汽车线控转向系统及其应用前景分析
汽车线控转向系统及其应用前景分析[20191208103140]
摘要
线控转向是目前汽车转向系统发展中最新的技术， 它便于和其他系统集成、统一协调控制。汽车线控转向系统取消了方向盘和驱动车轮之间的机械连接，可以自由设计传动比，同时对转向轮进行主动控制，并对随车速变化的参数进行反馈和补偿，从而实现理想的操纵稳定性，提高汽车的转向特性。
本文首先介绍了汽车线控转向技术及其国内外发展现状。其次讲述了线控转向系统的基本结构和工作原理。然后介绍了线控转向技术的关键性技术。最后分析总结出了线控转向系统的应用前景。
关键字:线控转向关键技术应用前景 Automotivewirecontrolsteeringsystemanditsapplicationprospect
目 录
1.绪论 1
1.1汽车线控转向系统介绍 1
1.2汽车线控转向系统的特点 2
1.3汽车线控转向系统的国内外研究现状 4
1.3.1 线控转向系统的国外研究现状 4
1.3.2线控转向系统的国内研究现状 7
2.汽车线控转向系统的组成及原理 8
2.1汽车线控转向系统的组成 8
2.2汽车线控转向系统的原理 9
3.汽车线控转向系统关键性技术 12
3.1汽车线控转向系统的关键性技术 12
3.2汽车线控转向系统的关键技术介绍 12
4.汽车线控转向系统优点及应用前景分析 16
4.1汽车线控转向系统的优点 16
4.2汽车线控转向系统的应用前景分析 17
4.3汽车线控转向系统的发展趋势 17
5. 结语 20
致谢 21
参考文献 22
1. 绪论
1.1汽车线控转向系统介绍
线控(X-By-Wire)技术是从航空航天领域中发展起来的一门新技术。由于现在的飞机，飞行器(如火箭、航天飞机)的飞行速度越来越快，传统的飞行控制系统己经满足不了其控制要求，使得线控转向技术得以快速发展。一般来讲，线控转向技术就是利用信号，通过电线或者电缆实现对操作对象的运动进行控制的一门新技术。
汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，转向系统的性能直接决定了汽车的操纵稳定性。现在主流水平的汽车转向系统都是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员转动方向盘，通过转向器和一系列的机械杆件传递到转向车轮而实现的。而更为先进的汽车线控转向装置，如图1-1所示，就是取消了转向盘与转向轮之间的机械连接（转向盘和转向轮之间通过电线连接），完全由电线（电信号）传递转向意图实现转向。线控转向系统占据空间小，发生碰撞时可以减少对驾驶员的伤害；同时路况较差时，会过滤掉比较强烈的路面震动，根据条件给驾驶员提供最好的路感，最合理化的实现驾驶员的转向意图，并在车辆受到干扰或处于紧急情况时代替驾驶员操作，实现主动安全性。
图1-1 汽车线控转向装置
1.2 汽车线控转向系统的特点
汽车线控转向系统其主要性能特点如下：
（1）转向效率高，响应时间短。线控转向系统可以通过车载电脑ECU从数据总线得到几乎所有的数据信息，然后在在瞬时转动指令下，立即给转向车轮提供最合理的转向动力，从而大大减少了整个转向系统的响应时间，提高了转向效率。
（2）汽车可以实现稳定性操作不断提升：通过研究可以随意设计需要的传动比，其转向体系可以提升汽车的操作功能，不过从普通意义上来说电动转向因为存在机械性的连接，所以对这一要求难以满足。线控转向体系可以运用前轮转向实现监控，通过DYC实现体系监控。而且可以实现主动安全性设施诸如ABS、防碰撞、自动导航及汽车动力学监控和自动驾驶等性能融合，提升汽车的整体性稳定性。
