線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的案例
汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)研究綜述
引言
汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是以電子軟聯(lián)接取代傳統(tǒng)的機(jī)械連接的裝置。方向盤路感以及轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，是汽車上重要的能量消耗裝置之一，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力學(xué)特性以及系統(tǒng)能量消耗控制直接影響到汽車的轉(zhuǎn)向操縱動(dòng)力學(xué)特性及燃油經(jīng)濟(jì)性能，采納節(jié)能設(shè)計(jì)思維研究線控轉(zhuǎn)向裝置的傳動(dòng)比設(shè)置還有動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、路感模擬策略以及路感電機(jī)控制策略節(jié)能設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)向電機(jī)動(dòng)態(tài)控制及節(jié)能策略設(shè)計(jì)等問(wèn)題是一個(gè)新的研究方向，因此，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)理論及方法必須深入研究。
1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析
1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車線控轉(zhuǎn)向技術(shù)逐漸成為可能。奔馳公司在研究了后橋線控轉(zhuǎn)向以及多橋汽車的第三橋線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之后，于1990年開始了對(duì)前輪轉(zhuǎn)向線控系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，并且，把它開發(fā)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安裝在其概念車F400 Carving上。
本田汽車公司和東京大學(xué)在汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面，做了一些理論研究和模擬器實(shí)驗(yàn)。他們以人-車閉環(huán)系統(tǒng)特性為研究對(duì)象，理想化的系統(tǒng)傳動(dòng)比，讓車輛的穩(wěn)態(tài)增益不再跟隨車速變動(dòng)，如此就線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)可以充分被利用，最大限度的降低駕駛員的負(fù)擔(dān)，以駕駛員角控制特性和力控制特性對(duì)汽車主動(dòng)安全性的影響最為重點(diǎn)研究對(duì)象。
在歐洲，F(xiàn)iat、Daimler-Chrysler、Ford Europe和Volvo等汽車公司、Bosch等零部件廠商和Vienna、Chalmers等大學(xué)聯(lián)合開展“X-by-wire”計(jì)劃，對(duì)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的落實(shí)、安全性以及可靠性方面進(jìn)行了研究。
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眾所周知，自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)離不開感知、決策、控制三大系統(tǒng)的協(xié)同合作，其中運(yùn)動(dòng)控制則依賴于線控底盤技術(shù)。作為線控底盤的重要組成部分，線控轉(zhuǎn)向已經(jīng)成為耳熟能詳?shù)拿~。
那么，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的原理是什么？有什么優(yōu)勢(shì)？目前應(yīng)用情況如何？本文將進(jìn)行詳細(xì)的解讀，揭開線控轉(zhuǎn)向的神秘面紗。
圖1 線控轉(zhuǎn)向
線控轉(zhuǎn)向VS傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向
汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)決定了汽車的橫向運(yùn)動(dòng)，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)：駕駛員操縱方向盤，通過(guò)轉(zhuǎn)向器和拉桿,將轉(zhuǎn)向意圖傳遞到轉(zhuǎn)向車輪，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
早期的機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、當(dāng)下普及的電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，都屬于基于機(jī)械部件的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這些機(jī)械系統(tǒng)在進(jìn)化的過(guò)程中，優(yōu)化了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳遞特性，為轉(zhuǎn)向控制提供了助力，提升了汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。但是，受限于機(jī)械結(jié)構(gòu)，它們無(wú)法改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳遞特性，即汽車的轉(zhuǎn)向特性，因此難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛所要求的主動(dòng)控制。