1、车辆电子控制技术讲授内容讲授内容：第九章：第九章 转向控制转向控制（第（第2 2课）课）主主 讲讲 人人：鲁植雄：鲁植雄 教授教授车辆电子控制技术车辆电子控制技术课件课件2022年8月14日星期日Email：luzxnjau.eduQQ：1607357229车辆电子控制技术车辆电子控制技术22022年年8月月14日星期日日星期日本章内容安排第九章 转向控制第第1 1课课 电动助力转向电动助力转向控制控制第第2 2课课 线控转向线控转向第第3 3课课 四轮转向控四轮转向控制制车辆电子控制技术车辆电子控制技术32022年年8月月14日星期日日星期日一、线控转向系统的功用一、线控转向系统的功用二、线
2、控转向系统的组成二、线控转向系统的组成三、线控转向系统的工作原理三、线控转向系统的工作原理四、线控转向系统的结构特点四、线控转向系统的结构特点五、对硬件的功能要求五、对硬件的功能要求六、线控转向系统所需模块六、线控转向系统所需模块七、线控转向系统的统控制策略七、线控转向系统的统控制策略本节课的主要内容第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术42022年年8月月14日星期日日星期日u 汽车线控转向系统（汽车线控转向系统（Steering By Wire SystemSteering By Wire System，简写，简写SBWSBW）取消了转向盘与）取消了转向盘与转向轮
3、之间的机械连接，完全摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以给转向轮之间的机械连接，完全摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以给自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间，是汽车转向系统的重大革新。汽车线汽车转向特性的设计带来无限的空间，是汽车转向系统的重大革新。汽车线控转向系统是汽车转向方面最为先进和最前沿的技术之一。控转向系统是汽车转向方面最为先进和最前沿的技术之一。u 第一，满足了汽车智能化发展的需要。第一，满足了汽车智能化发展的需要。u 汽车智能化一直是人们追求的目标
4、，线控转向系统的转向控制单元可以接受汽车智能化一直是人们追求的目标，线控转向系统的转向控制单元可以接受汽车上其他传感器的信号，这样它就可以知道整个汽车的运动状态，当出现汽车上其他传感器的信号，这样它就可以知道整个汽车的运动状态，当出现紧急或意外情况时，线控转向系统就能够在驾驶员之前开始采取相应的动作紧急或意外情况时，线控转向系统就能够在驾驶员之前开始采取相应的动作以避免意外事故的发生。以避免意外事故的发生。一、线控转向系统的功用第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术52022年年8月月14日星期日日星期日u 第二，提高了汽车的操纵稳定性。第二，提高了汽车的操纵稳定性。
5、u 在前轮转向控制方面可以实现传动比的任意设置，并对车速变化的参数进行在前轮转向控制方面可以实现传动比的任意设置，并对车速变化的参数进行补偿，使汽车转向特性不随车速变化。从而将传统人补偿，使汽车转向特性不随车速变化。从而将传统人-车闭环系统中驾驶员车闭环系统中驾驶员负担的部分工作由控制器完成，减轻驾驶员的负担，提高了汽车系统对驾驶负担的部分工作由控制器完成，减轻驾驶员的负担，提高了汽车系统对驾驶员转向输入的响应和人员转向输入的响应和人-车闭环系统的主动安全性。线控转向系统可以通过车闭环系统的主动安全性。线控转向系统可以通过前轮转向的控制，实现直接横摆力矩控制前轮转向的控制，实现直接横摆力矩控制
6、(Direct Yaw Moment Control(Direct Yaw Moment Control，DYC)DYC)系统的功能，达到更为理想的效果，且可以与其他主动安全设备，如汽系统的功能，达到更为理想的效果，且可以与其他主动安全设备，如汽车防抱死制动系统车防抱死制动系统(ABS)(ABS)、汽车动力学控制、防碰撞、单个车轮转向、轨道、汽车动力学控制、防碰撞、单个车轮转向、轨道跟踪、自动侧向导航以及自动驾驶等功能相结合，从而实现对汽车的整体控跟踪、自动侧向导航以及自动驾驶等功能相结合，从而实现对汽车的整体控制，提高汽车整体稳定性。制，提高汽车整体稳定性。一、线控转向系统的功用第2课 线控