（3）汽车的直线行驶性能得到提高：在传统的转向系统中，由于没有伺服角度机制，所以存在中间死区范围，很多时候都需要驾驶员手段调整方向才能使汽车一直直线行驶。而在线控转向系统中，汽车直线行驶时，参考的角度是以直线行驶的角度为伺服角度，因此能够一直保持直线行驶。
（4）驾驶员“路感”设计更真实：在我们日常使用的汽车转向系统中，驾驶员在转动方向盘时需要克服两种力：回正力矩和摩擦力矩。而驾驶员能够通过回正力矩感知到来自前轮侧向力的信息，从而了解到汽车的运动状态，比如车轮与路面的附着状态，也就是所谓的路感。而在线控转向系统中，由于转向盘与转向轮之间是取消了机械性的连接，所以驾驶员获得“路感”时没有了传统转向系统中摩擦力矩的干扰，显得更加真实。当然还可以根据实际情况，过滤掉一些干扰信息，给驾驶员提供最合适的路感。
（5）安全性能得到提高：传统转向系统中，由于存在机械连接使得方向盘后移，在出现撞车事件时，转向盘会给驾驶员带来伤亡。但是在线控转向体系中，其转向盘及转向轮间通过电线连接，既降低了车辆撞击的可能性，也减少了机械部件和方向盘给驾驶员带来的损害。
（6）汽车的设计与制造灵活性得到提高：因为线控转向体系实现对转向盘及转向轮间的机械化衔接，不仅能减少安装空间，同时也能依据不同国家在法律规范上的运用来完成转向盘的改造。
图1-2线控概念车的内部空间
（7）汽车智能化程度得到提高，如图1-2就是一辆通过线控实现智能的一辆概念车。汽车智能性对于汽车设计来说需要进行目标追寻，对于线控转向体系的转向监控单元，可以对汽车上其它传感器信号进行转换，这就使得线控转向系统整体运行状况更加完善，运用相应的算法，实现稳定性操纵，采取相应的动作以避免意外事故的发生。
（8）当然，作为新技术，线控转向系统也有其局限性，比如驾驶习惯不适应、路感一致性问题、高成本问题、电源高能耗问题、电磁干扰、器件失效、软件程序设计缺陷等等。一旦线控系统（尤其电路）发生故障而且又没有冗余的机械装置就会导致严重的后果（转向失灵甚至是发生车祸）。所以，线控转向技术和其它一些线控技术一样，突破点在于系统的安全性和可靠性。像2010年丰田汽车发生的“召回门”事件，就是因为线控油门系统中的踏板传感器输出信号偏大，致使汽车发生突然加油加速的弊端。
1 .3 汽车线控转向系统的国内外研究现状
1.3.1 汽车线控转向系统的国外研究现状
上世纪50年代，世界上一些知名转向系统开发公司就开始了深入研究，取消了转向盘与转向车轮之间的机械连接，转而用电信号控制；六十年代末，德国Kas等也设计了通过电信号控制的主动转向系统，也就是线控转向系统。但受到了当时计算机技术水平和电子技术水平的约束，所以一直无法在车上安装线控转向系统，也无法对其进行更深层次的研究。
就奔驰公司来说，在1992年正式决定开始深入研发前轮的线控转向系统，并将其成功创造出来运用在F400概念车上。但由奔驰公司与德国凯撒斯劳滕(Kaisers lantern)大学所共同研发的样机于实验室进行测试后显示：样子可以在相同时间内允许单个传感器问题和单个执行器问题的存在。而在欧洲，对于车辆的安全性能方面，Brite-EuRam也做了容错系统上的一定研究，并制造出了线控转向的试验机，对该理念的可信性进行了较好的证明。此外，ZF和奔驰于2002年的9月将他们所研发的线孔转向系统在由法兰克福所举办的车展会上进行了展示。