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering-By-Wire），取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接部件，徹底擺脫了機(jī)械固件的限制，完全由電能來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅具有傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的所有優(yōu)點(diǎn)，更可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)難以做到的，角傳遞特性的優(yōu)化。在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，駕駛員的操縱動(dòng)作通過(guò)傳感器變成電信號(hào)，信號(hào)經(jīng)分析處理后，通過(guò)導(dǎo)線直接傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于不受機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，可以實(shí)現(xiàn)理論上的任意轉(zhuǎn)向意圖，因此線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)被稱為目前最先進(jìn)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
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眾所周知，自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)離不開感知、決策、控制三大系統(tǒng)的協(xié)同合作，其中運(yùn)動(dòng)控制則依賴于線控底盤技術(shù)。作為線控底盤的重要組成部分，線控轉(zhuǎn)向已經(jīng)成為耳熟能詳?shù)拿~。
那么，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的原理是什么？有什么優(yōu)勢(shì)？目前應(yīng)用情況如何？本文將進(jìn)行詳細(xì)的解讀，揭開線控轉(zhuǎn)向的神秘面紗。
圖1 線控轉(zhuǎn)向
線控轉(zhuǎn)向VS傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向
汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)決定了汽車的橫向運(yùn)動(dòng)，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)：駕駛員操縱方向盤，通過(guò)轉(zhuǎn)向器和拉桿,將轉(zhuǎn)向意圖傳遞到轉(zhuǎn)向車輪，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
早期的機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、當(dāng)下普及的電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，都屬于基于機(jī)械部件的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這些機(jī)械系統(tǒng)在進(jìn)化的過(guò)程中，優(yōu)化了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳遞特性，為轉(zhuǎn)向控制提供了助力，提升了汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。但是，受限于機(jī)械結(jié)構(gòu)，它們無(wú)法改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳遞特性，即汽車的轉(zhuǎn)向特性，因此難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛所要求的主動(dòng)控制。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering-By-Wire），取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接部件，徹底擺脫了機(jī)械固件的限制，完全由電能來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅具有傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的所有優(yōu)點(diǎn)，更可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)難以做到的，角傳遞特性的優(yōu)化。在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，駕駛員的操縱動(dòng)作通過(guò)傳感器變成電信號(hào)，信號(hào)經(jīng)分析處理后，通過(guò)導(dǎo)線直接傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于不受機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，可以實(shí)現(xiàn)理論上的任意轉(zhuǎn)向意圖，因此線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)被稱為目前最先進(jìn)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
展開 利用在環(huán)技術(shù)（XiL）優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ：從虛擬測(cè)試到真實(shí)性能表現(xiàn)【4月25日直播】