7、转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术62022年年8月月14日星期日日星期日u 第三，改善驾驶员的路感。第三，改善驾驶员的路感。u 由于转向盘和转向车轮之间无机械连接，驾驶员由于转向盘和转向车轮之间无机械连接，驾驶员“路感路感”通过模拟生成。在通过模拟生成。在回正力矩控制方面可以从信号中提出最能够反映汽车实际行驶状态和路面状回正力矩控制方面可以从信号中提出最能够反映汽车实际行驶状态和路面状况的信息，作为转向盘回正力矩的控制变量，使转向盘仅仅向驾驶员提供有况的信息，作为转向盘回正力矩的控制变量，使转向盘仅仅向驾驶员提供有用信息，从而为驾驶员提供更为真实的用信息，从而为驾驶员提供更
8、为真实的“路感路感”。一、线控转向系统的功用第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术72022年年8月月14日星期日日星期日u 汽车线控转向系统结构如图汽车线控转向系统结构如图4 43232所示，可以分为以下几个主要部分：转向所示，可以分为以下几个主要部分：转向盘系统、电子控制单元盘系统、电子控制单元(ECU)(ECU)、转向执行系统以及自动防故障系统、电源等、转向执行系统以及自动防故障系统、电源等辅助系统。辅助系统。二、线控转向系统的组成第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术82022年年8月月14日星期日日星期日二、线控转向系统的组成第2课
9、 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术92022年年8月月14日星期日日星期日1 1转向盘系统转向盘系统u 转向盘系统包括转向盘、转向盘转角传感器、转矩传感器、路感电动机。转转向盘系统包括转向盘、转向盘转角传感器、转矩传感器、路感电动机。转向盘系统的主要功能是将驾驶员的转向意图向盘系统的主要功能是将驾驶员的转向意图(通过测量转向盘转角通过测量转向盘转角)转换成数转换成数字信号，并传递给电子控制单元；同时接受电子控制单元送来的力矩信号，字信号，并传递给电子控制单元；同时接受电子控制单元送来的力矩信号，产生转向盘回正力矩，以提供给驾驶员相应的路感信息。产生转向盘回正力矩，以提供
10、给驾驶员相应的路感信息。2 2转向执行系统转向执行系统u 转向执行系统包括前轮转角传感器、转向电动机、转向电动机控制器和前轮转向执行系统包括前轮转角传感器、转向电动机、转向电动机控制器和前轮转向组件等。转向执行系统的功能是接受电子控制单元的命令，通过转向电转向组件等。转向执行系统的功能是接受电子控制单元的命令，通过转向电动机控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。动机控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。二、线控转向系统的组成第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术102022年年8月月14日星期日日星期日3 3电子控制单元电子控制单元u 电子控制单元对采集的信号进行
11、分析处理，判别汽车的运动状态，向转向盘路感电子控制单元对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向转向盘路感电动机和转向电动机发送指令，控制两个电动机的工作，保证各种工况下都具有电动机和转向电动机发送指令，控制两个电动机的工作，保证各种工况下都具有理想的汽车响应，以减少驾驶员对汽车转向特性随车速变化的补偿任务，减轻驾理想的汽车响应，以减少驾驶员对汽车转向特性随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担。同时控制单元还可以对驾驶员的操作指令进行识别，判定在当前状态驶员负担。同时控制单元还可以对驾驶员的操作指令进行识别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。下驾驶员的转向操作是否合理。u 当汽车处
12、于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时，电子转向系统会将驾驶员错误当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时，电子转向系统会将驾驶员错误的转向操作屏蔽，而自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。的转向操作屏蔽，而自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。二、线控转向系统的组成第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术112022年年8月月14日星期日日星期日4 4自动防故障系统自动防故障系统u 自动防故障系统是线控转向系统的重要模块，它包括一系列的监控和实施算自动防故障系统是线控转向系统的重要模块，它包括一系列的监控和实施算法，针对不同的故障形式和故障等级做出相应的