至此之后，全世界范围内的所有知名汽车公司都开始了对汽车线控转向系统进行较为深入的探讨和研究，如宝马公司、捷泰克公司、本田公司等。当前，在线控转向系统上，已经有很多的汽车企业都研发成功了。同时，在世界上有名的那些汽车公司，也已将自己所开发的线控转向系统投入到了他们的汽车生产中。而对于ZF公司来说，其也在1998年主动加快了研发线控转向系统进程。
2003年，意大利博通汽车在第71届国际汽车展览会中，展现了设计思想及研发上的全新概念。其FILO，运用了“drive-by-wire”体系，驾驶动作都可以在信号传送过程中实现，其运用的主要是操纵杆的转向性，同时运用了全新的42V供电体系。
除此之外，日本日产公司同样开发出一种名为DAS线控转向系统。这个系统总共分三部分：一个主控制器、一个转向执行、一个路感电机。其中仍保留了离合器连接，机械系统成为了应急部分，如果线控转向出现了问题，通过与离合器一块使用也能变成机械转向。通过大量的实验研究，他们得出了一个结论：与传统转向系统的汽车相比，线控转向系统的汽车在进行光滑雪地实验的时候更容易按照原来的状态行驶，并且依旧能够进行蛇行、移线，并且路线追踪性能更加优越。如果在对开路面进行对制动能力的测验，汽车基本能保持直线行驶，制动距离也比原来减少了很长一段。并且，汽车的反应时间缩短，响应能力提高，减轻了驾驶员的负担，提高了驾车的安全性。因此该技术荣获20世纪技术进步奖。
美国德尔福公司也成功研发出前轮线控转向系统和四轮线控转向系统，并且在加州高速公路系统中投入运用。1997年德尔福公司与意大利菲亚特公司共同签订合同，合同中同意把此系统应用在小型车的线控系统转向研制中。德尔福公司又于2002年上半年，与欧美等汽车生产商签订相关合同。
在欧洲，以博世为首的电子公司，以沃尔沃， 福特，菲亚特和戴姆勒-克莱斯勒为首的汽车公司和一些著名大学联合发起一项与转向系统安全性和可靠性有关的研究，并命名为“X-by-wire计划”。
Daimler-Chrysler汽车公司率先开发出一种电子驱动概念车，名字是“8129”。这辆车采用被列为2000年汽车十大新技术之一的Drive-by-wire技术，它的特点是完全采用操纵杆手动控制车辆，取消了制动踏板、加速踏板和转向盘，简化了驾驶员的操作，大大降低了驾驶员的操作难度。
图1-3 通用线控燃料电池概念车
又于2005年9月，通用公司首次在巴黎车展上展出汽车线控燃料电池车如图1-3中所展示。Hy-wire，Hy-wire是Hydrogen与by-wire的组合，意思就是氢燃料驱动—线控，Hy-wire车与其他车不同的是它的驱动和操控系统全都装在了地盘里。车里只有一款叫X-drive电子操控面板，这个面板可以随意放置，可以选择安置在汽车的左侧或者右侧。当驾驶员转动控制手柄，传感器接收到手柄发车的表示该动作的数字信号，汽车就能根据驾驶员的实际操作进行转向。另外为了减轻车身质量，这款车省掉了液压与机械之间的连接装置，就连维护工作也进行了简化。Hy-wire采用线传电子控制系统，完全摒弃与传统的机械操控方式，由此，有关于的车身的整体设计都发生了翻天覆地的变化。日本丰田公司在06年的纽约国际车展上首次亮相的雷克萨斯HPX概念车，如图1-4，就是采用的线控转向系统，把各种控制按键全部集中在了仪表盘上，实现了汽车的自动控制。
图1-4 Lexus HPX概念车
1.3.2汽车线控转向系统的国内研究现状
