中文字幕一级黄色A级片|免费特级毛片。性欧美日本|偷拍亚洲欧美1级片|成人黄色中文小说网|A级片视频在线观看|老司机网址在线观看|免费一级无码激情黄所|欧美三级片区精品网站999|日韩av超碰日本青青草成人|一区二区亚洲AV婷婷

【摘要】為研究線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其面臨的挑戰(zhàn)，概述了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展軌跡，分析了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)較傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，研究了國(guó)內(nèi)外汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀。通過分析路感反饋控制、轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制、冗余設(shè)計(jì)3 個(gè)線控轉(zhuǎn)向關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)的意義及復(fù)雜工況下技術(shù)挑戰(zhàn)和低成本量產(chǎn)挑戰(zhàn)。未來線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)作為線控底盤的一部分，通過整車底盤垂向控制、縱向控制、橫向控制進(jìn)行融合協(xié)調(diào)控制。

 

關(guān)鍵詞：線控轉(zhuǎn)向；路感反饋策略；轉(zhuǎn)向執(zhí)行策略；冗余策略

 

引言

 

自動(dòng)駕駛汽車是人工智能、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G通信、大數(shù)據(jù)、芯片、北斗組網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的重要載體，為中國(guó)汽車品牌在軟件定義汽車方面“換道超車”提供了機(jī)會(huì)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車橫向控制的關(guān)鍵系統(tǒng)，是自動(dòng)駕駛汽車不可或缺的組成部分。隨著轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展，目前電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駐車控制、車道保持輔助、抖動(dòng)補(bǔ)償、跑偏補(bǔ)償、轉(zhuǎn)向扭矩補(bǔ)償以及駕駛員輔助等高級(jí)轉(zhuǎn)向功能，極大地提升了駕駛員的操作體驗(yàn)，提供轉(zhuǎn)向輕便感和舒適感，顯著提升了駕駛員對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的適應(yīng)性和接受度。

 

轉(zhuǎn)向技術(shù)的迅速發(fā)展和進(jìn)步，引起了廣泛的關(guān)注和研究，成為汽車領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的研究涵蓋了路感模擬[1-37]、可變傳動(dòng)比[38-54]、冗余策略[55-77]、車輛穩(wěn)定性控制[78-80]、主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向[81-86]、四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向[87-92]等諸多方面，并取得了顯著成就，進(jìn)一步促進(jìn)了線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展，但研究?jī)H限于仿真、理論、概念車和特定場(chǎng)景的實(shí)車路試階段。

 

本文將研究國(guó)內(nèi)外整車廠、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制造商對(duì)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀，通過分析路感反饋控制、轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制、冗余設(shè)計(jì)3種線控轉(zhuǎn)向關(guān)鍵技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，總結(jié)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)駕駛技的意義及面臨的復(fù)雜工況下技術(shù)挑戰(zhàn)和低成本量產(chǎn)挑戰(zhàn)，并展望線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展前景，以期為這一領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)步提供參考和啟示。

 

1、 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展概述

 

1.1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展歷程

如圖1所示，傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱、中間軸、轉(zhuǎn)向器，駕駛員通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤將力矩通過轉(zhuǎn)向管柱和中間軸傳遞至轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)向器齒條的直線運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向器推動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。

 

 

圖1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在車內(nèi)的布置

 

隨著控制、傳感、人工智能技術(shù)的發(fā)展，汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)逐步落地，汽車轉(zhuǎn)向器從機(jī)械轉(zhuǎn)向器、液壓助力轉(zhuǎn)向器、逐步發(fā)展為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，并應(yīng)用于高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（圖2）。

 

圖2 轉(zhuǎn)向機(jī)發(fā)展歷程

 

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)和路感執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。相較于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其取消了中間軸的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向管柱與轉(zhuǎn)向器之間不存在機(jī)械連接，可實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向功能，即轉(zhuǎn)向盤在中間位置時(shí)，具備較大的角傳動(dòng)比，能夠增強(qiáng)車輛穩(wěn)定性（圖3）。在轉(zhuǎn)向盤接近左右極限位置時(shí)，傳動(dòng)比較小，使得車輛在大角度輸入下轉(zhuǎn)向響應(yīng)更為直接，在低速行駛或泊車時(shí)轉(zhuǎn)向更靈活。奔馳、寶馬、奧迪、雷克薩斯品牌的高端車型均搭載傳動(dòng)比可變的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，寶馬稱其為主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Active Front Steering，AFS），奧迪稱其為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Audi Dynamic Steering，ADS），豐田稱其為變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Variable-Gear-Ratio Steering，VGRS）。

 

圖3 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

 

2021 年，GB 17675—2021《汽車轉(zhuǎn)向系 基本要求》[93]刪除了“不得裝用全動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)”的規(guī)定，放寬了對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約束。為滿足未來乘用車和商用車智能底盤技術(shù)落地要求，預(yù)計(jì)在2025年、2030年實(shí)現(xiàn)線控轉(zhuǎn)向的滲透率分別達(dá)到5%、30%的目標(biāo)[94]。2023年，工業(yè)和信息化部、教育部、科技部、財(cái)政部、國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局五部門聯(lián)合印發(fā)《制造業(yè)可靠性提升實(shí)施意見》，提出將圍繞制造強(qiáng)國(guó)、質(zhì)量強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略目標(biāo)，聚焦機(jī)械、電子、汽車等重點(diǎn)行業(yè)[95]，汽車行業(yè)重點(diǎn)聚焦線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)、自動(dòng)換擋、電子油門、懸掛系統(tǒng)等線控底盤系統(tǒng)。這一系列的政策意見將促使線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)快速落地。

 

1.2 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過其特殊結(jié)構(gòu)及電氣連接方式，取代傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)及連接方式，其具有以下5項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：

 

（1）整車布置多樣化

 

由于取消了傳統(tǒng)的中間軸，自動(dòng)駕駛狀態(tài)下可以將轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向管柱收起，釋放車內(nèi)空間。人工駕駛狀態(tài)下可將轉(zhuǎn)向盤推出，恢復(fù)傳統(tǒng)的操縱配置，保留原始駕駛樂趣。

 

（2）提高駕乘舒適性

 

汽車在路面狀況差的道路上行駛時(shí)，輪胎顛簸、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)振動(dòng)不會(huì)傳遞到轉(zhuǎn)向盤，有效避免了路面沖擊，提高駕乘舒適性。