13、处理，以求最大限度的保持法，针对不同的故障形式和故障等级做出相应的处理，以求最大限度的保持汽车正常行驶。作为应用最广泛的交通工具之一，汽车的安全性是必须首先汽车正常行驶。作为应用最广泛的交通工具之一，汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是电子转考虑的因素，是一切研究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是电子转向系统最重要的组成系统之一。它采用严密的故障检测和处理逻辑，以更大向系统最重要的组成系统之一。它采用严密的故障检测和处理逻辑，以更大地提高汽车安全性能。地提高汽车安全性能。二、线控转向系统的组成第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆
14、电子控制技术122022年年8月月14日星期日日星期日5 5电源系统电源系统u 电源系统承担着控制单元、两个转向电动机以及其他车用电器的供电任务，电源系统承担着控制单元、两个转向电动机以及其他车用电器的供电任务，其中仪前轮转角转向电动机的最大功率就有其中仪前轮转角转向电动机的最大功率就有500500800W800W，加上汽车上的其他，加上汽车上的其他电子设备，电源的负担已经相当沉重。所以要保证电网在大负荷下稳定工作，电子设备，电源的负担已经相当沉重。所以要保证电网在大负荷下稳定工作，电源的性能就显得十分重要。在电源的性能就显得十分重要。在42V42V供电系统中这个问题将得到圆满的解决。供电系统
15、中这个问题将得到圆满的解决。二、线控转向系统的组成第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术132022年年8月月14日星期日日星期日u 汽车线控转向类型：分别调节式、整体调节汽车线控转向类型：分别调节式、整体调节式。式。u 分别调节式指两个转向轮各有一个计算机控分别调节式指两个转向轮各有一个计算机控制独立驱动的轮毂电动机分别安装在汽车轮制独立驱动的轮毂电动机分别安装在汽车轮毂内，省略传统汽车复杂的机械传动系统，毂内，省略传统汽车复杂的机械传动系统，机构简单，最大限度地缩短动力传输路线，机构简单，最大限度地缩短动力传输路线，从而有效地实现了节能。从而有效地实现了节能。u
16、整体调节式指保留原有的机械传动机构，由整体调节式指保留原有的机械传动机构，由一个计算机控制下的转向电动机作为动力源。一个计算机控制下的转向电动机作为动力源。由于整体调节式具有对传统结构的继承性好、由于整体调节式具有对传统结构的继承性好、结构简单、控制方便等特点，因此主要介绍结构简单、控制方便等特点，因此主要介绍整体调节式线控转向系统。整体调节式线控转向系统。二、线控转向系统的组成第2课 线控转向第九章 转向控制线控转向系统整体调节式结构示意图车辆电子控制技术车辆电子控制技术142022年年8月月14日星期日日星期日u 当转向盘转动时，转矩传感器和转向角传感器将测量到的驾驶员转矩和转向当转向盘转
17、动时，转矩传感器和转向角传感器将测量到的驾驶员转矩和转向盘的转角转变成电信号输入到电子控制单元，电子控制单元依据车速传感器盘的转角转变成电信号输入到电子控制单元，电子控制单元依据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转方向，并根据转向力模拟、生成反馈转矩，控制转向电动机的旋转方向、转方向，并根据转向力模拟、生成反馈转矩，控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转的角度，通过机械转向装置控制转向轮的转向位置，使汽车沿矩大小和旋转的角度，通过机械转向装置控制转向轮的转向位置，使汽车沿着驾驶员所期望的
18、轨迹行驶。着驾驶员所期望的轨迹行驶。三、线控转向系统的工作原理第2课 线控转向第九章 转向控制汽车线控转向系统的工作原理图车辆电子控制技术车辆电子控制技术152022年年8月月14日星期日日星期日u 汽车线控转向系统与其他转向系统相比，具有以下结构特点：汽车线控转向系统与其他转向系统相比，具有以下结构特点：u(1)(1)取消了转向盘和转向车轮之间的机械连接，通过软件协调它们之间的运取消了转向盘和转向车轮之间的机械连接，通过软件协调它们之间的运动关系，因而取消了它们之间的机械约束和干涉，使之可以相对独立运动，动关系，因而取消了它们之间的机械约束和干涉，使之可以相对独立运动，因而可以实现传动比的任