在我国，也一直对线控转向系统的相关方面进行研究。比如上海大众汽车有限公司联合吉林大学魏宏、宗长富以及江苏大学何仁等人一起对电子转向系统方面进行了深入研究。通过对国外电子转向技术的研究，他们展开了一项综述，其中阐述了电子转向系统的关键技术、存在问题及解决方法，重点介绍了汽车电子转向系统的结构以及系统性能特点，同时还展望了电子转向系统的未来发展。2008年工业博览会上，同济大学展出“春晖三号”电动车，其转向器与转向盘之间就是采用的线控转向技术。又有北理工大学的于蕾艳等通过研究发表声明称，线控转向技术完全可以实现主动转向。传统转向系统只能通过对汽车本身物理特性的改变而改变操作特性，但是线控转向就可以完全利用车辆自身反馈机制，通过改变虚拟的轮胎侧偏刚度来实现对驾驶员的操作输入，线控激素既提高了驾驶员的安全性，又提高了汽车自身的操作稳定性。江苏大学的罗石在反复研究单一转向盘转动角度反馈控制机制，终于确定了回正力矩与转向盘角度的关系。武汉理工大学刘永则在电子转向系统的工作原理、基本结构和性能方面仔细专研，提出了一个理论：线控转向系统是通过控制转向执行电机和路感模拟器，实现对整个系统的转向。在直流电动机规划电磁施力器中，输出力矩的改变是随着电流的改变而改变的，输出力矩与电流成正比。要想实现转向随动以及转向回正，可以选择控制直流电机的电流。汽车行驶过程中需要的“路感”是可以由控制电磁施力器的电流实现的。如果想要确定转向系统的转向问题，可以先了解目标电流的计算算法，再重点研究模糊PID和PID控制算法，最后进行仿真实验。
2. 汽车线控转向系统的组成及原理
2.1汽车线控转向系统的组成
汽车线控转向主要分为三类：四轮线控转向、前轮线控转向、后轮线控转向。而平时我们使用的商用车，一般就是采用前轮线控转向。在没有特意研究自动防故障系统的前提下，研究线控转向系统的试验结构，主要包括三个主要部分，即转向执行总成、转向盘总成、主控制器这三个主要部分。另外电源、自动防故障系统等辅助类型的系统也是其重要组成部分。不同的分析设计结构对应于不同的研究侧重点。本文研究的线控转向系统试验结构图如图2-1所示，下面通过介绍转向盘总成、转向执行总成、主控制器、自动防故障系统、电源等，简要阐述线控转向系统的基本结构。
图2-1线控转向系统结构图
（1）转向盘总成包括转向盘组件、转向盘转角传感器、力矩传感器、转向盘回正力矩电机。其功能就是通过测量转向盘转角并将其转换成可控制的数字信号传到ECU，同时ECU向转向操纵机构发送控制指令，在转向盘上产生合适的回正力矩，从而给驾驶员提供准确的路感。
（2）前轮转向模块包括前轮转角传感器、转向执行电机、电机控制器和前轮转向组件等。其功能是将测到的转角信息传递给ECU，并接受ECU的命令，控制转向电机转到需要的转角，实现驾驶员的转向意图。
（3）主控制器的功用是分析处理各模块发送过来的车辆信息，并且判断汽车当前的运动状态，然后向转向盘回正力矩电机和转向电机发送命令，控制两个电机协调工作。主控制器还可以针对当前汽车的状态对驾驶员的转向操作指令进行分析，判断其是否合理。当汽车处于非正常行驶或驾驶员发出错误指令时，前轮线控转向系统就会自动忽略掉驾驶员错误的转向操作，以提前设定好的合理安全的方式自动驾驶车辆，使汽车尽快恢复到稳定状态。
（4）自动防故障系统是线控转向系统中的一个重要组成模块，它通过一系列的监控和实施算法，针对不同的汽车故障做出合适的处理，最合理安全的保持汽车的稳定状态。线控转向技术采用严密的故障检测和处理逻辑，以最大程度地提高汽车安全性能。
（5）电源系统承担着控制器、4个执行马达(双前桥系统)以及其它车载电器（比如空调）的供电任务，其中仅前轮转角执行马达的最大功率就有700W左右，再加上其它的车载电子设备，电源的负担十分沉重。所以电源的性能对保证电网在大负荷下的稳定工作非常重要。