 

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向，并可定制轉(zhuǎn)向手感。在低速行駛或駐車狀態(tài)下，可以通過較小的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)較大的車輪轉(zhuǎn)向角度，使轉(zhuǎn)向操作更便捷。相反，在高速行駛時(shí)，可以通過較大的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)相對(duì)較小的車輪轉(zhuǎn)角，增強(qiáng)車輛穩(wěn)定性。

 

（4）提高安全性

 

汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)對(duì)于人體安全保護(hù)至關(guān)重要，目前汽車縱向控制技術(shù)在主動(dòng)安全系統(tǒng)中的應(yīng)用已較為成熟，如在汽車防抱死系統(tǒng)、主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)方面。然而，由于路況、車況以及環(huán)境的多樣性，緊急制動(dòng)雖然能在多數(shù)情況下有效降低車速，但無法完全避免碰撞發(fā)生。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能，與主動(dòng)制動(dòng)相配合，可以在緊急碰撞工況下實(shí)現(xiàn)智能主動(dòng)轉(zhuǎn)向，避免碰撞發(fā)生。

 

（5）多場(chǎng)景應(yīng)用模式

 

由于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用路感電機(jī)來模擬轉(zhuǎn)向手感，駕駛員可以根據(jù)駕駛偏好設(shè)置駕駛模式，如輕便模式、舒適模式、運(yùn)動(dòng)模式。傳統(tǒng)賽車游戲設(shè)備雖有較好的模擬實(shí)車功能，但真實(shí)操控體驗(yàn)較差、設(shè)備占地空間大且不便攜帶，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可使汽車變身游戲房，在車內(nèi)進(jìn)行賽車游戲，減少時(shí)間和空間的約束。

 

1.3 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整車應(yīng)用現(xiàn)狀

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在乘用車市場(chǎng)倍受關(guān)注。2013年，英菲尼迪Q50首次搭載線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，采用機(jī)械式的冗余備份，非真正意義上的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；2022 年以來，吉利汽車與海拉計(jì)劃共同開發(fā)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)解決方案，預(yù)計(jì)于2026 年量產(chǎn)；蔚來汽車與德國(guó)采埃孚將合作開發(fā)線控轉(zhuǎn)向產(chǎn)品；豐田汽車bZ4X 車型搭載日本捷太格特的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)計(jì)劃量產(chǎn)上市，但因法規(guī)問題，目前bZ4X仍然采用了機(jī)械連接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；2023年，長(zhǎng)城的“智慧線控底盤”和特斯拉電動(dòng)多用途貨車均計(jì)劃搭載線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；2023年，上汽大眾、上汽通用、智己汽車均與博世華域合作研發(fā)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，奇瑞汽車也表現(xiàn)出合作意向；2023年之后，紅旗、蔚來均制定搭載線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的計(jì)劃；中汽研標(biāo)準(zhǔn)所和集度、蔚來、吉利組成的標(biāo)準(zhǔn)小組，將共同推動(dòng)制定中國(guó)線控轉(zhuǎn)向的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

 

自2010年前起，各車企就開始線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用研究，近年來更多車企關(guān)注線控轉(zhuǎn)向技術(shù)，并投入研發(fā)搭載線控轉(zhuǎn)向的車型。目前，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)尚未在乘用車市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用。

 

1.4 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制造商的研發(fā)現(xiàn)狀

在國(guó)際轉(zhuǎn)向系統(tǒng)領(lǐng)域，2017 年，美國(guó)耐世特公司啟動(dòng)了“靜默轉(zhuǎn)向盤”和“隨需轉(zhuǎn)向”線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研發(fā)項(xiàng)目，并于2023 年上海車展展出了其創(chuàng)新產(chǎn)品“配備可收縮式轉(zhuǎn)向管柱的線控轉(zhuǎn)向”；2018年，德國(guó)博世公司展示了搭載線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的奧迪A3 樣車，并組織了客戶封閉場(chǎng)內(nèi)試駕活動(dòng)；德國(guó)采埃孚公司計(jì)劃量產(chǎn)針對(duì)固定場(chǎng)景的線控轉(zhuǎn)向產(chǎn)品，如無人出租車和穿梭巴士；2023 年，采埃孚在德國(guó)國(guó)際汽車及智慧出行博覽會(huì)上展示了線控轉(zhuǎn)向產(chǎn)品（包括后輪轉(zhuǎn)向）；2021年，韓國(guó)萬(wàn)都公司發(fā)布了線控轉(zhuǎn)向產(chǎn)品；2023年，德國(guó)舍弗勒集團(tuán)研發(fā)Space Drive 線控技術(shù)和智能后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并與智加科技簽署商用車先進(jìn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)量產(chǎn)合作協(xié)議，預(yù)計(jì)將率先在行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)前裝量產(chǎn)智能重型載貨車線控轉(zhuǎn)向；2023 年，日本捷太格特公司獲得線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整車廠的相關(guān)訂單。

 

圍繞財(cái)政部中心工作，浙江專員辦高度重視部門預(yù)算績(jī)效監(jiān)管工作。轉(zhuǎn)型以來，在工作理念上，牢固樹立了以資金績(jī)效為核心的預(yù)算閉環(huán)監(jiān)管理念。明確提出預(yù)算編制審核—預(yù)算執(zhí)行監(jiān)控—決算編制審查—預(yù)算編制審核的部門預(yù)算閉環(huán)監(jiān)管體系中，資金績(jī)效是監(jiān)管的核心。預(yù)算編制合規(guī)性、科學(xué)性審核，預(yù)算執(zhí)行時(shí)效性、規(guī)范性、安全性監(jiān)控，決算編制全面性、合規(guī)性審查最終服務(wù)于消化存量資金、提升資金績(jī)效和提升預(yù)算執(zhí)行有效性的管理目標(biāo)。

 