19、意设置，可以根据车速和驾驶员喜好通过程序根据因而可以实现传动比的任意设置，可以根据车速和驾驶员喜好通过程序根据汽车的行驶工况实时设置传动比。同时还可以从信号中提出最能够反映汽车汽车的行驶工况实时设置传动比。同时还可以从信号中提出最能够反映汽车行驶状态的信息，作为转向盘回正力矩的控制变量，使转向盘仅仅提供驾驶行驶状态的信息，作为转向盘回正力矩的控制变量，使转向盘仅仅提供驾驶员有用信息，以减轻驾驶员的体力和脑力负荷，提高员有用信息，以减轻驾驶员的体力和脑力负荷，提高“人人-车闭环系统车闭环系统”对对道路的跟踪特性。同时由于减少了机构部件数量，而减少了从执行机构到转道路的跟踪特性。同时由于减少了机构
20、部件数量，而减少了从执行机构到转向车轮之问的传递过程，使系统惯性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都向车轮之问的传递过程，使系统惯性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低，从而使系统的响应速度和响应的准确性得以提高。得以降低，从而使系统的响应速度和响应的准确性得以提高。四、线控转向系统的结构特点第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术162022年年8月月14日星期日日星期日u(2)(2)线控转向系统采用了软件控制，因而可以把转向系统与其他主动安全设线控转向系统采用了软件控制，因而可以把转向系统与其他主动安全设备如防抱死制动系统、汽车动力学控制、防碰撞、轨道跟踪、自动
21、导航以及备如防抱死制动系统、汽车动力学控制、防碰撞、轨道跟踪、自动导航以及自动驾驶等功能相结合，实现对汽车的整体控制，提高汽车整体稳定性，且自动驾驶等功能相结合，实现对汽车的整体控制，提高汽车整体稳定性，且实现了实现了ITSITS中的汽车辅助转向功能。中的汽车辅助转向功能。u(3)(3)线控转向系统在实现上述操作性能上的突破的同时也带来了可观的经济线控转向系统在实现上述操作性能上的突破的同时也带来了可观的经济性和环境效益。性和环境效益。四、线控转向系统的结构特点第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术172022年年8月月14日星期日日星期日u(4)(4)线控转向系统是
22、通过一个通用的执行器来调整转向的。要对汽车转向的线控转向系统是通过一个通用的执行器来调整转向的。要对汽车转向的动力性进行调整，必须使用一个转角传感器，这并不影响转向盘对车轮的快动力性进行调整，必须使用一个转角传感器，这并不影响转向盘对车轮的快速调整。另一方面，一个力矩传感器也是必须的，它将对汽车转向的调整和速调整。另一方面，一个力矩传感器也是必须的，它将对汽车转向的调整和自动驾驶起重要作用。因此，驾驶员通过提供到转向盘的力矩知道正确的方自动驾驶起重要作用。因此，驾驶员通过提供到转向盘的力矩知道正确的方向，并通过进一步的引导控制系统来进行评估。向，并通过进一步的引导控制系统来进行评估。u(5)(
23、5)与与“电子驾驶电子驾驶”和和“电子停车电子停车”一起，提供了把它们实际化的条件，并一起，提供了把它们实际化的条件，并且把动力性和汽车控制统一到一个系统中。且把动力性和汽车控制统一到一个系统中。u(6)(6)对汽车生产商的好处。传统转向系统中转向柱安装要求提供足够的空间对汽车生产商的好处。传统转向系统中转向柱安装要求提供足够的空间(左手或右手驾驶左手或右手驾驶)，而线控转向严格地控制了转向柱在发动机间隔内的自由，而线控转向严格地控制了转向柱在发动机间隔内的自由度，表明了机械式的转向柱不能很好地利用发动机的空间。度，表明了机械式的转向柱不能很好地利用发动机的空间。四、线控转向系统的结构特点第2
24、课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术182022年年8月月14日星期日日星期日u 1.1.良好的操纵性良好的操纵性u 转向必须灵活、平顺，具有良好的随动性，能够安全行驶在狭窄、连续拐弯转向必须灵活、平顺，具有良好的随动性，能够安全行驶在狭窄、连续拐弯的弯道上。的弯道上。u 能够实现驾驶员对汽车的有效控制，合理的使用辅助转向系统，切实减轻驾能够实现驾驶员对汽车的有效控制，合理的使用辅助转向系统，切实减轻驾驶员负担，使汽车获得良好的转向响应特性，使整车在操纵、安全等方面的驶员负担，使汽车获得良好的转向响应特性，使整车在操纵、安全等方面的性能达到最优。性能达到最优。五、对硬件