摘要
线控转向是目前汽车转向系统发展中最新的技术， 它便于和其他系统集成、统一协调控制。汽车线控转向系统取消了方向盘和驱动车轮之间的机械连接，可以自由设计传动比，同时对转向轮进行主动控制，并对随车速变化的参数进行反馈和补偿，从而实现理想的操纵稳定性，提高汽车的转向特性。
本文首先介绍了汽车线控转向技术及其国内外发展现状。其次讲述了线控转向系统的基本结构和工作原理。然后介绍了线控转向技术的关键性技术。最后分析总结出了线控转向系统的应用前景。
关键字:线控转向关键技术应用前景 Automotivewirecontrolsteeringsystemanditsapplicationprospect
目 录
1.绪论 1
1.1汽车线控转向系统介绍 1
1.2汽车线控转向系统的特点 2
1.3汽车线控转向系统的国内外研究现状 4
1.3.1 线控转向系统的国外研究现状 4
1.3.2线控转向系统的国内研究现状 7
2.汽车线控转向系统的组成及原理 8
2.1汽车线控转向系统的组成 8
2.2汽车线控转向系统的原理 9
3.汽车线控转向系统关键性技术 12
3.1汽车线控转向系统的关键性技术 12
3.2汽车线控转向系统的关键技术介绍 12
4.汽车线控转向系统优点及应用前景分析 16
4.1汽车线控转向系统的优点 16
4.2汽车线控转向系统的应用前景分析 17
4.3汽车线控转向系统的发展趋势 17
5. 结语 20
致谢 21
参考文献 22
1. 绪论
1.1汽车线控转向系统介绍
线控(X-By-Wire)技术是从航空航天领域中发展起来的一门新技术。由于现在的飞机，飞行器(如火箭、航天飞机)的飞行速度越来越快，传统的飞行控制系统己经满足不了其控制要求，使得线控转向技术得以快速发展。一般来讲，线控转向技术就是利用信号，通过电线或者电缆实现对操作对象的运动进行控制的一门新技术。
汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，转向系统的性能直接决定了汽车的操纵稳定性。现在主流水平的汽车转向系统都是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员转动方向盘，通过转向器和一系列的机械杆件传递到转向车轮而实现的。而更为先进的汽车线控转向装置，如图1-1所示，就是取消了转向盘与转向轮之间的机械连接（转向盘和转向轮之间通过电线连接），完全由电线（电信号）传递转向意图实现转向。线控转向系统占据空间小，发生碰撞时可以减少对驾驶员的伤害；同时路况较差时，会过滤掉比较强烈的路面震动，根据条件给驾驶员提供最好的路感，最合理化的实现驾驶员的转向意图，并在车辆受到干扰或处于紧急情况时代替驾驶员操作，实现主动安全性。
图1-1 汽车线控转向装置
1.2 汽车线控转向系统的特点
汽车线控转向系统其主要性能特点如下：
（1）转向效率高，响应时间短。线控转向系统可以通过车载电脑ECU从数据总线得到几乎所有的数据信息，然后在在瞬时转动指令下，立即给转向车轮提供最合理的转向动力，从而大大减少了整个转向系统的响应时间，提高了转向效率。
（2）汽车可以实现稳定性操作不断提升：通过研究可以随意设计需要的传动比，其转向体系可以提升汽车的操作功能，不过从普通意义上来说电动转向因为存在机械性的连接，所以对这一要求难以满足。线控转向体系可以运用前轮转向实现监控，通过DYC实现体系监控。而且可以实现主动安全性设施诸如ABS、防碰撞、自动导航及汽车动力学监控和自动驾驶等性能融合，提升汽车的整体性稳定性。