在國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)領(lǐng)域，博世華域轉(zhuǎn)向系統(tǒng)公司是目前國(guó)內(nèi)乘用車市場(chǎng)占有率最高的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制造商，其自研的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)搭載了國(guó)產(chǎn)芯片，于2023年在其武漢工廠開展了面向客戶的內(nèi)部場(chǎng)地試駕活動(dòng)，預(yù)計(jì)2025年下半年迎來量產(chǎn)；蜂巢轉(zhuǎn)向系統(tǒng)公司正在研發(fā)的線控轉(zhuǎn)向可支持L3 級(jí)別以上的自動(dòng)駕駛，系統(tǒng)具備雙冗余（10FIT）設(shè)計(jì)；2022 年德科智控展出了一套線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)本土化解決方案，其電機(jī)、電源、通訊、傳感器等模塊均采用冗余設(shè)計(jì)，角度控制精度達(dá)到（±0.5）°，處于行業(yè)領(lǐng)先水平，可實(shí)現(xiàn)高精度智能化控制；2020 年，聯(lián)創(chuàng)電子展示了采用全冗余架構(gòu)的線控轉(zhuǎn)向樣車，該架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)硬件可靠性備份、軟件安全性監(jiān)控以且滿足小于10FIT 的安全要求；英創(chuàng)匯智公司自主研發(fā)了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的冗余電氣架構(gòu)、轉(zhuǎn)向盤執(zhí)行器和前輪執(zhí)行器的算法架構(gòu)；上海拿森科技正研發(fā)面向L4、L5版本的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其線控底盤技術(shù)已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，核心客戶包含長(zhǎng)安深藍(lán)、長(zhǎng)城、北汽等；清車智行2022年發(fā)布了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制組件，包括轉(zhuǎn)向執(zhí)行器和路感協(xié)同執(zhí)行器，并在多款配備線控底盤的實(shí)車上進(jìn)行了標(biāo)定驗(yàn)證；浙江世寶的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正在研發(fā)，有一定的零部件及電控模塊技術(shù)儲(chǔ)備，但目前尚未有產(chǎn)品展出。

 

通過以上分析表明，國(guó)外轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制造商對(duì)線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的研發(fā)起步早，并有相關(guān)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)樣件裝車路試，技術(shù)趨于成熟。中國(guó)本土的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研發(fā)正處于積極推進(jìn)階段，多家企業(yè)已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，為未來高級(jí)別自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

 

2、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

 

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括路感反饋控制、轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制和冗余設(shè)計(jì)。路感反饋控制是指路感執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)駕駛意圖、車輛狀況與路況，實(shí)時(shí)輸出路感反饋力矩指令，并使路感電機(jī)實(shí)時(shí)、精確地執(zhí)行路感反饋力矩指令。轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制是指轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)車輛運(yùn)動(dòng)控制準(zhǔn)則、車輛狀況與路況，實(shí)時(shí)輸出車輪轉(zhuǎn)向角指令，并使轉(zhuǎn)向電機(jī)實(shí)時(shí)、精確地執(zhí)行車輪轉(zhuǎn)向角指令。冗余設(shè)計(jì)是指通過硬件和軟件冗余設(shè)計(jì)，降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效風(fēng)險(xiǎn)。

 

2.1 路感反饋控制

路感反饋控制主要指路感反饋力矩的控制策略，路感反饋力矩一般由主反饋力矩、摩擦、阻尼、慣性補(bǔ)償力矩和主動(dòng)回正力矩組成，是國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)研究的重點(diǎn)（圖4）。

 

圖4 路感反饋力矩策略[4]

 

注：Ff 為輪胎側(cè)向力，im 為轉(zhuǎn)向小齒輪傳動(dòng)比，J為轉(zhuǎn)向電機(jī)慣量系數(shù)，θ 為轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)角，F(xiàn)rack 為齒條力，Th 為轉(zhuǎn)向盤力矩，φsw 為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，φ?sw 為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速，Tm 為路感電機(jī)轉(zhuǎn)矩

 

鄭宏宇等[1-2]提出了基于電機(jī)電流計(jì)算齒條力的綜合路感模擬控制算法，以及基于卡爾曼濾波技術(shù)估計(jì)齒條力的路感模擬控制策略，但其仿真僅在典型試驗(yàn)工況進(jìn)行，并未經(jīng)過實(shí)車驗(yàn)證。李林 通過構(gòu)建擾動(dòng)觀測(cè)器得到與實(shí)際拉壓力傳感器獲取的路面信息相匹配的負(fù)載信號(hào)，根據(jù)負(fù)載信號(hào)構(gòu)建路感反饋力矩。周慶文[4]提出了一種基于轉(zhuǎn)向負(fù)載觀測(cè)的路感反饋力矩方案，觀測(cè)器對(duì)路面真實(shí)情況的觀測(cè)精度和及時(shí)性是影響路感反饋力矩的主要因素，但缺乏對(duì)極端工況的驗(yàn)證和實(shí)車試驗(yàn)。劉彥琳[5]通過電流傳感器得到轉(zhuǎn)向電機(jī)電流等效路面負(fù)載的方法設(shè)計(jì)路感力矩。Su等[6]利用擴(kuò)展擾動(dòng)觀測(cè)器估計(jì)的齒條力獲得路感力矩。

 

以上專家學(xué)者對(duì)路感反饋力矩的構(gòu)建主要基于估算的齒條力。齒條力的變化能夠間接反映輪胎與地面的作用力情況，一定程度上為駕駛員提供了相應(yīng)的觸覺反饋。然而，目前對(duì)于控制策略的驗(yàn)證主要通過仿真和特定工況下實(shí)車試驗(yàn)，難以覆蓋極端復(fù)雜路況，存在一定局限性。

 