25、的功能要求第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术192022年年8月月14日星期日日星期日2.2.合适的转向力与路感合适的转向力与路感u 汽车在不同速度条件下，转动转向盘的力矩应该不同，线控转向系统能满足汽车在不同速度条件下，转动转向盘的力矩应该不同，线控转向系统能满足在停车或者低速条件下，转动转向盘不太费力，而在高速行驶时又不能因转在停车或者低速条件下，转动转向盘不太费力，而在高速行驶时又不能因转向力过小而产生向力过小而产生“发飘发飘”的感觉。的感觉。u 即：转向盘力矩的大小可以随车速变化而变化，能使驾驶员清楚的感觉到转即：转向盘力矩的大小可以随车速变化而变化，能使
26、驾驶员清楚的感觉到转向过程中转向盘偏离向过程中转向盘偏离“中间转向区中间转向区”的位置大小，以满足汽车好的直线行驶的位置大小，以满足汽车好的直线行驶稳定性以及高速行驶时的稳定性以及高速行驶时的“路感路感”，在进行转向操作后，转向盘要能适当的，在进行转向操作后，转向盘要能适当的自动回止到直线行驶状态，回正过程要求平稳，残留角速度应尽可能小，从自动回止到直线行驶状态，回正过程要求平稳，残留角速度应尽可能小，从路面上传来的冲击应该能够模拟传递到转向盘上，使驾驶员能获得真实的路路面上传来的冲击应该能够模拟传递到转向盘上，使驾驶员能获得真实的路面面“路感路感”信息，对无效的转向冲击予以屏蔽，使驾驶员感觉
27、舒适。信息，对无效的转向冲击予以屏蔽，使驾驶员感觉舒适。五、对硬件的功能要求第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术202022年年8月月14日星期日日星期日3.3.电子系统灵敏的响应特性与较好的可靠性电子系统灵敏的响应特性与较好的可靠性u 由于线控转向系统取消了转向柱与转向盘之间的机械连接，能够实现通过电由于线控转向系统取消了转向柱与转向盘之间的机械连接，能够实现通过电线、信号及微型计算机控制的转向任务，因此，必须保证线控转向系统对驾线、信号及微型计算机控制的转向任务，因此，必须保证线控转向系统对驾驶员的指令反应迅速，响应准确、及时，保证线控转向系统在任何复杂工况驶员
28、的指令反应迅速，响应准确、及时，保证线控转向系统在任何复杂工况下均能安全、可靠的工作，当电线、信号及微型计算机控制的转向系统失效下均能安全、可靠的工作，当电线、信号及微型计算机控制的转向系统失效时，能及时发现错误，使驾驶员能够有效控制汽车，在电子系统失效的情况时，能及时发现错误，使驾驶员能够有效控制汽车，在电子系统失效的情况下，应该有预警功能及迅速处理功能，从而使汽车处于驾驶员的有效控制之下，应该有预警功能及迅速处理功能，从而使汽车处于驾驶员的有效控制之下。下。五、对硬件的功能要求第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术212022年年8月月14日星期日日星期日u 要满
29、足上述功能要求，必须要使线控转向系统具有与之相对应的硬件结构。要满足上述功能要求，必须要使线控转向系统具有与之相对应的硬件结构。线控转向系统要满足其功能应该包括的硬件和模块有：微型计算机和单片机、线控转向系统要满足其功能应该包括的硬件和模块有：微型计算机和单片机、转向电动机、电磁施力器、容错设施转向电动机、电磁施力器、容错设施(设备设备)、传感器、电源及有效的通信子、传感器、电源及有效的通信子系统等，通过这些硬件和软件的协调合作来实现线控转向系统功能。系统等，通过这些硬件和软件的协调合作来实现线控转向系统功能。六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制
30、技术222022年年8月月14日星期日日星期日u 1.1.主控制器模块主控制器模块u 作用：对传感器采集的输入信号进行处理、作用：对传感器采集的输入信号进行处理、形成决策，并输出相应的信号对输入信号进形成决策，并输出相应的信号对输入信号进行响应。行响应。u 对于线控转向系统来讲，主控制器除了对各对于线控转向系统来讲，主控制器除了对各传感器采集的信号进行分析处理、向转向执传感器采集的信号进行分析处理、向转向执行模块和系统反馈模块发送指令、减少驾驶行模块和系统反馈模块发送指令、减少驾驶员所进行的补偿任务外，还要进行驾驶模式员所进行的补偿任务外，还要进行驾驶模式的识别，当驾驶员的转向操作指令出现错误
31、的识别，当驾驶员的转向操作指令出现错误时，能及时屏蔽错误指令，自动进行稳定控时，能及时屏蔽错误指令，自动进行稳定控制，当线控转向系统出现故障时，及时、准制，当线控转向系统出现故障时，及时、准确采取措施进行补救，使汽车运行状态稳定。确采取措施进行补救，使汽车运行状态稳定。六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术232022年年8月月14日星期日日星期日u 主控制器主要对各传感器主控制器主要对各传感器(包括转向盘力矩传感器、车速传感器、侧向加速包括转向盘力矩传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、前轮转角传感器等度传感器、前轮转角传感器等)采集的信号进