（3）汽车的直线行驶性能得到提高：在传统的转向系统中，由于没有伺服角度机制，所以存在中间死区范围，很多时候都需要驾驶员手段调整方向才能使汽车一直直线行驶。而在线控转向系统中，汽车直线行驶时，参考的角度是以直线行驶的角度为伺服角度，因此能够一直保持直线行驶。
（4）驾驶员“路感”设计更真实：在我们日常使用的汽车转向系统中，驾驶员在转动方向盘时需要克服两种力：回正力矩和摩擦力矩。而驾驶员能够通过回正力矩感知到来自前轮侧向力的信息，从而了解到汽车的运动状态，比如车轮与路面的附着状态，也就是所谓的路感。而在线控转向系统中，由于转向盘与转向轮之间是取消了机械性的连接，所以驾驶员获得“路感”时没有了传统转向系统中摩擦力矩的干扰，显得更加真实。当然还可以根据实际情况，过滤掉一些干扰信息，给驾驶员提供最合适的路感。
（5）安全性能得到提高：传统转向系统中，由于存在机械连接使得方向盘后移，在出现撞车事件时，转向盘会给驾驶员带来伤亡。但是在线控转向体系中，其转向盘及转向轮间通过电线连接，既降低了车辆撞击的可能性，也减少了机械部件和方向盘给驾驶员带来的损害。
（6）汽车的设计与制造灵活性得到提高：因为线控转向体系实现对转向盘及转向轮间的机械化衔接，不仅能减少安装空间，同时也能依据不同国家在法律规范上的运用来完成转向盘的改造。
图1-2线控概念车的内部空间
（7）汽车智能化程度得到提高，如图1-2就是一辆通过线控实现智能的一辆概念车。汽车智能性对于汽车设计来说需要进行目标追寻，对于线控转向体系的转向监控单元，可以对汽车上其它传感器信号进行转换，这就使得线控转向系统整体运行状况更加完善，运用相应的算法，实现稳定性操纵，采取相应的动作以避免意外事故的发生。
（8）当然，作为新技术，线控转向系统也有其局限性，比如驾驶习惯不适应、路感一致性问题、高成本问题、电源高能耗问题、电磁干扰、器件失效、软件程序设计缺陷等等。一旦线控系统（尤其电路）发生故障而且又没有冗余的机械装置就会导致严重的后果（转向失灵甚至是发生车祸）。所以，线控转向技术和其它一些线控技术一样，突破点在于系统的安全性和可靠性。像2010年丰田汽车发生的“召回门”事件，就是因为线控油门系统中的踏板传感器输出信号偏大，致使汽车发生突然加油加速的弊端。
1 .3 汽车线控转向系统的国内外研究现状
1.3.1 汽车线控转向系统的国外研究现状
上世纪50年代，世界上一些知名转向系统开发公司就开始了深入研究，取消了转向盘与转向车轮之间的机械连接，转而用电信号控制；六十年代末，德国Kas等也设计了通过电信号控制的主动转向系统，也就是线控转向系统。但受到了当时计算机技术水平和电子技术水平的约束，所以一直无法在车上安装线控转向系统，也无法对其进行更深层次的研究。
就奔驰公司来说，在1992年正式决定开始深入研发前轮的线控转向系统，并将其成功创造出来运用在F400概念车上。但由奔驰公司与德国凯撒斯劳滕(Kaisers lantern)大学所共同研发的样机于实验室进行测试后显示：样子可以在相同时间内允许单个传感器问题和单个执行器问题的存在。而在欧洲，对于车辆的安全性能方面，Brite-EuRam也做了容错系统上的一定研究，并制造出了线控转向的试验机，对该理念的可信性进行了较好的证明。此外，ZF和奔驰于2002年的9月将他们所研发的线孔转向系统在由法兰克福所举办的车展会上进行了展示。
至此之后，全世界范围内的所有知名汽车公司都开始了对汽车线控转向系统进行较为深入的探讨和研究，如宝马公司、捷泰克公司、本田公司等。当前，在线控转向系统上，已经有很多的汽车企业都研发成功了。同时，在世界上有名的那些汽车公司，也已将自己所开发的线控转向系统投入到了他们的汽车生产中。而对于ZF公司来说，其也在1998年主动加快了研发线控转向系统进程。
