汽车转向系统的基本知识，解析汽车线控转向技术

汽车转向性能是汽车的主要性能之一，转向系统的性能直接影响汽车的操纵稳定性，它在车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件等方面起着重要的作用。如何合理地设计转向系统，使汽车具有良好的操纵性能，是设计人员的重要研究课题。在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。线控转向系统(Steering–By-WireSystem，简称“SBW”)的发展，正迎合这种客观需求。它是继EPS后发展起来的新一代转向系统，具有比EPS操纵稳定性更好的特点，而且它在转向盘和转向轮之间不再采用机械连接，彻底摆脱传统转向系统所固有的限制，给驾驶员带来方便，同时提高了汽车的安全性。

1.汽车线控转向系统的结构

汽车线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和主控制器(ECU)三个主要部分以及自动故障处理系统、电源等辅助系统组成，如图1所示。

图2 汽车线控转向系统的工作原理

二、汽车线控转向系统的特点

1.提高汽车安全性能

1.去除了转向柱等机械连接，完全避免了撞车事故中转向柱对驾驶员的伤害；智能化的ECU根据汽车的行驶状态判断驾驶员的操作是否合理，并做出相应的调整；当汽车处于极限工况时，能够自动对汽车进行稳定控制。当系统中电子部件出现故障后，由于采用冗余和容错技术，系统仍能实现其最基本的转向功能。

2.改善驾驶特性和增强操纵性

基于车速、牵引力控制以及其他相关参数基础上的转向比率(转向盘转角和车轮转角的比值)不断变化。低速行驶时，转向比率低，可以减少转弯或停车时转向盘转动的角度；高速行驶时，转向比率变大，获得更好的直线行驶条件。

3.改善驾驶员的路感

由于转向盘和转向车轮之间元机械连接，驾驶员“路感”通过模拟生成。可以从信号中提出最能够反应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，使转向盘仅向驾驶员提供有用信息，从而为驾驶员提供更为真实的“路感”。

4.增强汽车舒适性

由于消除了机械结构连接，地面的不平和转向轮的不平衡不会传递到转向轴上。从而减缓了驾驶员的疲劳，驾驶员的腿部活动空间和汽车底盘的空间明显增大。

5.体现个性化的设置

可以根据驾驶员的要求设置转向传动比和转向盘反馈力矩，以满足不同驾驶员的要求和适应不同的驾驶环境，与转向相关的驾驶行为都可以通过软件来设置与实现。

1.汽车线控转向系统的发展

德国奔驰公司在19 9 0年开始了前轮线控转向的研究，并 将它开发的线控转向系统应用于概念车F400Carving上。日本 Koyo也开发了线控转向系统，但为了保证系统的安全，仍然保留 了转向盘与转向轮之间的机械部分，即通过离合器连接，当线控 转向失效时通过离合器结合回复到机械转向。宝马汽车公司的概念车BMWZ22，应用了SteerByWire技术，转向盘的转动范围减小到160°，使紧急转向时驾驶员的忙碌程度得到了很大降低。意大利Bertone设计开发的概念车“FILO”，雪铁龙越野车“C-Crosser”，Daimlerchrysler概念车“R129”，都采用了线控转向系统。2003年日本本田公司在纽约国际车展上推出了LexusHPX概念车，该车也采用了线控转向系统，在仪表盘上集成了各种控制功能，实现车辆的自动控制。

我国863计划电动汽车专项首席科学家万钢领衔研发了“线控转向四轮驱动微电动轿车技术”汽车。汽车的4个车轮边上各有一个轮毂电机，通过线传电控技术控制车轮的转向和车速，提高了整车的主动安全性和操纵稳定性。

2.汽车线控转向系统的应用实例

我国长安汽车以长安CX30为平台，将传统的液压转向系统 改装为SBW系统，是国内第一辆装备SBW转向系统并进行了场 地试验的乘用车。系统采用了自主开发的转向盘模块、转向执行模 块以及SBW控制器，实现了转向盘与转向车轮间转矩与位置的耦 合控制，具有可变的转向系统角传动比和力传动比特性，这些特 性可以根据驾驶员的不同需求通过软件进行在线调整。

日产汽车公司生产的英菲尼迪Q50汽车，采用线控主动转 向技术(Direct Adaptive Steering)，改变汽车转向格局，其结 构如图3所示。

图3 英菲尼迪Q50汽车线控主动 转向系统的结构

从图3中不难看出，线控主动转向系统基本上还是延续了传统转向系统的结构。只是增加了一套离合器装置以及三组ECU电子控制单元和一个转向力度回馈器。当车辆启动时，离合装置会自动切断连接，转向的任务交由电控系统。由于采用电子信号控制，其传动响应更为迅速，也更为轻松。此外，由于隔断了传统机械结构的扶持，导致来自路面的颠簸振动感不会传至方向盘，进而使得驾车员能更平稳的把控方向盘。极端复杂路况下，还能减少了因路面反馈过于明显而造成车辆失控等危险。

对于一项新技术的推出，其可靠性、稳定性是我们最为关心的话题。这一点英菲尼迪Q50汽车生产厂家当然也考虑在内。首先，单是处理信号的转向系统ECU就安装了三个。但是不要误解这三个ECU，它们是偕同工作的，其实是一个工作，另两个监控其工作状态。如果出现问题它们会自动接管。其次，就算这三个ECU都失效了，最后还有传统的机械连接可以自动介入，确保汽车的转向功能。