32、行分析处理，通过采集的信号采集的信号进行分析处理，通过采集的信号及驾驶员指令判断汽车是否处于转向状态，向转向执行模块和系统反馈模块及驾驶员指令判断汽车是否处于转向状态，向转向执行模块和系统反馈模块发送指令，控制转向电动机以及电磁施力器工作，保证汽车在各种工况下都发送指令，控制转向电动机以及电磁施力器工作，保证汽车在各种工况下都具有理想的转向响应特性，减少驾驶员对汽车转向特性变化所需要的补偿任具有理想的转向响应特性，减少驾驶员对汽车转向特性变化所需要的补偿任务。务。u 主控制器模块还要进行驾驶模式识别，通过模式识别判定在当前状态下驾驶主控制器模块还要进行驾驶模式识别，通过模式识别判定在当前状态下
33、驾驶员的转向操作是否合理，当驾驶员的转向操作指令出现错误时，能及时屏蔽员的转向操作是否合理，当驾驶员的转向操作指令出现错误时，能及时屏蔽错误指令，自动进行稳定控制，使汽车稳定运行；当线控转向系统出现故障错误指令，自动进行稳定控制，使汽车稳定运行；当线控转向系统出现故障时，及时、准确采取措施进行补救，使驾驶员有效控制汽车。时，及时、准确采取措施进行补救，使驾驶员有效控制汽车。六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术242022年年8月月14日星期日日星期日2.2.操纵模块操纵模块u 定义：是指为驾驶员实现自己的转向意图提供的操纵机构。定义：是指为驾
34、驶员实现自己的转向意图提供的操纵机构。u 组成：转向盘、转向盘转角传感器、力矩传感器等组成：转向盘、转向盘转角传感器、力矩传感器等u 主要功能：是将驾驶员的转向意图主要功能：是将驾驶员的转向意图(主要通过传感器测量信号来完成主要通过传感器测量信号来完成)传递给传递给主控制器模块；同时接受系统反馈模块的反馈，给驾驶员提供真实的主控制器模块；同时接受系统反馈模块的反馈，给驾驶员提供真实的“路感路感”信息。信息。u 操纵模块的设计应该符合汽车人机工程学要求，其布置符合总布置设计的整操纵模块的设计应该符合汽车人机工程学要求，其布置符合总布置设计的整体要求，尽量做到操纵方便、舒适，操纵模块中的传感器工作
35、要求及时有效。体要求，尽量做到操纵方便、舒适，操纵模块中的传感器工作要求及时有效。六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术252022年年8月月14日星期日日星期日3.3.转向执行模块转向执行模块u 组成：转向电动机、转向控制单元。是整个线控转向系统的动作部分。组成：转向电动机、转向控制单元。是整个线控转向系统的动作部分。u 转向控制单元接受来自主控制器的指令，对其进行有效判读。在需要执行转转向控制单元接受来自主控制器的指令，对其进行有效判读。在需要执行转向任务时，向转向电动机发送转向指令，转向电动机完成转向运动。以实现向任务时，向转向电动机发送
36、转向指令，转向电动机完成转向运动。以实现闭环控制。闭环控制。六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章 转向控制线控转向闭环控制图车辆电子控制技术车辆电子控制技术262022年年8月月14日星期日日星期日u 执行元件类型：电气式、液压式与气压式三种。执行元件类型：电气式、液压式与气压式三种。电气式执行机构：电气式执行机构：主要有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、主要有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、力矩电动机、交流永磁同步电动机、异步电动机以及各种电气力矩电动机、交流永磁同步电动机、异步电动机以及各种电气-机械转换装机械转换装置等，这类控制执行机构的优点是控制调节方便
37、，缺点是定位刚度及力矩置等，这类控制执行机构的优点是控制调节方便，缺点是定位刚度及力矩/惯量比不上液压式执行元件；惯量比不上液压式执行元件；液压式执行机构：液压式执行机构：主要有液压缸、摆动液压缸、液压马达等，这些执行机构主要有液压缸、摆动液压缸、液压马达等，这些执行机构的优点是输出功率大，动作平稳，快速性好，缺点是需要相应的液压源，液的优点是输出功率大，动作平稳，快速性好，缺点是需要相应的液压源，液压系统成本昂贵，维护困难；压系统成本昂贵，维护困难；气压式执行机构：气压式执行机构：主要有气缸、气压马达等，其优点是成本低、动作快，但主要有气缸、气压马达等，其优点是成本低、动作快，但是输出功率小