在現(xiàn)代汽車研發(fā)中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)于車輛的安全、性能以及用戶體驗(yàn)起著至關(guān)重要的作用。工程師們?cè)诩?em>線控轉(zhuǎn)向等前沿技術(shù)的同時(shí)，必須確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具備精確的操控性和靈敏的響應(yīng)能力。
在這場(chǎng)60分鐘的免費(fèi)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上，來(lái)自 VI-grade 的專家將展示在環(huán)技術(shù)（XiL，包括模型在環(huán)、軟件在環(huán)和硬件在環(huán)）如何實(shí)現(xiàn)虛擬測(cè)試、加速研發(fā)進(jìn)程并優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。
??主要議題及要點(diǎn)
1??掌握轉(zhuǎn)向在環(huán)技術(shù)（軟件在環(huán)和硬件在環(huán)）：學(xué)習(xí)如何開發(fā)和驗(yàn)證高級(jí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括與多種轉(zhuǎn)向技術(shù)的兼容性以及實(shí)時(shí)參數(shù)調(diào)整。
2??從數(shù)字孿生到實(shí)際驗(yàn)證：探索 VI-grade 公司的虛擬環(huán)境、數(shù)字孿生技術(shù)和測(cè)試自動(dòng)化如何加速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從概念設(shè)計(jì)到最終確認(rèn)的研發(fā)進(jìn)程。
3??線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的集成與測(cè)試：了解線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在硬件在環(huán)應(yīng)用中的集成過(guò)程，包括客戶實(shí)際使用案例以及借助 VI-grade 公司的仿真平臺(tái)進(jìn)行的系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證。
利用在環(huán)技術(shù)（XiL）優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)—— 從虛擬測(cè)試到真實(shí)性能表現(xiàn)
直播時(shí)間：4月25日 15:00
直播講師：周光磊
VI-grade中國(guó)區(qū)應(yīng)用工程師，從事車輛動(dòng)力學(xué)仿真及駕駛模擬器應(yīng)用技術(shù)支持工作，熟悉駕駛模擬器在車輛動(dòng)力學(xué)、智能駕駛等領(lǐng)域的應(yīng)用。
從事整車性能開發(fā)、車輛動(dòng)力學(xué)、底盤電子、ADAS系統(tǒng)開發(fā)與測(cè)試、注重用戶感受的工程師和行業(yè)研究人員，想要掌握最新技術(shù)？就在4月25日 15:00?。?！
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智能網(wǎng)聯(lián)汽車底盤線控技術(shù)
當(dāng)檢測(cè)到ECU、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)等關(guān)鍵零部件產(chǎn)生故障時(shí)，故障處理ECU自動(dòng)工作，首先發(fā)出指令使ECU和轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)完全失效，其次緊急啟動(dòng)故障執(zhí)行電機(jī)以保障車輛航向的安全控制。
（1）英菲尼迪Q50線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
通過(guò)傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向管柱將轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接在一起，基本形態(tài)與普通燃油車無(wú)異，但在轉(zhuǎn)向管柱與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間由電控多片離合器相連。
如下圖1-3所示。
圖1-3英菲尼迪Q50線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
正常行駛過(guò)程中，多片離合器為斷開狀態(tài)，雖然轉(zhuǎn)向管柱仍然存在，但并不對(duì)前輪直接起作用。
只有當(dāng)線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)發(fā)生故障的緊急情況下，多片離合器自動(dòng)接通，方向盤、轉(zhuǎn)向柱與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)（齒輪齒條機(jī)構(gòu)）的剛性連接實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作，保證駕駛安全。
（2）博世公司線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
博世系統(tǒng)與英菲尼迪Q50的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有很大的區(qū)別，博世公司開發(fā)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，完全取消了轉(zhuǎn)向柱，由上轉(zhuǎn)向執(zhí)行器SWA構(gòu)成的上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和全冗余式下轉(zhuǎn)向執(zhí)行器SRA構(gòu)成的下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成，而且上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間沒(méi)有剛性連接。