2003年，意大利博通汽车在第71届国际汽车展览会中，展现了设计思想及研发上的全新概念。其FILO，运用了“drive-by-wire”体系，驾驶动作都可以在信号传送过程中实现，其运用的主要是操纵杆的转向性，同时运用了全新的42V供电体系。
除此之外，日本日产公司同样开发出一种名为DAS线控转向系统。这个系统总共分三部分：一个主控制器、一个转向执行、一个路感电机。其中仍保留了离合器连接，机械系统成为了应急部分，如果线控转向出现了问题，通过与离合器一块使用也能变成机械转向。通过大量的实验研究，他们得出了一个结论：与传统转向系统的汽车相比，线控转向系统的汽车在进行光滑雪地实验的时候更容易按照原来的状态行驶，并且依旧能够进行蛇行、移线，并且路线追踪性能更加优越。如果在对开路面进行对制动能力的测验，汽车基本能保持直线行驶，制动距离也比原来减少了很长一段。并且，汽车的反应时间缩短，响应能力提高，减轻了驾驶员的负担，提高了驾车的安全性。因此该技术荣获20世纪技术进步奖。
美国德尔福公司也成功研发出前轮线控转向系统和四轮线控转向系统，并且在加州高速公路系统中投入运用。1997年德尔福公司与意大利菲亚特公司共同签订合同，合同中同意把此系统应用在小型车的线控系统转向研制中。德尔福公司又于2002年上半年，与欧美等汽车生产商签订相关合同。
在欧洲，以博世为首的电子公司，以沃尔沃， 福特，菲亚特和戴姆勒-克莱斯勒为首的汽车公司和一些著名大学联合发起一项与转向系统安全性和可靠性有关的研究，并命名为“X-by-wire计划”。
Daimler-Chrysler汽车公司率先开发出一种电子驱动概念车，名字是“8129”。这辆车采用被列为2000年汽车十大新技术之一的Drive-by-wire技术，它的特点是完全采用操纵杆手动控制车辆，取消了制动踏板、加速踏板和转向盘，简化了驾驶员的操作，大大降低了驾驶员的操作难度。
图1-3 通用线控燃料电池概念车
又于2005年9月，通用公司首次在巴黎车展上展出汽车线控燃料电池车如图1-3中所展示。Hy-wire，Hy-wire是Hydrogen与by-wire的组合，意思就是氢燃料驱动—线控，Hy-wire车与其他车不同的是它的驱动和操控系统全都装在了地盘里。车里只有一款叫X-drive电子操控面板，这个面板可以随意放置，可以选择安置在汽车的左侧或者右侧。当驾驶员转动控制手柄，传感器接收到手柄发车的表示该动作的数字信号，汽车就能根据驾驶员的实际操作进行转向。另外为了减轻车身质量，这款车省掉了液压与机械之间的连接装置，就连维护工作也进行了简化。Hy-wire采用线传电子控制系统，完全摒弃与传统的机械操控方式，由此，有关于的车身的整体设计都发生了翻天覆地的变化。日本丰田公司在06年的纽约国际车展上首次亮相的雷克萨斯HPX概念车，如图1-4，就是采用的线控转向系统，把各种控制按键全部集中在了仪表盘上，实现了汽车的自动控制。
图1-4 Lexus HPX概念车
1.3.2汽车线控转向系统的国内研究现状
