辆领域的研究热点，展望了线控转向技术在工程车辆领域应 用前景。 关键词：工程车辆 线控转向 结构 原理 关键技术 1 引 言 根据转向盘和转向轮间有无机械连接，将转向 系分为带机械连接的常规转向系和不带机械连的线 控转向( Steer- By-Wire, SBW) 系统。线控转向是指 通过通讯网络连接各部件的控制系统，它替代了传 统的机械或液压连接，取消了转向盘和转向轮的机 械连接，占据空间小，并可减少碰撞时对驾驶员的伤 害；路面的不平冲击不会传到驾驶员手上，并可根据 车况实现最佳路感。可以实现前轮的主动转向控制， 使车辆受到干扰、处于危险或极限工况时代替驾驶 员实现主动安全性。 2 汽车线性转向的发展状况 德国奔驰公司在 1990 年开始了前轮线控转向 的研究, 并将它开发的线控转向系统应用于概念车 F400Carving 上。日本 Koyo 也开发了线控转向系统, 但为了保证系统的安全, 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回复到机械转向。宝马汽车 公司的概念车 BMW Z22, 应用了 SBW 技术,转向盘 的转动范围减少到了 160°,使紧急转向时驾驶员的 忙碌程度得到了很大降低。意大利 Bertone 设计开发 的概念车 FILO,雪铁龙越野车 C - Crosser,戴克概念 车 R129,都采用了线控转向系统。2003 年日本本田 公司在纽约国际车展上推出 Lexus HPX 概念车,也 采用了线控转向系统, 在仪表盘上集成了各种控制 功能,实现车辆的自动控制。澳大利亚昆士兰大学、 美国斯坦福大学分别研究了线控转向的硬件在环 试验、主动转向控制策略以提高操纵性和安全性。 SKF 的汽车分部推出了一款称为 Novanta 的新型线 控汽车, 已经批量生产。国内这方面的研究很少, 同 济大学利用 Dspace /Autobox 为四轮驱动电动汽车 开发了线控转向试验台架及四轮驱动、四轮转向电 动汽车。武汉理工大学利用电磁施力器进行转向盘 力反馈, 设计了模糊 -PID 混合控制器，开发的线控 转向系统可以实现转向随动。吉林大学进行了变传 动比、转向盘回正力矩和稳定性算法研究。北京理 工大学在线性转向系统领域做了大量的工作，对线 性转向系统进行了仿真分析，在汽车稳定性控制算 法方面做了大量的工作。但是这些研究还都处于初 级阶段。 工程车辆线控转向技术取消了传统的机械连 接，近年来一直是大型工程车辆转向关键技术研究 的热点之一。随着汽车线性转向系统在乘用车领域 不断的进步，在商用车领域也得到不断的发展。目 前江苏大学已开展了在工程车辆领域的电子转向 器特性的研究，吉林大学也已开展了关于工程车辆 线控转向电液比例控制系统数字校正方面的研究 工作。 3 线性转向系统的结构及工作原理 轻型汽车技术 2008（10）总 230 技术纵横 19 3.1 结构 线控转向的实现有几种方式，如前轮线控转向、 后轮线控转向、四轮线控转向。对于商用车而言，主 要采用前轮线控转向。汽车线控转向系统主要由转 向盘子总成、转向执行总成、主控制器(ECU)3 个主 要部分以及自动防故障系统及电源等辅助系统组 成,其结构如图 1 所示。  理逻辑,以最大程度地提高汽车安全性能。 电源系统承担着控制器、2 个执行马达以及其 它车用电器的供电任务, 其中仅前轮转角执行马达 的最大功率就有 500～800W ,加上汽车的其它电子 设备,电源的负担相当沉重。所以要保证电网在大负 荷下稳定工作,电源的性能显得十分重要。 3.2 工作原理 汽车线性转向系统如图 2 所示，用传感器检测 驾驶员的转向数据，然后通过数据总线送给 ECU,并 从转向控制系统获得反馈命令，利用计算机对这些 信息进行控制运算, 然后对车辆转向子系统发出指 令,使车辆转向。 轮胎所受的力 横向力 车轮滑动角 汽车状态 横向速度 →→ 轮胎 →纵向力 → → 惯 量 汽车 →纵向速度 →横摆角速度 → 图 1 汽车线性转向系统结构示意图 方向盘总成包括方向盘组件、方向盘转角传感 驱动力转矩 通常力 要求转 转向控 →→ →  转向 转向系统 → 实际转 器、力矩传感器、方向盘回正力矩电机。其主要功能 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, 同时主控制器向方 向角度 制系统 → 转