如下圖1-4所示。
圖1-4博世公司線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
三、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理
圖1-5 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖
如圖1-5所示，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器將測(cè)量到的駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸入到電子控制單元ECU，ECU依據(jù)車速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的角位移傳感器的信號(hào)來(lái)控制轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬生成反饋轉(zhuǎn)矩，同時(shí)控制轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)角度，通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置，使汽車沿著駕駛員期望的軌跡行駛。
學(xué)習(xí)小結(jié)
1.
展開 智能網(wǎng)聯(lián)汽車底盤線控技術(shù)解析
只有當(dāng)線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)發(fā)生故障的緊急情況下，多片離合器自動(dòng)接通，方向盤、轉(zhuǎn)向柱與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)（齒輪齒條機(jī)構(gòu)）的剛性連接實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作，保證駕駛安全。
（2）博世公司線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
博世系統(tǒng)與英菲尼迪Q50的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有很大的區(qū)別，博世公司開發(fā)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，完全取消了轉(zhuǎn)向柱，由上轉(zhuǎn)向執(zhí)行器SWA構(gòu)成的上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和全冗余式下轉(zhuǎn)向執(zhí)行器SRA構(gòu)成的下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成，而且上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間沒(méi)有剛性連接。如下圖1-4所示。
展開 詳解丨線控轉(zhuǎn)向的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)
三個(gè)關(guān)鍵詞
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及協(xié)調(diào)控制，有三個(gè)關(guān)鍵詞。
線控轉(zhuǎn)向，線控轉(zhuǎn)向基本上脫離了機(jī)械式的轉(zhuǎn)向，它的信號(hào)來(lái)源可能是底盤域控制器，也可能來(lái)源于自動(dòng)駕駛，也可能來(lái)源于駕駛員方向盤的直接操作，只不過(guò)它是機(jī)械去耦的總成對(duì)象。
冗余設(shè)計(jì)，是線控轉(zhuǎn)向的標(biāo)準(zhǔn)配置，在脫離了駕駛員和脫離了機(jī)械直接干預(yù)的情況下，冗余系統(tǒng)進(jìn)行備份或者提供一定功能或進(jìn)行智能特征的性能優(yōu)化。
協(xié)調(diào)控制，以后的轉(zhuǎn)向只不過(guò)是橫向控制的一部分，整車底盤包含垂向控制，縱向加/縱向減的控制，以及橫向控制。因此，在此層面的協(xié)調(diào)控制，是為了讓每個(gè)線控的機(jī)構(gòu)更加有效，更加的智能，體現(xiàn)底盤大系統(tǒng)的效果，同時(shí)也作為運(yùn)轉(zhuǎn)平臺(tái)進(jìn)行協(xié)調(diào)計(jì)算。
展開 淺談線控底盤發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì)
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steer-By-Wire，SBW）在電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來(lái)，將駕駛員的操縱輸入轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，無(wú)需通過(guò)機(jī)械連接裝置，轉(zhuǎn)向時(shí)方向盤上的阻力矩也由電機(jī)模擬產(chǎn)生，可以自由地設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳遞特性和力傳遞特性，完全實(shí)現(xiàn)由電信號(hào)實(shí)現(xiàn)指令傳遞從而操縱汽車。
目前最先進(jìn)的量產(chǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS），線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍處于技術(shù)驗(yàn)證階段，雖有部分應(yīng)用但尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。