在我国，也一直对线控转向系统的相关方面进行研究。比如上海大众汽车有限公司联合吉林大学魏宏、宗长富以及江苏大学何仁等人一起对电子转向系统方面进行了深入研究。通过对国外电子转向技术的研究，他们展开了一项综述，其中阐述了电子转向系统的关键技术、存在问题及解决方法，重点介绍了汽车电子转向系统的结构以及系统性能特点，同时还展望了电子转向系统的未来发展。2008年工业博览会上，同济大学展出“春晖三号”电动车，其转向器与转向盘之间就是采用的线控转向技术。又有北理工大学的于蕾艳等通过研究发表声明称，线控转向技术完全可以实现主动转向。传统转向系统只能通过对汽车本身物理特性的改变而改变操作特性，但是线控转向就可以完全利用车辆自身反馈机制，通过改变虚拟的轮胎侧偏刚度来实现对驾驶员的操作输入，线控激素既提高了驾驶员的安全性，又提高了汽车自身的操作稳定性。江苏大学的罗石在反复研究单一转向盘转动角度反馈控制机制，终于确定了回正力矩与转向盘角度的关系。武汉理工大学刘永则在电子转向系统的工作原理、基本结构和性能方面仔细专研，提出了一个理论：线控转向系统是通过控制转向执行电机和路感模拟器，实现对整个系统的转向。在直流电动机规划电磁施力器中，输出力矩的改变是随着电流的改变而改变的，输出力矩与电流成正比。要想实现转向随动以及转向回正，可以选择控制直流电机的电流。汽车行驶过程中需要的“路感”是可以由控制电磁施力器的电流实现的。如果想要确定转向系统的转向问题，可以先了解目标电流的计算算法，再重点研究模糊PID和PID控制算法，最后进行仿真实验。
2. 汽车线控转向系统的组成及原理
2.1汽车线控转向系统的组成
汽车线控转向主要分为三类：四轮线控转向、前轮线控转向、后轮线控转向。而平时我们使用的商用车，一般就是采用前轮线控转向。在没有特意研究自动防故障系统的前提下，研究线控转向系统的试验结构，主要包括三个主要部分，即转向执行总成、转向盘总成、主控制器这三个主要部分。另外电源、自动防故障系统等辅助类型的系统也是其重要组成部分。不同的分析设计结构对应于不同的研究侧重点。本文研究的线控转向系统试验结构图如图2-1所示，下面通过介绍转向盘总成、转向执行总成、主控制器、自动防故障系统、电源等，简要阐述线控转向系统的基本结构。
图2-1线控转向系统结构图
（1）转向盘总成包括转向盘组件、转向盘转角传感器、力矩传感器、转向盘回正力矩电机。其功能就是通过测量转向盘转角并将其转换成可控制的数字信号传到ECU，同时ECU向转向操纵机构发送控制指令，在转向盘上产生合适的回正力矩，从而给驾驶员提供准确的路感。
（2）前轮转向模块包括前轮转角传感器、转向执行电机、电机控制器和前轮转向组件等。其功能是将测到的转角信息传递给ECU，并接受ECU的命令，控制转向电机转到需要的转角，实现驾驶员的转向意图。
（3）主控制器的功用是分析处理各模块发送过来的车辆信息，并且判断汽车当前的运动状态，然后向转向盘回正力矩电机和转向电机发送命令，控制两个电机协调工作。主控制器还可以针对当前汽车的状态对驾驶员的转向操作指令进行分析，判断其是否合理。当汽车处于非正常行驶或驾驶员发出错误指令时，前轮线控转向系统就会自动忽略掉驾驶员错误的转向操作，以提前设定好的合理安全的方式自动驾驶车辆，使汽车尽快恢复到稳定状态。
（4）自动防故障系统是线控转向系统中的一个重要组成模块，它通过一系列的监控和实施算法，针对不同的汽车故障做出合适的处理，最合理安全的保持汽车的稳定状态。线控转向技术采用严密的故障检测和处理逻辑，以最大程度地提高汽车安全性能。
（5）电源系统承担着控制器、4个执行马达(双前桥系统)以及其它车载电器（比如空调）的供电任务，其中仅前轮转角执行马达的最大功率就有700W左右，再加上其它的车载电子设备，电源的负担十分沉重。所以电源的性能对保证电网在大负荷下的稳定工作非常重要。
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