基於線控轉向的汽車轉向係統技術研究
科技專論
作者：劉中義
【摘要】本文圍繞汽車線控轉向係統中的關鍵技術、汽車線控轉向係統的構成、汽車線控轉向係統的工作原理三大方麵展開討論，對基於線控轉向的汽車轉向係統技術進行了簡單的闡述。
【關鍵詞】汽車；線控技術；轉向技術；電子信息化
航空是線控技術的最初應用領域，隨著該技術的不斷成熟，國外大部分汽車製造廠商也開始在線控技術方麵有所研究。汽車中所運用的線控技術，是指用電機係統來替代純機械或液壓、氣動係統的零部件。線控技術在汽車中的應用，加速了車輛電子化的發展。隨著汽車電子化的發展，汽車中傳統的零部件都將逐漸被電子零件取代。未來幾年，我國對於線控係統的研究焦點將集中在傳動係統、轉向係統、製動係統等方麵，筆者就線控轉向係統的發展和應用進行了一係列闡述。
線控轉向技術是汽車轉向係統發展過程中的最新技術。其工作原理主要是通過控製信號來對汽車方向盤與轉向輪進行連接，這種電子化連接方式成功突破了以往齒輪齧合的機械連接方式，且轉向係統的傳動比可以通過軟件來進行設置。
一、汽車線控轉向係統中的關鍵技術
1、方向盤力感模擬技術
在傳統的汽車轉向係統中，駕駛員必須通過克服回正力矩及摩擦力矩來實現轉向這一動作。其中，回正力矩所對應的的是前輪側向力，它可以使駕駛員手上發出的力與汽車的運動情況相關聯，增強駕駛員的路麵感應。因此，駕駛員可以通過方向盤所帶來的路麵感應信息來判斷汽車目前的運動狀態。在線控轉向係統方向盤的力度感應設計過程中可以忽略係統的幹摩擦力，通常采用基於經驗的汽車轉向係統回正力矩計算模型，通過駕駛員的人為判斷來確定經驗模型中的數據。由於這種方式簡單便捷，可操作性強，因此廣泛被線控轉向係統所采用。現代汽車技術發展的主要象征是越來越多的汽車零部件采用電控技術。汽車電控技術的實現主要依靠傳感器對於信息的收集和反饋。因此傳感器的質量和科技程度將會直接影響整個汽車電控係統的在性能及功能方麵的發展情況。
2、容錯技術
隨著我國法律製度的不斷健全，線控轉向係統所需滿足的要求也隨之增加。它不僅需實現良好的性能和使用功能，還必須確保其具有高度的安全性和可靠性。線控轉向係統不再使用方向盤和轉向輪之間的機械連接方式，而是完全依賴於電子元件來實現轉向技術，因此必須采用相應的容錯措施來提高其安全性。容錯技術主要是通過備件來實現的，當汽車中某個零件發生故障時，其相應的備件部分就會開始發揮其替代功能。
汽車容錯控製係統主要是由測量模塊、故障容錯分析模塊、指令執行模塊和故障處理模塊幾部分構成。故障容錯分析模塊可以及時探測到控製係統中存在的故障，並將故障部位分離出來，判斷故障類別、嚴重程度、發生時間，在此基礎上作出相應的處理決策。故障處理模塊可以給予故障檢測結果來判斷被控製對象的參數變化情況，並采取相應的控製措施。這兩個模塊之間互相配合，成為汽車容錯控製係統中的關鍵部分。
3、總線技術
線控技術在汽車中的全方位應用代表著汽車技術由機械化向電子化的轉變。相對於傳統的機械控製技術來說，線控技術對於網絡穩定性及可靠性方麵的要求較高，且部分線控配件的功能實現需要依靠備件來完成，以此來保障故障發生後係統的正常運行。這些功能對於線控網絡數據傳送的實時性提出了較高的要求。事實上，大部分知名汽車製造商早在80年代初就開始投入汽車總線技術的研究工作了，隨著汽車總線技術的不斷發展和更新，越來越多的汽車總線標準出台，在總線技術上所研發的汽車線控轉向技術將以往的機械轉向係統完全轉變為通過電信總線路連接的電氣係統，高度實現了現代汽車轉向係統的信息化、網絡化、智能化。
二、汽車線控轉向係統的構成
汽車線控轉向係統由方向盤係統、轉向執行係統和主控製器三個部分構成，除此之外還包括自動防故障係統及電源係統。
1、方向盤係統
方向盤係統是由方向盤、方向盤轉角傳感器、力矩傳感器、方向盤回正力矩電機幾個部分構成。方向盤係統可以根據駕駛員對方向盤的操作方式判斷其操作意圖，並將其轉換為數字信號傳遞給主控製器，與此同時，方向盤係統也會接收主控製器輸出的力矩信號，在此基礎上形成方向盤回正力矩，為駕駛員提供相應的道路感應信號。轉向執行係統由前輪轉角傳感器、轉向執行電機、轉向電機控製係統、前輪轉向零件等部分構成。轉向執行係統的功能是用來接收主控製器輸出的控製指令，並通過轉向電機控製器的控製將駕駛員的駕駛意圖傳遞至主控製器，以此來實現車輪的轉動。