汽车线控技术的应用及发展趋势分析研究

应的路感信号。转向执行模块包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等。转向执行模块的功能是接受ECU的命令，控制转向电机实现要求的前轮转角，完成驾驶员的转向意图。ECU对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发送命令，控制两个电机的工作。自动防故障系统是线控转向系的重要模块，它包括一系列监控和实施算法，针对不同的故障形式和等级作出相应处理，以求最大限度地保持汽车的正常行驶。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线控转向系统最重要的组成系统之一。

SBW的工作原理是当转向盘转动时，转向传感器和转向角传感器将丈量到的驾驶员转矩和转向盘的转角转变成电信号输进到ECU，ECU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方向，并根据转向力模拟，天生反馈转矩，控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转角度，通过机械转向装置控制转向轮的转向位置，使汽车沿着驾驶员期看的轨迹行驶。

3 线控系统的关键技术

由于线控系统取消了传统的气动、液压及机械连接，取而代之的是传感器、ECU、电磁的执行机构，因而传感器的精度，ECU硬件的可靠性、抗干扰性，控制算法的可靠性、容错性，执行机构的快速性、可靠性及不同系统ECU之间通讯的实时性，总线的容错性和仲裁能力及动力电源等都制约着线控技术的广泛应用。制约线控技术的关键技术包括以下几方面。

（1）传感器技术。传感器是组成线控系统的基本且重要单元，无论是EHB、EMB，还是SBW等都是由很多传感器构成，例如SBW系统由角位移传感器、转矩传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器等组成，它们构成了SBW的主要部分。而汽车电子控制系统的控制效果却牢牢依靠于传感器的信息采集和反馈精度，因而传感器的科技含量直接影响整个汽车电子控制系统的性能。如何制造出体积小、本钱底、可靠性高而且丈量精度高的传感器就成为线控系统的关键技术之一。

（2）总线技术。汽车各电子系统的ECU如何进行信息通讯及各系统如何进行集成，在很大程度上依靠于总线技术。目前存在着多种汽车总线标准，未来会使用具有高速实时传输特性的一些总线标准和协议。这一类总线标准主要有时间触发协议（TTP）、Byteflight和FlexRay。TTP是一个应用于分布式实时控制系统的完整的通讯协议，能够支持多种容错策略，具有节点恢复和再整合功能;BMW公司的Byteflight可用于汽车线控系统的网络通讯，其特点是既能满足某些高优先级消息需要时间触发，以保证确定延迟的要求，又能满足某些消息需要事件触发，需要中断处理的要求;FlexRay是一种特别适合下一代汽车应用的网络通讯系统，具有容错功能和确定的消息传输时间，能够满足汽车控制系统的高速率通讯要求。

（3）动力电源技术。在EHB系统中，由于制动力矩由液压提供，所以良好设计的14V电压可以满足要求;而在EMB系统中，由于制动力矩直接由电机提供，使得所需电源功率增大，而进步电压是增大功率的好方法，所以传统的14V系统不再能很好地满足要求;在SBW系统中，ECU、2个冗余转矩反馈电动机和2个冗余转向电动机，其总功率大约在550～880W，所需电源能量相当大。如何提供足够的电能保证系统的稳定运行成为解决题目的关键，42V电压系统的研究和电动汽车的深进研究为此技术的解决提供了平台，为线控技术的广泛应用打下了基础。

（4）容错控制技术。为了满足汽车可靠性与安全性要求，线控系统必须采用容错控制技术，容错控制设计方法有硬件冗余方法和解析冗余方法2种。硬件冗余方法主要是通过对重要部件及易发生故障部件提供备份，以进步系统的容错性能;解析冗余方法主要是通过设计控制器的软件来进步整个系统的冗余度，从而改善系统的容错性能。在SBW系统中，相对于ECU来说，传感器和执行机构更易发生故障，一些传感器和执行机构间存在着冗余，冗余是实现容错控制的基础，一旦某部件发生故障，利用冗余关系可用其他部件代替故障部件，以消除故障。相对传感器和执行机构来说，ECU的可靠性较高，但一旦ECU出现故障时，后果更为严重，系统不能进行任何操纵。基于容错控制技术的SBW系统，在不影响系统控制功能的情况下，容错控制技术进步了转向系统的可靠性，保证了车辆的正常行驶及安全性。而可靠性和安全性是制约SBW系统应用的主要瓶颈之一。当SBW系统的可靠性和安全性能够达到普通动力转向系统水平时，其产业化也就指日可待了。

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