徐飛翔[7]以消防救援車輛為研究對(duì)象，構(gòu)建了路感力矩與轉(zhuǎn)向阻力、車速的函數(shù)，提出了基于分?jǐn)?shù)階比例-積分-微分（Proportional-Integral-Derivative，PID）算法的路感控制策略。通過搭建試驗(yàn)臺(tái)架和樣車試驗(yàn)，對(duì)提出的控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證，其研究方法值得借鑒，但消防救援車輛的使用場(chǎng)景有局限性，不適用于一般乘用車的中高速工況。蘇延霞[8]建立了以車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角為變量的路感反饋算法。Liu 等[9]建立了隨車速變化的路感反饋力矩策略，采用PID 和前饋算法控制電機(jī)電流。羅蘭[10]建立了駕駛員轉(zhuǎn)向行為特性辨識(shí)模型來確定駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向增益。通過調(diào)節(jié)路感反饋力矩模型參數(shù)和轉(zhuǎn)向增益，建立了可調(diào)路感反饋控制策略。其建立了駕駛員轉(zhuǎn)向行為特性辨識(shí)模型的方法值得借鑒，但其表征路感特性的特征參數(shù)是通過駕駛模擬器的數(shù)據(jù)獲得，缺乏實(shí)車驗(yàn)證和普適性。從光好[11]利用駕駛員的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)路感力矩模型中的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，并采用單神經(jīng)元自適應(yīng)PID 控制算法對(duì)路感電機(jī)進(jìn)行控制。Zheng 等[12]采用全局靈敏度分析法來識(shí)別力矩反饋模型每個(gè)參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向感的影響程度以提高模型的準(zhǔn)確性。德國(guó)凱澤斯勞滕大學(xué)的Fankem等[13]將轉(zhuǎn)向力矩的計(jì)算模塊化，通過調(diào)節(jié)參數(shù)定制轉(zhuǎn)向路感，通過臺(tái)架試驗(yàn)，并根據(jù)轉(zhuǎn)向力矩梯度、反饋行為和回正能力等標(biāo)準(zhǔn)，客觀評(píng)估路感力矩模擬效果，但仍需進(jìn)行復(fù)雜工況下的仿真和實(shí)車試驗(yàn)。韓國(guó)首爾大學(xué)的Lee 等[14-16]對(duì)參考路感力矩圖的扭矩跟蹤算法進(jìn)行了研究，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)轉(zhuǎn)向力矩，并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真和硬件在環(huán)試驗(yàn)，但缺乏實(shí)車試驗(yàn)。日本捷太格特公司的Hayama等[17]采用了擬合函數(shù)的方法構(gòu)建路感反饋力矩，將路感分為隨轉(zhuǎn)向盤角度、轉(zhuǎn)向電機(jī)電流以及車輛橫擺角速度和側(cè)向加速度變化的3個(gè)部分，但對(duì)復(fù)雜路況的適應(yīng)性還需驗(yàn)證。

 

以上專家學(xué)者建立了基于車輛參數(shù)的多變量路感反饋力矩模型，該模型考慮了車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、可調(diào)參數(shù)等多種變量，通過調(diào)整這些參數(shù)，可獲得不同程度的路感反饋力矩。此方法的控制器設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單且效率高，但其在不同路況條件下路感反饋的真實(shí)性精度較差，駕駛員難以獲得與實(shí)際路面情況相符的反饋。

 

陶偉南[18]分別對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的摩擦、剛度、阻尼以及慣量進(jìn)行建模，搭建了精度較高的車輛參考模型來計(jì)算輪胎的回正力矩。謝立剛等[19]建立線控轉(zhuǎn)向整車模型，根據(jù)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向阻力矩產(chǎn)生的原理，利用動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算目標(biāo)轉(zhuǎn)向阻力矩。其路感力矩的計(jì)算依賴車輛參考模型的準(zhǔn)確性，還需經(jīng)過多工況及實(shí)車驗(yàn)證。韓振楊[20]從整車狀態(tài)觀測(cè)的角度獲取路感模擬算法所需要的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，針對(duì)路面不平度干擾設(shè)計(jì)了濾波算法以改善路感?；诶硐朕D(zhuǎn)向盤力特性規(guī)律，參考傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過助力特性設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)理想路感的方法，對(duì)模擬路感算法進(jìn)行改進(jìn)。王家煒[21]參考傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)反饋力矩的組成，對(duì)線控轉(zhuǎn)向車輛的路感反饋系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，路感力矩部分，針對(duì)不同的路況估計(jì)出轉(zhuǎn)彎剛度，從而使得路況信息反映在自回正力矩中，并在不同工況下進(jìn)行仿真試驗(yàn)，但缺乏多工況下實(shí)車試驗(yàn)。Ma 等[22]在輪胎小片滑動(dòng)扭矩模型的基礎(chǔ)上，考慮了車輪與轉(zhuǎn)向盤間可變扭矩傳動(dòng)比，提出了一種靜態(tài)轉(zhuǎn)向扭矩的估計(jì)方法，對(duì)駐車工況下的轉(zhuǎn)向力矩估計(jì)具有參考意義。Kim等[23]提出了通過車輛動(dòng)力學(xué)建模和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模估計(jì)輪胎與地面之間的扭矩，以此計(jì)算轉(zhuǎn)向扭矩的新模型，并用實(shí)際車輛參數(shù)對(duì)模型估計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。Zhang等[24]結(jié)合車輛動(dòng)力學(xué)建模和基于干擾觀測(cè)器的方法，提出了一種基于卡爾曼濾波器的轉(zhuǎn)向反饋力矩估計(jì)方法，能夠有效提高不同路面工況的力矩估計(jì)精度。美國(guó)斯坦福大學(xué)的Balachandran 等[25]在采用動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算路感力矩的基礎(chǔ)上，深入研究了各參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向操作力感的影響，但實(shí)車驗(yàn)證具有局限性，轉(zhuǎn)向感的判斷標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步研究。日本慶應(yīng)大學(xué)的Yamaguchi等[26]通過動(dòng)力學(xué)模型估計(jì)法對(duì)路感反饋策略進(jìn)行了研究，提出一種基于前輪胎轉(zhuǎn)彎剛度的自適應(yīng)路感控制方法，并進(jìn)行了仿真測(cè)試，但缺乏多路況實(shí)車試驗(yàn)。

 

以上專家學(xué)者通過建立車輛動(dòng)力學(xué)模型在Simulink 與CarSim 聯(lián)合仿真環(huán)境下提出一種路感反饋力矩策略，為了確保該策略的有效性，在特定工況下進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)。然而，此種方法對(duì)模型的準(zhǔn)確性要求高，且未涵蓋多種工況下的試驗(yàn)情況。

 

姜玉瑤[27]提出了以駕駛員在理想操縱狀態(tài)下的人-車-環(huán)境閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來表達(dá)駕駛員理想操縱性能的量化處理方法，建立了基于動(dòng)態(tài)非線性自回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的路感反饋力矩模型。其路感反饋力矩的設(shè)計(jì)和控制方法值得借鑒，但路感反饋力矩對(duì)駕駛員操縱性能影響的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)還需要深入研究及定義。譚光興[28]基于生物免疫原理與模糊理論，設(shè)計(jì)了模糊免疫PID 控制器用于路感模擬，但其僅進(jìn)行了特定工況和車速的仿真驗(yàn)證，還需更多工況和實(shí)車試驗(yàn)。Zhao 等[29]采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和高斯過程回歸建立了路感力矩反饋模型，采用K均值聚類算法對(duì)不同場(chǎng)景下的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進(jìn)行預(yù)聚類，提高模型準(zhǔn)確性。

