汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(技術(shù))的工作原理、組成和功能介紹

汽車線控轉(zhuǎn)向技術(shù)取消了傳統(tǒng)方向盤與方向盤之間的機械連接，擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的局限性。線控轉(zhuǎn)向技術(shù)可以通過數(shù)據(jù)總線傳輸信號，并從轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)獲得反饋指令。由于取消了轉(zhuǎn)向柱等機械連接，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)可以大大提高汽車的安全行駛性能，防止交通事故中轉(zhuǎn)向柱對駕駛員的傷害。此外，該技術(shù)可以在轉(zhuǎn)彎或停車時減小方向盤的轉(zhuǎn)動角度，獲得更好的直行駕駛體驗。在駕駛過程中，通過仿真生成駕駛員的道路體驗，方向盤提供的信息更加準確，能夠有效反饋駕駛路況。汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基本原理。汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行器總成和主控制器(ECU)三個主要部分，以及自動故障處理系統(tǒng)、電源等輔助系統(tǒng)組成，如圖1所示。圖1汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方向盤總成的主要作用是將駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖(通過測量方向盤角度)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并傳送給主控制器；同時接收來自主控制器的扭矩信號，產(chǎn)生方向盤定位扭矩，為駕駛員提供相應的路感信息。方向盤組件包括方向盤、方向盤角度傳感器、扭矩傳感器和方向盤定位扭矩電機。轉(zhuǎn)向執(zhí)行器總成的作用是接受主控制器的命令，通過轉(zhuǎn)向電機控制器控制方向盤轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。轉(zhuǎn)向致動器組件包括前輪角度傳感器、轉(zhuǎn)向致動器馬達、轉(zhuǎn)向馬達控制器和前輪轉(zhuǎn)向組件。主控制器(ECU)的作用是對采集的信號進行分析處理，判斷車輛的運動狀態(tài)，向方向盤扶正器和轉(zhuǎn)向電機發(fā)出指令，控制兩個電機的工作，保證車輛在各種工況下的理想響應，從而減輕駕駛員對車輛轉(zhuǎn)向特性隨車速變化的補償任務，減輕駕駛員的負擔。同時，控制器還可以識別駕駛員的操作指令，判斷駕駛員在當前狀態(tài)下的轉(zhuǎn)向操作是否合理。當汽車處于不穩(wěn)定狀態(tài)或駕駛員發(fā)出錯誤指令時，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會屏蔽駕駛員的錯誤轉(zhuǎn)向操作，自動控制穩(wěn)定性，使汽車盡快恢復穩(wěn)定狀態(tài)。自動故障處理系統(tǒng)是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要模塊。包括一系列的監(jiān)控和執(zhí)行算法，根據(jù)不同的故障形式和故障等級做出相應的處理，最大限度的保持汽車的正常運行。作為應用最廣泛的汽車之一，汽車的安全性是首要考慮的問題，也是所有研究的基礎，因此自動故障檢測和自動處理是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的組成部分之一。它采用了嚴格的故障檢測和處理邏輯，大大提高了汽車的安全性能。供電系統(tǒng)負責控制器、兩個執(zhí)行電機等車載電器的供電任務，其中僅前輪轉(zhuǎn)角的執(zhí)行電機最大功率就達到500 ~ 800 W，車上其他電子設備供電負擔較重。因此，電源的性能對于保證電網(wǎng)在重負荷下的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。2.線控轉(zhuǎn)向的原理。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車主動安全性的關(guān)鍵總成。傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一個機械系統(tǒng)，汽車的轉(zhuǎn)向運動是由駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器和一系列連桿傳遞給方向盤來實現(xiàn)的。汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了方向盤與方向盤之間的機械連接，完全依靠電能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向

傳感器用于檢測駕駛員的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)總線將信號傳輸?shù)杰囕v上的ECU，并從轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)得到反饋指令。轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)還從轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)獲得駕駛員的轉(zhuǎn)向命令，并從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)獲得車輪狀況。從而引導整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運動。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制車輪轉(zhuǎn)向所需的角度，并將車輪角度和扭矩反饋給系統(tǒng)的其余部分，如轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)，使駕駛員獲得路感，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)根據(jù)不同情況控制路感。圖2線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)II的工作原理。汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點。提高汽車的安全性能。拆除轉(zhuǎn)向柱等機械連接，徹底避免碰撞事故中轉(zhuǎn)向柱對駕駛員的傷害；智能ECU根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)判斷駕駛員的操作是否合理，并做出相應的調(diào)整；它能自動控制汽車在極限工況下的穩(wěn)定性。當系統(tǒng)中的電子元件出現(xiàn)故障時，由于冗余和容錯技術(shù)，系統(tǒng)仍然可以實現(xiàn)其最基本的轉(zhuǎn)向功能。2.改善駕駛特性，增強機動性?；谲囁?、牽引力控制等相關(guān)參數(shù)的轉(zhuǎn)向比(方向盤轉(zhuǎn)角與車輪轉(zhuǎn)角的比值)是不斷變化的。低速行駛時，轉(zhuǎn)向比低，轉(zhuǎn)彎或停車時可減小方向盤轉(zhuǎn)角；高速行駛時，轉(zhuǎn)向比變大，獲得更好的直線行駛條件。3.提高駕駛員的路感。由于方向盤與方向盤之間的元機械連接，駕駛員的路感是通過仿真產(chǎn)生的?？梢詮男盘栔刑岢鲎钅芊从称噷嶋H行駛狀態(tài)和路況的信息，作為方向盤定位力矩的控制變量，使方向盤只能向駕駛員提供有用的信息，從而為駕駛員提供更真實的“路感”。4.提高汽車的舒適性。因為取消了機械結(jié)構(gòu)連接，地面的不平和方向盤的不平衡不會傳遞到轉(zhuǎn)向軸上。從而減輕駕駛員的疲勞，并明顯增加駕駛員腿部的活動空間和汽車底盤的空間。5.個性化設置?？梢愿鶕?jù)駕駛員的要求設定轉(zhuǎn)向傳動比和方向盤反饋扭矩，以滿足不同駕駛員的要求，適應不同的駕駛環(huán)境。與轉(zhuǎn)向相關(guān)的駕駛行為可以通過軟件設置和實現(xiàn)。