對(duì)于L3及以上等級(jí)智能汽車，部分或全程會(huì)脫離駕駛員的操控，智能駕駛控制系統(tǒng)對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求控制精確、可靠性高，只有線控轉(zhuǎn)向可以滿足要求，因此成為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。另一方面，消費(fèi)者對(duì)車輛的駕乘體驗(yàn)要求也越來(lái)越高，現(xiàn)階段，線控后輪轉(zhuǎn)向成為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，可以看到，當(dāng)前配備后輪轉(zhuǎn)向的車輛價(jià)格一直在下探，在不遠(yuǎn)的將來(lái)有可能成為10萬(wàn)元級(jí)別家用車的標(biāo)配。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指，在駕駛員輸入接口（方向盤）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向輪）之間是通過(guò)線控（電子信號(hào)）連接和控制的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即在它們之間沒(méi)有直接的液力或機(jī)械連接。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分：
1）轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)裝置；
2）電子控制系統(tǒng)，包括車速傳感器，也可以增加橫擺角速度傳感器、加速度傳感器和電子控制單元以提高車輛的操縱穩(wěn)定性；
3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括角位移傳感器、轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和其他機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置等。
展開 智能駕駛中的底盤控制技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供了一種轉(zhuǎn)向控制的新方法，其特點(diǎn)是智能駕駛轉(zhuǎn)向意圖的純電子傳輸線路以及機(jī)械轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)與車輪端轉(zhuǎn)向將完全分離，這就消除了對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)裝置的需要，智能駕駛系統(tǒng)僅生成有關(guān)其預(yù)期轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的信息，該信息被饋送到電子控制單元。
該控制模塊評(píng)估信息將其轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)?em>轉(zhuǎn)向命令，這操作執(zhí)行預(yù)期轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向齒輪力。
– 在液壓、電氣、電子和傳感器系統(tǒng)的幫助下，過(guò)去開發(fā)了許多新的舒適和安全功能，使駕駛車輛更加舒適和安全。
– 盡管有所有這些組件，當(dāng)前轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全概念仍然基于經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的機(jī)械組件的連續(xù)鏈條。
– 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全概念與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)明顯不同。如果發(fā)生錯(cuò)誤，將系統(tǒng)關(guān)閉到故障降級(jí)模式是不夠的。相反，需要一種故障運(yùn)行模式，使用具有全部功能的冗余替換系統(tǒng)。
– 對(duì)于汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的市場(chǎng)推出，可能需要經(jīng)典的機(jī)械或液壓后備水平作為建立第一階段的安全概念。
圖 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)架構(gòu)
如上圖，表示了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)架構(gòu)，其中線控轉(zhuǎn)向概念主要由兩個(gè)組件組成：方向盤執(zhí)行器和車輪執(zhí)行器。其中的主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)包含路感模擬、轉(zhuǎn)角決策及轉(zhuǎn)角控制等核心功能。實(shí)現(xiàn)前饋+反饋的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、扭矩三閉環(huán)控制。
1、方向盤執(zhí)行器
位于上轉(zhuǎn)向柱區(qū)域的方向盤執(zhí)行器包括一個(gè)帶有傳感器的傳統(tǒng)方向盤，用于記錄方向盤角度和轉(zhuǎn)向扭矩，以及一個(gè)方向盤電機(jī)，將適當(dāng)?shù)?em>轉(zhuǎn)向感傳遞給駕駛員。此外，由于在關(guān)鍵駕駛狀態(tài)下需要通過(guò)反射運(yùn)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)向校正，熟悉的控制元件通過(guò)多年的實(shí)踐降低了事故風(fēng)險(xiǎn)。
2、車輪執(zhí)行器
車輪執(zhí)行器主要由機(jī)電齒輪齒條轉(zhuǎn)向裝置組成。出于安全原因，機(jī)架由兩個(gè)冗余設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