 

以上專家學(xué)者對(duì)路感反饋力矩策略的研究采用了智能控制算法，此種方法有較大的研究空間，但算法較復(fù)雜，還需配合仿真和實(shí)車試驗(yàn)。

 

武漢科技大學(xué)的趙慧勇[30]采用扭轉(zhuǎn)彈簧、電機(jī)、阻尼器組成新型路感執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使得路感力矩主要由扭轉(zhuǎn)彈簧、阻尼器提供，設(shè)計(jì)了非線性PID 控制算法控制進(jìn)行阻尼器的變阻尼系數(shù)控制，但僅在特定工況下進(jìn)行了仿真，具有一定局限性。這是一種新型的通過改變機(jī)械機(jī)構(gòu)建立路感反饋力矩的方法，目前國(guó)內(nèi)外研究情況較少，具有一定參考價(jià)值。

 

回正力矩是路感反饋力矩的重要組成部分，由于車輛在高附著路面的自回正力矩大，低附著路面的自回正力矩小，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正控制主要解決不同附著路面和復(fù)雜工況下車輛回正問題。回正策略研究，多采用魯棒性較高的滑模控制。Wang等[31]提出一種基于終端滑模控制的路感設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。Sun等[32-33]提出了自適應(yīng)滑?？刂撇呗裕ㄟ^與傳統(tǒng)滑?？刂破骱虷-∞控制器進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了所提出的方案有更強(qiáng)魯棒性。Liang 等[34]也采用了自適應(yīng)滑?？刂苼硖幚硗獠柯窙r等干擾問題。Wang 等[35-37]提出了滑?？刂撇呗?，可使前輪轉(zhuǎn)角快速有效地跟蹤目標(biāo)轉(zhuǎn)角。以上研究對(duì)路感力矩控制策略的驗(yàn)證多利用Simulink與CarSim聯(lián)合仿真，或進(jìn)行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)，或進(jìn)行特定工況下的實(shí)車試驗(yàn)，其結(jié)果具有一定的局限性。整車參數(shù)隨車輛運(yùn)行狀態(tài)、道路環(huán)境情況和駕駛員的操縱實(shí)時(shí)變化，傳感器獲取整車參數(shù)存在一定的時(shí)延，車輛狀態(tài)觀測(cè)器存在一定的誤差，同時(shí)各參數(shù)存在一定耦合性，要實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜路況、復(fù)雜交通環(huán)境下獲得準(zhǔn)確真實(shí)的路感反饋力矩，仍需進(jìn)行大量實(shí)車驗(yàn)證試驗(yàn)。

 

2.2 轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制

轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制主要指變傳動(dòng)比控制，變傳動(dòng)比的研究方法主要有2種：（1）基于橫擺角速度增益；（2）基于橫擺角速度和側(cè)向加速度增益的融合。建立以車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)向器小齒輪轉(zhuǎn)角為變量的變傳動(dòng)比策略（圖5、圖6）。此方法雖能實(shí)現(xiàn)低速轉(zhuǎn)向靈活、高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定的性能，但對(duì)車輛瞬態(tài)轉(zhuǎn)向性能考慮不足，難以應(yīng)對(duì)突發(fā)復(fù)雜的路面狀況。

 

 

圖5 普通模式的變傳動(dòng)比[44]

 

 

 

圖6 運(yùn)動(dòng)模式的變傳動(dòng)比[44]

 

宗長(zhǎng)富等[38]在研究中提出一種依據(jù)不同速度段特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整的設(shè)計(jì)方法。高速段以側(cè)向加速度增益、中速段以橫擺角速度增益、低速段以主觀試驗(yàn)為設(shè)計(jì)依據(jù)。該方法的核心是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向增益與變角傳動(dòng)比的動(dòng)態(tài)調(diào)整，適應(yīng)不同速度下的車輛操縱需求。張建成[39]提出了隨車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角變化的變傳動(dòng)比統(tǒng)一模型，并設(shè)計(jì)了5段變角傳動(dòng)比，分別為：低速、中速、高速、由低速到中速過渡和由中速到高速過渡。楊勝兵[40]提出了以橫擺角速度為系統(tǒng)狀態(tài)識(shí)別變量的變結(jié)構(gòu)模糊變傳動(dòng)比控制，設(shè)計(jì)了變結(jié)構(gòu)模糊變傳動(dòng)比控制器。王俊[41]以橫擺角速度增益值不變?yōu)樵O(shè)計(jì)依據(jù)，利用優(yōu)化后的橫擺角速度增益值確定變角傳動(dòng)比，并利用模糊控制修正變角傳動(dòng)比。山東理工大學(xué)的田爭(zhēng)芳[42]綜合考慮橫擺角速度增益和側(cè)向加速度增益，設(shè)計(jì)了理想角傳動(dòng)比。此類研究大多僅進(jìn)行了典型工況的仿真試驗(yàn)，缺乏實(shí)車試驗(yàn)，存在一定局限性。

 