38、，工作噪声大，占用体积大。是输出功率小，工作噪声大，占用体积大。六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术272022年年8月月14日星期日日星期日u 考虑到汽车线控转向系统使用的实际情况以及汽车总布置局限，一般选用的考虑到汽车线控转向系统使用的实际情况以及汽车总布置局限，一般选用的转向执行机构是电气式机构，也就是转向电动机，其工作原理是当输入直流转向执行机构是电气式机构，也就是转向电动机，其工作原理是当输入直流电流的时候，由于载流交替在电磁场中受到电磁力作用，促使电动机产生电电流的时候，由于载流交替在电磁场中受到电磁力作用，促使电动机产生电磁转矩
39、，驱动电枢运转。线控转向系统能否正常工作，在很大程度上取决于磁转矩，驱动电枢运转。线控转向系统能否正常工作，在很大程度上取决于电动机的选择及其工作情况。电动机的选择及其工作情况。u 线控转向系统执行机构的选择要求是：伺服系统及其执行元件支持计算机统线控转向系统执行机构的选择要求是：伺服系统及其执行元件支持计算机统一控制；成本低、可靠性好，便于安装与维修：体积小、质量轻，能使执行一控制；成本低、可靠性好，便于安装与维修：体积小、质量轻，能使执行元件便于安装及与机械系统相连接；惯性小、动力大，具有良好的快速响应元件便于安装及与机械系统相连接；惯性小、动力大，具有良好的快速响应性能和足够的负载能力。
40、性能和足够的负载能力。六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术282022年年8月月14日星期日日星期日u 反映这些要求的性能参数主要有执行元件的加速性能、调速比、最低稳定转反映这些要求的性能参数主要有执行元件的加速性能、调速比、最低稳定转速、力矩波动、过渡过程时间长短、机械特性和调节特性等。线控转向系统速、力矩波动、过渡过程时间长短、机械特性和调节特性等。线控转向系统转向执行机构选择转向电动机的要求就是能够较好的满足上面提到的各点。转向执行机构选择转向电动机的要求就是能够较好的满足上面提到的各点。u 除了上述要求之外，选择电动机时还应该要求电动
41、机在正反两个方向均能正除了上述要求之外，选择电动机时还应该要求电动机在正反两个方向均能正常工作，从而满足汽车的左右转向，出于对线控转向系统安全性和稳定性的常工作，从而满足汽车的左右转向，出于对线控转向系统安全性和稳定性的考虑，还要求电动机在连续运行状态下散热良好，在高温状态下工作稳定。考虑，还要求电动机在连续运行状态下散热良好，在高温状态下工作稳定。六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术292022年年8月月14日星期日日星期日u 4.4.系统反馈模块系统反馈模块u 主要作用：是给驾驶员提供主要作用：是给驾驶员提供“路感路感”信息。信息。u 组
42、成：反馈控制单元、电磁施力器、传感器。组成：反馈控制单元、电磁施力器、传感器。u 反馈控制单元接收来自主控制器的指令以及传感器对路面信息所采集的信号，反馈控制单元接收来自主控制器的指令以及传感器对路面信息所采集的信号，控制电磁施力器提供合适的反馈。控制电磁施力器提供合适的反馈。六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术302022年年8月月14日星期日日星期日u 电磁施力器由固定在转向柱上的环形永久磁铁及导条等组成，导条固定安装电磁施力器由固定在转向柱上的环形永久磁铁及导条等组成，导条固定安装在车身上。在汽车转向过程中，当转向轮遇到路面凸起物的冲击
43、而发生偏转在车身上。在汽车转向过程中，当转向轮遇到路面凸起物的冲击而发生偏转时，侧向加速度传感器将测得的转向轮横向偏摆加速度信号传递给反馈模块时，侧向加速度传感器将测得的转向轮横向偏摆加速度信号传递给反馈模块的电控单元，电控单元根据转向轮横向偏摆加速度的方向来确定施加在电磁的电控单元，电控单元根据转向轮横向偏摆加速度的方向来确定施加在电磁施力器上的电流方向，根据电学原理，可以由通过电流的方向及其切割磁感施力器上的电流方向，根据电学原理，可以由通过电流的方向及其切割磁感应线的运动方向来确定电磁施力器的受力方向，使之与转向轮横向偏摆加速应线的运动方向来确定电磁施力器的受力方向，使之与转向轮横向偏摆
44、加速度方向一致。施加电流的大小与通过处理所获得的横向偏摆加速度信号的大度方向一致。施加电流的大小与通过处理所获得的横向偏摆加速度信号的大小相对应，这样驾驶员就能够通过电磁施力器提供的力感特性来获得真实的小相对应，这样驾驶员就能够通过电磁施力器提供的力感特性来获得真实的“路感路感 信息。信息。六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术312022年年8月月14日星期日日星期日5.5.冗余系统（冗余系统（rongyu systemrongyu system）（1 1）传统的转向系统是最安全的？）传统的转向系统是最安全的？u 传统的转向系统由于采用的是机