展開 智能駕駛中的底盤控制技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供了一種轉(zhuǎn)向控制的新方法，其特點(diǎn)是智能駕駛轉(zhuǎn)向意圖的純電子傳輸線路以及機(jī)械轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)與車輪端轉(zhuǎn)向將完全分離，這就消除了對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)裝置的需要，智能駕駛系統(tǒng)僅生成有關(guān)其預(yù)期轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的信息，該信息被饋送到電子控制單元。
該控制模塊評(píng)估信息將其轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)?em>轉(zhuǎn)向命令，這操作執(zhí)行預(yù)期轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向齒輪力。
– 在液壓、電氣、電子和傳感器系統(tǒng)的幫助下，過(guò)去開發(fā)了許多新的舒適和安全功能，使駕駛車輛更加舒適和安全。
– 盡管有所有這些組件，當(dāng)前轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全概念仍然基于經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的機(jī)械組件的連續(xù)鏈條。
– 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全概念與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)明顯不同。如果發(fā)生錯(cuò)誤，將系統(tǒng)關(guān)閉到故障降級(jí)模式是不夠的。相反，需要一種故障運(yùn)行模式，使用具有全部功能的冗余替換系統(tǒng)。
– 對(duì)于汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的市場(chǎng)推出，可能需要經(jīng)典的機(jī)械或液壓后備水平作為建立第一階段的安全概念。
圖 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)架構(gòu)
如上圖，表示了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)架構(gòu)，其中線控轉(zhuǎn)向概念主要由兩個(gè)組件組成：方向盤執(zhí)行器和車輪執(zhí)行器。其中的主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)包含路感模擬、轉(zhuǎn)角決策及轉(zhuǎn)角控制等核心功能。實(shí)現(xiàn)前饋+反饋的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、扭矩三閉環(huán)控制。
1、方向盤執(zhí)行器
位于上轉(zhuǎn)向柱區(qū)域的方向盤執(zhí)行器包括一個(gè)帶有傳感器的傳統(tǒng)方向盤，用于記錄方向盤角度和轉(zhuǎn)向扭矩，以及一個(gè)方向盤電機(jī)，將適當(dāng)?shù)?em>轉(zhuǎn)向感傳遞給駕駛員。此外，由于在關(guān)鍵駕駛狀態(tài)下需要通過(guò)反射運(yùn)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)向校正，熟悉的控制元件通過(guò)多年的實(shí)踐降低了事故風(fēng)險(xiǎn)。
2、車輪執(zhí)行器
車輪執(zhí)行器主要由機(jī)電齒輪齒條轉(zhuǎn)向裝置組成。出于安全原因，機(jī)架由兩個(gè)冗余設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
展開 線控底盤技術(shù)：線控底盤是自動(dòng)駕駛的必要條件，自動(dòng)駕駛是線控底盤的充分條件
汽車底盤線控技術(shù)特征如下:
▲操縱機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒(méi)有機(jī)械聯(lián)結(jié)和機(jī)械能量的傳遞；
▲操縱指令由傳感元件感知，以電信號(hào)的形式由網(wǎng)絡(luò)傳遞給電子控制器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)；
▲執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用外來(lái)能源完成操縱指令及相應(yīng)的任務(wù)，其執(zhí)行過(guò)程和結(jié)果受電子控制器的監(jiān)測(cè)和控制。
二進(jìn)宮：線控轉(zhuǎn)向
線控轉(zhuǎn)向，即Steer-By-Wire，能夠無(wú)束縛地得到無(wú)人駕駛進(jìn)行轉(zhuǎn)彎的指令目標(biāo)輸入和汽車的轉(zhuǎn)向輪的變化之間的關(guān)系，可以控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和行駛需要之間的關(guān)系，這樣能夠?qū)囕v進(jìn)行調(diào)節(jié)。其直接掌控著自動(dòng)駕駛路徑與方向的精確控制。
1、線控轉(zhuǎn)向發(fā)展歷程
自1894年乘用車安裝第1款現(xiàn)代意義上具備方向盤的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開始，其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大致經(jīng)歷了5個(gè)階段：
1）早期的純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；
2）福特最早提出的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；
3）豐田首推的電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；
4) 新一代的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；
5）擺脫機(jī)械連接的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和具有主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。