梁茹飛[43]提出了一種新的帶有力矩增益和位置增益的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)-轉(zhuǎn)角反饋型雙向控制結(jié)構(gòu)，采用曲線型力傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)方法，駕駛員輸入力矩可以直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)向。王祥[44]提出了轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)-位置反饋型雙向控制結(jié)構(gòu)，提出了具有變轉(zhuǎn)向增益的普通模式與運(yùn)動(dòng)模式下的變角傳動(dòng)比設(shè)計(jì)方法。楊莉[45]基于雙向控制算法，設(shè)計(jì)了位置跟隨-力矩反饋型雙向控制策略及力矩跟隨-位置反饋型雙向控制策略。此傳動(dòng)比的研究方法值得借鑒，但僅進(jìn)行了部分路況的實(shí)車試驗(yàn)，具有一定的局限性，同時(shí)，對(duì)低、中、高速的定義還需進(jìn)行深入研究。吳曉東等[46]根據(jù)車輛速度和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，通過補(bǔ)償系數(shù)對(duì)傳動(dòng)比進(jìn)行調(diào)整，并基于車輛橫向偏差、轉(zhuǎn)向角速度、側(cè)向加速度和側(cè)傾角的二次函數(shù)組成的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行仿真，評(píng)估變傳動(dòng)比車輛性能，設(shè)計(jì)了Takagi-Sugeno 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于傳動(dòng)比控制，并在閉環(huán)駕駛員-車輛系統(tǒng)上進(jìn)行了一系列對(duì)比試驗(yàn)，但僅限于特定的試驗(yàn)工況，缺乏實(shí)車試驗(yàn)。重慶理工大學(xué)的朱亮宇[47]采用無跡卡爾曼濾波估計(jì)算法獲取路面附著系數(shù)和汽車質(zhì)心側(cè)偏角參數(shù)，設(shè)計(jì)了不同路面附著系數(shù)、不同車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的變角傳動(dòng)比曲面，并進(jìn)一步研究在不同駕駛條件下行駛時(shí)，不同變角傳動(dòng)比曲面之間的切換方案。此種變傳動(dòng)比的研究方法值得借鑒，但對(duì)估計(jì)模型的精度要求高，路面附著系數(shù)和汽車質(zhì)心側(cè)偏角參數(shù)估計(jì)的準(zhǔn)確性還需進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)。Yuan 等[48]基于模糊控制理論建立了線控轉(zhuǎn)向（Steer-By-Wire，SBW）系統(tǒng)的理想傳動(dòng)比模型，并研究了傳動(dòng)比的影響因素。Yang等[49]提出了基于自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模糊推理的變傳動(dòng)比策略，并進(jìn)行了仿真測(cè)試和硬件在環(huán)試驗(yàn)。Zhang等[50]提出了一種基于泛布爾代數(shù)的變傳動(dòng)比控制策略，并通過仿真與同參數(shù)下模糊控制策略的變傳動(dòng)比相比，其轉(zhuǎn)向靈敏度和操縱性更優(yōu)。Liu 等[51]基于粒子群優(yōu)化算法對(duì)橫擺角速度增益進(jìn)行優(yōu)化，建立了手動(dòng)模式下的變傳動(dòng)比，基于粒子群優(yōu)化算法優(yōu)化不同車速下的傳動(dòng)比值，建立了自動(dòng)模式下的可變傳動(dòng)比，并進(jìn)行了硬件在環(huán)試驗(yàn)。澳大利亞默多克大學(xué)的Wang 等[52]提出了一種自適應(yīng)終端滑?？刂撇呗?，保證了對(duì)參數(shù)不確定性和多工況的魯棒性。韓國(guó)首爾大學(xué)Kim等[53]采用基于電機(jī)位置傳感器的自適應(yīng)滑?？刂撇呗裕员ＷC各工況下齒條位置跟蹤性能，通過仿真和實(shí)車測(cè)試，驗(yàn)證了車輛在干、濕路面及零車速下的齒條位置跟蹤性能。德國(guó)達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)Ewald Volker[54]設(shè)計(jì)了一種基于范數(shù)最小化的動(dòng)態(tài)模型匹配控制器，將SBW系統(tǒng)與液壓助力轉(zhuǎn)向模型的動(dòng)力學(xué)相匹配，并進(jìn)行了臺(tái)架測(cè)試，但缺乏多工況實(shí)車試驗(yàn)。

 

上述研究中，對(duì)于變傳動(dòng)比設(shè)計(jì)的探索主要是基于車輛橫擺角度增益或側(cè)向角速度增益，或兩者的綜合，建立以車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，或以車速、轉(zhuǎn)向器小齒輪轉(zhuǎn)角為變量的變角傳動(dòng)比策略模型，在提升車輛操控性能方面取得了顯著的研究成果。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在多種車型上得到了應(yīng)用。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的普及對(duì)制定有效的主動(dòng)轉(zhuǎn)向策略提出了新的要求，這些策略不僅需要考慮轉(zhuǎn)向性能，還必須與車輛的感知、決策、底盤控制以及動(dòng)力系統(tǒng)等多個(gè)控制子系統(tǒng)進(jìn)行深度融合與協(xié)同工作，保證車輛的穩(wěn)定性和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

 

2.3 冗余設(shè)計(jì)

冗余設(shè)計(jì)主要包括硬件冗余和軟件冗余。硬件冗余指對(duì)易發(fā)生故障的或較為重要的部件提供備份，如傳感器、控制器、電機(jī)、電源（圖7）。軟件冗余是指針對(duì)傳感器、控制器的相關(guān)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)（圖8），并制定故障診斷策略，提升系統(tǒng)整體的冗余度。

 

 

 

圖7 傳感器、電機(jī)、電源冗余架構(gòu)

 

 

圖8 傳感器容錯(cuò)控制框圖[72]

 

注：Mz為前輪回正力矩，δf 為前輪轉(zhuǎn)角，Tα 為作用到轉(zhuǎn)向器小齒輪上的助力矩，y為量測(cè)輸出，fs 為橫擺角速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器及小齒輪軸轉(zhuǎn)角傳感器的故障值，yf 為故障輸出，f?s 為故障估計(jì)值，yft 為信號(hào)重構(gòu)輸出，r(t)為殘差向量，U為控制輸入

 