45、械传递系统，因此被认为是最安全的，因为传统的转向系统由于采用的是机械传递系统，因此被认为是最安全的，因为机械系统在发生损坏之前会有一个预警信号提供给驾驶员，而且在发生损坏机械系统在发生损坏之前会有一个预警信号提供给驾驶员，而且在发生损坏后的一段时间内，机械系统仍然能够实现或者部分实现其功能。后的一段时间内，机械系统仍然能够实现或者部分实现其功能。（2 2）线控转向为何不安全？为何要设计转向冗余系统？）线控转向为何不安全？为何要设计转向冗余系统？u 而线控转向系统由于其采用的是转角传感器、力矩传感器、主控制器、模拟而线控转向系统由于其采用的是转角传感器、力矩传感器、主控制器、模拟反馈系统以及转向
46、电动机等一系列的电子元件，这些电子部件的破坏很有可反馈系统以及转向电动机等一系列的电子元件，这些电子部件的破坏很有可能是没有预警信号的，一旦系统失效其设计功能有可能完全丧失，因此如何能是没有预警信号的，一旦系统失效其设计功能有可能完全丧失，因此如何保证线控转向系统安全可靠工作是其能否全面推广应用的一个重要因素。这保证线控转向系统安全可靠工作是其能否全面推广应用的一个重要因素。这就涉及线控转向系统的冗余系统设计，线控转向系统的冗余设计是完全必要、就涉及线控转向系统的冗余系统设计，线控转向系统的冗余设计是完全必要、而且是十分重要的。而且是十分重要的。六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章
47、转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术322022年年8月月14日星期日日星期日（3 3）冗余系统的功用）冗余系统的功用u 当线控转向系统失效时，冗余系统能立即投入使用，并对不同的转向故障形当线控转向系统失效时，冗余系统能立即投入使用，并对不同的转向故障形式和故障等级做出相应处理，以求最大限度的保证汽车正常行驶，保证汽车式和故障等级做出相应处理，以求最大限度的保证汽车正常行驶，保证汽车的安全性和可靠性。的安全性和可靠性。（4 4）冗余系统的设计方法）冗余系统的设计方法u 硬件系统的冗余设计、软件系统的容错设计硬件系统的冗余设计、软件系统的容错设计六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章
48、 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术332022年年8月月14日星期日日星期日（5 5）硬件系统冗余设计的三种形式：）硬件系统冗余设计的三种形式：u 第一种是采用第一种是采用“线控转向系统线控转向系统+液压转向系统液压转向系统”的冗余设计。顾名思义，采的冗余设计。顾名思义，采用液压转向系统作为应急转向系统。该系统同时具有线控转向系统和液压转用液压转向系统作为应急转向系统。该系统同时具有线控转向系统和液压转向系统两套转向系统，通常情况下，使用线控转向系统体现了系统良好的转向系统两套转向系统，通常情况下，使用线控转向系统体现了系统良好的转向特性，当系统出现故障后，使用液压蓄能器的液力提供转向
49、动力。向特性，当系统出现故障后，使用液压蓄能器的液力提供转向动力。u 第二种是采用第二种是采用“线控转向系统线控转向系统+线控转向系统线控转向系统”的冗余设计。这种转向系统的冗余设计。这种转向系统几乎所有的部件都采用双套的，因而成本较高，但能有效避免其他方式中因几乎所有的部件都采用双套的，因而成本较高，但能有效避免其他方式中因为电子系统的失效，而引起的汽车输出特性急变，从而进一步提高了汽车性为电子系统的失效，而引起的汽车输出特性急变，从而进一步提高了汽车性能。能。六、线控转向系统所需模块第2课 线控转向第九章 转向控制车辆电子控制技术车辆电子控制技术342022年年8月月14日星期日日星期日u
50、 第三种是采用第三种是采用“线控转向系统线控转向系统+机械转向机械转向系统系统”的冗余设计。采用机械转向系统的冗余设计。采用机械转向系统作为后备转向系统。这种系统结构简单，作为后备转向系统。这种系统结构简单，便于实现和控制，但是在电子系统失效便于实现和控制，但是在电子系统失效后汽车性能会出现很大变化，从而引起后汽车性能会出现很大变化，从而引起驾驶员的不适，增加驾驶员负担。驾驶员的不适，增加驾驶员负担。u 右图是右图是AisinAisin精工有限公司自动车部开发精工有限公司自动车部开发的线控转向系统的结构。采用行星齿轮的线控转向系统的结构。采用行星齿轮作为故障离合器和减速机构。当线控转作为故障离