展開 
如何看待豐田的bZ4X EV？
快充功率提升到了150kW，充到80%的時(shí)間為30分鐘
從智駕來(lái)看豐田 bZ EV 車型，是從輔助駕駛系統(tǒng)來(lái)部署的，主要還是和采埃孚+ Mobileye 的內(nèi)核，毫米波雷達(dá)技術(shù)集成攝像頭技術(shù)（EyeQ4 SoC 和Gen 21 77 GHz ），總體來(lái)看中規(guī)中矩
整體還有一些小亮點(diǎn)，不過(guò)還是集中于偏硬件的內(nèi)容，比如太陽(yáng)能充電、線控轉(zhuǎn)向（這個(gè)是其實(shí)很難的技術(shù)），總體來(lái)說(shuō)豐田的座艙還是迭代比較慢！
表1 豐田的配置表
Part 1 汽車整體的觀感
先說(shuō)一下豐田好玩的地方：
1）這么幾年，豐田一直在研究太陽(yáng)能充電系統(tǒng)，所以這臺(tái)車選配了這套系統(tǒng)。從目前來(lái)看隨著迭代，太陽(yáng)能板沒(méi)怎么影響車的造型。這套系統(tǒng)在車輛靜止時(shí)為電池組充電，這個(gè)方向之前豐田和現(xiàn)代都在嘗試，目前國(guó)內(nèi)都流行玻璃天幕，也比較熱。實(shí)用派和美觀派需要讓消費(fèi)者用錢投票，看看市場(chǎng)認(rèn)為到底什么更重要。
圖1 豐田的太陽(yáng)能板
豐田其實(shí)也在變革。一向謹(jǐn)小慎微的豐田這一次引入帶有線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了豐田所謂的“單動(dòng)抓地力”，顯著降低掉頭、停車和蜿蜒道路上的轉(zhuǎn)向負(fù)擔(dān)，通過(guò)獨(dú)立控制動(dòng)力感受的轉(zhuǎn)向扭矩和輪胎的轉(zhuǎn)向角來(lái)改善轉(zhuǎn)向感。轉(zhuǎn)向特性將隨著駕駛模式的選擇而改變，并且過(guò)濾了來(lái)自輪胎的無(wú)意義振動(dòng)，僅傳輸高速公路數(shù)據(jù)的重要振動(dòng)。這套線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制輪胎運(yùn)動(dòng)以確保汽車在不平坦的路面上行駛或激活車道追蹤幫助時(shí)的穩(wěn)定性。
豐田的座艙還是一如既往，概念車和實(shí)際設(shè)計(jì)的區(qū)別主要是方向盤會(huì)更現(xiàn)實(shí)點(diǎn)。
圖2 豐田的座艙設(shè)計(jì)
我的理解，目前座艙這塊是最能體現(xiàn)原有設(shè)計(jì)和需求之間的差異的，也是Gap最大的一部分。
展開 底盤智能化的發(fā)展
另外這樣的系統(tǒng)它還有一個(gè)中央控制器，中央控制器主要是接收這些包括方向盤轉(zhuǎn)角、加速踏板位移、橫向加速度、橫擺角速度與車輪速度。它將這些速度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出ABS功能、ESC功能或者TCS功能，把所有這些功能計(jì)算出來(lái)以后，再通過(guò)總線發(fā)送給EMB執(zhí)行單元。由這個(gè)執(zhí)行單元進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛的必要的功能。
另外我們可以看到EMB在未來(lái)發(fā)展中，為了安全有一個(gè)容錯(cuò)設(shè)計(jì)能力。它目前從設(shè)計(jì)方面來(lái)看，有兩個(gè)中心控制器，分別處于前橋和后橋上，它們之間可以相互通信，一旦一個(gè)控制器出問(wèn)題，另外一個(gè)可以迅速介入，以防止車輛失效。
下面向大家講一下線控轉(zhuǎn)向，第一幅圖大家可以看到是我們常規(guī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它主要有方向盤，轉(zhuǎn)向桿跟下面的轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。但是未來(lái)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要把傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向柱跟轉(zhuǎn)向器都通過(guò)總線來(lái)取消了。
我們可以從第二張上可以看到，它這個(gè)方向盤，通過(guò)總線跟下面的一個(gè)線控轉(zhuǎn)向ECU和下面的線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)。它這樣的設(shè)計(jì)，一方面是減輕重量，使整車更容易平臺(tái)化，容易復(fù)制。方向盤可以往左放，可以往右放，容易布置方向盤。另外由于轉(zhuǎn)向柱取消了，車輛在出現(xiàn)事故的時(shí)候，可以減少對(duì)駕駛員和乘車人員的傷害。
從這個(gè)圖可以看到，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)它有轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輪胎角度傳感器、環(huán)境傳感器、線控轉(zhuǎn)向ECU、轉(zhuǎn)向盤傳感器等組成。
未來(lái)的線控轉(zhuǎn)向的環(huán)境傳感器上，主要是對(duì)一些車胎的路面環(huán)境進(jìn)行測(cè)量，看地面是濕滑的還是干燥的，以及通過(guò)這些環(huán)境傳感器感知以后，可以通過(guò)反饋給轉(zhuǎn)向盤，讓駕駛員有一個(gè)路感接收的能力。
同時(shí)我們可以從線控技術(shù)可以看出未來(lái)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重量是大大的減輕了，而且連接都是通過(guò)總線的。
展開 汽車底盤智能化技術(shù)
另外這樣的系統(tǒng)它還有一個(gè)中央控制器，中央控制器主要是接收這些包括方向盤轉(zhuǎn)角、加速踏板位移、橫向加速度、橫擺角速度與車輪速度。它將這些速度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出ABS功能、ESC功能或者TCS功能，把所有這些功能計(jì)算出來(lái)以后，再通過(guò)總線發(fā)送給EMB執(zhí)行單元。由這個(gè)執(zhí)行單元進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛的必要的功能。