蔡智凱[55]構(gòu)建了一套由2 臺(tái)相同電機(jī)和2 個(gè)小齒輪轉(zhuǎn)角傳感器構(gòu)成的雙余度轉(zhuǎn)向器，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)角、電流等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與診斷，可隔離故障并切換到單余度工作模式，發(fā)出預(yù)警信息。蔡智凱等[56]提出了包括3 狀態(tài)量多閾值的故障診斷方法，基于3 控制器的故障隔離方法和雙模式報(bào)警方法在內(nèi)的余度管理方法。米峻男[57]提出了余度信息耦合的雙系統(tǒng)雙余度控制架構(gòu)，雙電機(jī)工作時(shí)按固定比例輸出電流，避免力紛爭(zhēng)問題。Yao 等[58]將轉(zhuǎn)向器中2 臺(tái)電機(jī)同軸對(duì)置，用單控制器同時(shí)驅(qū)動(dòng)2 臺(tái)電機(jī)，采用2 個(gè)反饋控制回路來跟蹤公共輸入，2 個(gè)反饋回路之間的角位置誤差使用同步補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償，確保系統(tǒng)的同步性和穩(wěn)定性。何磊[59]設(shè)計(jì)了基于FlexRay 總線的雙電機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)，提出了FlexRay 總線靜態(tài)段與動(dòng)態(tài)段時(shí)間長(zhǎng)度的設(shè)置方法，實(shí)現(xiàn)了FlexRay 總線的應(yīng)用層容錯(cuò)控制策略。Zong 等[60]提出了一種基于FlexRay 總線的雙轉(zhuǎn)向電機(jī)協(xié)調(diào)控制方法。Zou 等[61]設(shè)計(jì)了基于混合H2/H∞魯棒控制理論橫擺角速度控制器，基于交叉耦合控制結(jié)構(gòu)和滑模控制算法的滑模速度同步控制策略。He 等[62]建立了基于電機(jī)模型和自適應(yīng)漸消卡爾曼濾波器的實(shí)時(shí)故障診斷策略，利用診斷結(jié)果判斷角度和力矩反饋控制是否需要修正。潘公宇等[63]提出一種可容錯(cuò)的非奇異固定時(shí)間滑模控制器，以應(yīng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩故障時(shí)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角控制問題。此研究對(duì)電機(jī)的容錯(cuò)控制具有借鑒意義。熊海洋等[64]針對(duì)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)向器，采用主從控制策略，主軸采用速度控制，從軸采用轉(zhuǎn)矩控制，從軸跟隨主軸的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩輸出而運(yùn)動(dòng)。美國(guó)偉世通公司Zheng 等[65]對(duì)2 臺(tái)控制器采用主-從控制策略，主從控制器同時(shí)運(yùn)行，用主控制器的輸出矯正從控制器。主控制器故障時(shí)，從控制器繼續(xù)工作，在控制上避免了2 臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩干涉。韓國(guó)嶺南大學(xué)Hwang Hyeongjin 等[66]提出了一種主從控制下帶擾動(dòng)觀測(cè)器的滑模控制器，以保證對(duì)模型不確定性和外部擾動(dòng)的強(qiáng)大魯棒性。

 

以上專家學(xué)者多對(duì)采用雙電機(jī)的轉(zhuǎn)向器冗余控制進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了仿真和硬件在環(huán)試驗(yàn)，少有進(jìn)行多工況的實(shí)車試驗(yàn)，并且雙電機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的量產(chǎn)成本高，難以普及應(yīng)用。

 

He 等[67]提出了基于分布式處理和異常決策機(jī)制的雙核容錯(cuò)控制系統(tǒng)架構(gòu)。田承偉[68]基于Riccati 方程和自適應(yīng)卡爾曼濾波理論，提出了轉(zhuǎn)向盤模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的狀態(tài)估計(jì)方法和轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的參數(shù)估計(jì)方法，基于三核控制器理論和時(shí)間觸發(fā)機(jī)制的控制器局域網(wǎng)技術(shù)(Time-TriggeredCAN，TTCAN)，構(gòu)建控制器的容錯(cuò)控制軟硬件體系。該研究對(duì)傳感器、電機(jī)及控制器的容錯(cuò)控制具有借鑒意義。孫冰[69]通過無跡卡爾曼濾波算法對(duì)前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行估計(jì)，將估計(jì)值作為前輪轉(zhuǎn)角和相關(guān)傳感器是否發(fā)生故障的評(píng)判指標(biāo)。夏深遠(yuǎn)[70]通過自適應(yīng)無跡卡爾曼濾波算法對(duì)前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行估計(jì)，設(shè)計(jì)了基于殘差與殘差序列的故障診斷策略，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了自適應(yīng)加權(quán)融合的冗余容錯(cuò)策略。Zhang等[71]提出了一種帶有前輪角傳感器的容錯(cuò)模塊的雙向H 控制方法，在傳感器故障時(shí)將前輪角重新配置為參考值和替代值。此類研究對(duì)傳感器的容錯(cuò)控制具有借鑒意義，但仍需進(jìn)行多工況實(shí)車試驗(yàn)。楊沁杰[72]提出了集故障檢測(cè)器、故障估計(jì)器和故障補(bǔ)償器于一體的主動(dòng)容錯(cuò)控制框架。檢測(cè)器檢測(cè)是否發(fā)生故障、估計(jì)器利用檢測(cè)器的殘差來估計(jì)傳感器故障大小和時(shí)變特性、補(bǔ)償器利用故障估計(jì)值和SBW 的故障輸出對(duì)故障傳感器進(jìn)行容錯(cuò)控制。該研究對(duì)傳感器的容錯(cuò)控制具有借鑒意義，但測(cè)試工況較少，具有局限性。Xu 等[73]提出了一種帶有容錯(cuò)模塊的分?jǐn)?shù)階PID 方法控制控制路感電機(jī)轉(zhuǎn)矩，容錯(cuò)模塊用卡爾曼濾波器算法檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器的故障。Bajcinca 等[74]提出了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的車輪摩擦力矩估算策略，并與SBW 控制系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)耦合，以減小傳感器故障率。Huang等[75-76]提出了一種新的基于delta 算子的容錯(cuò)模型預(yù)測(cè)控制策略以應(yīng)對(duì)執(zhí)行器故障。Huang 等[77]提出基于一種混沌粒子群優(yōu)化算法的容錯(cuò)滑模預(yù)測(cè)控制策略，在模型不確定性、擾動(dòng)和執(zhí)行器故障時(shí)有更好的魯棒性和跟蹤性能。

 

以上學(xué)者從軟件冗余角度對(duì)電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）和傳感器冗余進(jìn)行了研究，設(shè)立了各種狀態(tài)觀測(cè)器，包括擾動(dòng)觀測(cè)器和卡爾曼觀測(cè)器。這些方案在控制成本方面展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，并為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了有益參考。

 

3、 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)策略

 

3.1 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

 

上述線控轉(zhuǎn)向關(guān)鍵技術(shù)研究取得了顯著成果和重要突破，但線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)前仍需面對(duì)諸多挑戰(zhàn)。

 

（1）車輛參數(shù)具有動(dòng)態(tài)變化特征，車輛參數(shù)隨車輛運(yùn)行狀態(tài)、道路環(huán)境情況和駕駛員的操縱實(shí)時(shí)變化。傳感器在參數(shù)采集過程中往往伴隨一定時(shí)延，車輛狀態(tài)觀測(cè)器也存在一定誤差，加之各參數(shù)間的耦合性增加了數(shù)據(jù)反饋的難度。因此，確保線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以在復(fù)雜路況、復(fù)雜交通環(huán)境下實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)性和魯棒性，同時(shí)提供準(zhǔn)確、真實(shí)的路感反饋力矩并維持車輛穩(wěn)定性，是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)需克服的挑戰(zhàn)之一。

 

（2）在應(yīng)對(duì)汽車應(yīng)用環(huán)境的廣泛多樣性方面，例如極端溫度、水下環(huán)境、濕滑路面以及苛刻的路面條件等，無機(jī)械連接的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)尤其面臨挑戰(zhàn)。在這些復(fù)雜和極端的工況下，防止系統(tǒng)失效、確保傳感器的準(zhǔn)確性和控制器的穩(wěn)定性、制定有效的冗余容錯(cuò)機(jī)制，是實(shí)現(xiàn)可靠轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

 

（3）為確保系統(tǒng)安全性，必須實(shí)施冗余控制策略，這要求實(shí)現(xiàn)軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)，包括對(duì)傳感器、控制器、電機(jī)數(shù)量的增加或調(diào)整、備用電源的應(yīng)用、新型機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及冗余控制軟件的開發(fā)，這增加了控制研發(fā)和量產(chǎn)成本的難度。

 

（4）駕駛員的駕駛風(fēng)格具有多樣性，這導(dǎo)致了對(duì)轉(zhuǎn)向舒適性和操作便捷性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的差異。需在考慮人因工程的基礎(chǔ)上，制定一套合理的操縱舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)一個(gè)參數(shù)可調(diào)的SBW 系統(tǒng)，適應(yīng)不同駕駛者的需求。

 

（5）隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的進(jìn)步，SBW 系統(tǒng)必須與多種自動(dòng)駕駛控制子系統(tǒng)（如感知、決策、制動(dòng)、動(dòng)力等）實(shí)現(xiàn)深度集成與協(xié)同工作，其系統(tǒng)的復(fù)雜性和可靠性成為關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。

 

3.2 應(yīng)對(duì)策略

 

（1）針對(duì)路感控制的策略

 

由于轉(zhuǎn)向器齒條力的變化可間接反映道路情況?？紤]到安裝拉壓力傳感器直接測(cè)量齒條力成本高的問題，可進(jìn)行齒條力估算，建立基于估算齒條力的路感反饋主力矩，并輔以摩擦、慣量、阻尼補(bǔ)償力矩。同時(shí)建立主動(dòng)回正控制策略，應(yīng)對(duì)車輛行駛過程中的動(dòng)態(tài)變化，目前已有相關(guān)理論成果，并進(jìn)行了典型路況的仿真和實(shí)際道路測(cè)試，但這些成果在應(yīng)對(duì)復(fù)雜且動(dòng)態(tài)變化的道路條件及整車情況時(shí)存在局限性。為克服這些局限，推動(dòng)量產(chǎn)落地，可利用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制造商豐富的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和已有的各類傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性圖譜，建立基于整車調(diào)教和標(biāo)定技術(shù)的路感控制策略。

 

（2）針對(duì)轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制的策略

 

可充分利用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制造商積累的數(shù)據(jù)庫(kù)，基于車輛橫擺角度增益或側(cè)向角速度增益，建立以車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和車速為變量的分速段變角傳動(dòng)比策略?？赏ㄟ^整車調(diào)教和標(biāo)定技術(shù)進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)獲得高、中、低速段的定義。

 

（3）針對(duì)硬件冗余的策略

 

路感執(zhí)行機(jī)構(gòu)可采用集成雙扭矩和雙角度傳感器的配置、一體式雙微控制單元（Microcontroller Unit，MCU）控制器、六相雙繞組電機(jī)。轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)可采用雙角度傳感器、一體式雙MCU 控制器、六相雙繞組電機(jī)。此外，采用雙電源供應(yīng)，除了控制器局域網(wǎng)總線（Controller Area Network，CAN）通訊外，還建立了路感執(zhí)行機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的私CAN通訊。軟件冗余方面，可建立基于各狀態(tài)觀測(cè)器的容錯(cuò)控制策略。雖然僅采用單個(gè)六相雙繞組電機(jī)，但這種設(shè)計(jì)確保了在傳感器一路信號(hào)或任一ECU 發(fā)生故障時(shí)，仍能保持50%的動(dòng)力輸出，并且成本價(jià)格低，利于實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

 

4、 結(jié)束語(yǔ)

 

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)屬于自動(dòng)駕駛的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能依賴于上游控制算法的準(zhǔn)確性與及時(shí)性，并且需要電機(jī)及時(shí)準(zhǔn)確地執(zhí)行指令。控制算法的適應(yīng)性、穩(wěn)定性和可靠性是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)揮其性能的關(guān)鍵。路感反饋和轉(zhuǎn)向執(zhí)行策略的制定對(duì)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和整車動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確度要求高，同時(shí)，車輛在行駛過程中受多種不確定性因素影響，如路面附著系數(shù)、駕駛員極端操作、風(fēng)力、路面狀況，雖然多種控制方法（如PID 控制、模糊控制，智能控制）能夠提高車輛的操縱穩(wěn)定性，但不能完全解決外界不確定性因素的干擾問題。為確保線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全可靠性制定的故障診斷和冗余容錯(cuò)控制方案，面臨研發(fā)投入大，量產(chǎn)成本高的問題。因此，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)離量產(chǎn)落地尚需時(shí)日。

 

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車的行駛安全性和穩(wěn)定性，不能僅依賴轉(zhuǎn)向功能，還需線控油門、線控制動(dòng)和線控懸架等功能共同發(fā)揮作用。目前，國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛供應(yīng)商的研究領(lǐng)域相對(duì)單一，具有全棧能力的機(jī)構(gòu)較少，具備全棧能力和執(zhí)行機(jī)構(gòu)批產(chǎn)能力的廠商更為罕見。此外，底盤各系統(tǒng)制造商較為分散，整合匹配成本高，各系統(tǒng)的功能優(yōu)化目標(biāo)有所差異，迫使決策效果失配，各系統(tǒng)執(zhí)行部件獨(dú)立受控，導(dǎo)致整體協(xié)調(diào)控制失穩(wěn)。

 

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)作為線控底盤的一部分，通過整車底盤垂向控制、縱向控制、橫向控制進(jìn)行融合控制，提高各線控機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)作用，提升智能化水平。雖然線控底盤的研發(fā)和量產(chǎn)面臨諸多挑戰(zhàn)，但其仍是未來發(fā)展的科研方向。

 

來源：期刊《汽車文摘》作者：王國(guó)超， 高森祺  博世華域轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限公司