另外我們可以看到EMB在未來(lái)發(fā)展中，為了安全有一個(gè)容錯(cuò)設(shè)計(jì)能力。它目前從設(shè)計(jì)方面來(lái)看，有兩個(gè)中心控制器，分別處于前橋和后橋上，它們之間可以相互通信，一旦一個(gè)控制器出問(wèn)題，另外一個(gè)可以迅速介入，以防止車輛失效。
下面向大家講一下線控轉(zhuǎn)向，第一幅圖大家可以看到是我們常規(guī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它主要有方向盤，轉(zhuǎn)向桿跟下面的轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。但是未來(lái)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要把傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向柱跟轉(zhuǎn)向器都通過(guò)總線來(lái)取消了。
我們可以從第二張上可以看到，它這個(gè)方向盤，通過(guò)總線跟下面的一個(gè)線控轉(zhuǎn)向ECU和下面的線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)。它這樣的設(shè)計(jì)，一方面是減輕重量，使整車更容易平臺(tái)化，容易復(fù)制。方向盤可以往左放，可以往右放，容易布置方向盤。另外由于轉(zhuǎn)向柱取消了，車輛在出現(xiàn)事故的時(shí)候，可以減少對(duì)駕駛員和乘車人員的傷害。
從這個(gè)圖可以看到，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)它有轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輪胎角度傳感器、環(huán)境傳感器、線控轉(zhuǎn)向ECU、轉(zhuǎn)向盤傳感器等組成。
未來(lái)的線控轉(zhuǎn)向的環(huán)境傳感器上，主要是對(duì)一些車胎的路面環(huán)境進(jìn)行測(cè)量，看地面是濕滑的還是干燥的，以及通過(guò)這些環(huán)境傳感器感知以后，可以通過(guò)反饋給轉(zhuǎn)向盤，讓駕駛員有一個(gè)路感接收的能力。
同時(shí)我們可以從線控技術(shù)可以看出未來(lái)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重量是大大的減輕了，而且連接都是通過(guò)總線的。
展開 制動(dòng)和轉(zhuǎn)向自適應(yīng)控制下的智能駕駛系統(tǒng)
另一方面，如果駕駛員的少量輸入導(dǎo)致操縱方面的重大改變（例如，在較小的轉(zhuǎn)向校正導(dǎo)致打滑的情況下），那么操縱將變得不穩(wěn)定。
如上圖所示，智能汽車將處于臨界狀態(tài)，汽車和駕駛員將處于閉環(huán)狀態(tài)。駕駛員可以轉(zhuǎn)向，加速或制動(dòng)，但他們的命令將越來(lái)越多地不能直接轉(zhuǎn)化為行動(dòng)。相反，活動(dòng)系統(tǒng)將“過(guò)濾”其命令以確保最佳和最安全的處理。
主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為以下幾類：
疊加扭矩系統(tǒng)可獨(dú)立于駕駛員輸入而影響轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)可以在緊急情況下為駕駛員提供方向盤的轉(zhuǎn)向提示。
疊加轉(zhuǎn)向角的系統(tǒng)可以修改駕駛員為前輪選擇的轉(zhuǎn)向角，也可以修改由前輪決定的后輪角度。
同時(shí)疊加扭矩和轉(zhuǎn)向角的系統(tǒng)結(jié)合了以上兩個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。此處的執(zhí)行器可以局部集中在單個(gè)殼體中，從而節(jié)省空間，也可以將它們分別放置在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的各個(gè)位置。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為全新的人機(jī)界面鋪平了道路，例如側(cè)桿轉(zhuǎn)向代替?zhèn)鹘y(tǒng)方向盤。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅為穩(wěn)定級(jí)別的聯(lián)網(wǎng)功能提供了巨大潛力，而且為與保持車道相關(guān)的駕駛員輔助功能提供了巨大潛力。下圖顯示了一些目前批量可用或不久將可用的功能。
制動(dòng)和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定附加功能的要求
如下圖所示的系統(tǒng)環(huán)境定義了通過(guò)轉(zhuǎn)向干預(yù)來(lái)調(diào)節(jié)操縱的功能單元，它還定義了與其他汽車系統(tǒng)配合使用的接口要求。
主機(jī)廠有責(zé)任決定使用哪種硬件以及將哪些軟件分配給哪個(gè)控制設(shè)備。一種常見的變體是在ESC控制設(shè)備中內(nèi)置橫向運(yùn)動(dòng)控制功能的擴(kuò)展電力調(diào)節(jié)器，并采用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為執(zhí)行器來(lái)穩(wěn)定功能。
以下是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)和轉(zhuǎn)向干預(yù)的綜合要求清單：
– 在諸如改變負(fù)載，緊急停車，彎道部分制動(dòng)或回旋等情況下改善行車道保持和方向穩(wěn)定性。
– 在緊急情況或急速換道等極端轉(zhuǎn)向操作中具有更高的穩(wěn)定性，以減少打滑的危險(xiǎn)。
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