于蕾艷， 伊劍波， 鮑長(zhǎng)勇

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 機(jī)電工程學(xué)院， 山東 青島 266580)

線控轉(zhuǎn)向(Steer by Wire，簡(jiǎn)稱SBW)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上取消了轉(zhuǎn)向人機(jī)接口和轉(zhuǎn)向執(zhí)行裝置之間的機(jī)械連接，且其控制靈活，目前已經(jīng)應(yīng)用在飛機(jī)、汽車、船舶等交通工具及裝載機(jī)等工程機(jī)械的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中[1].隨著電動(dòng)汽車的日益發(fā)展，承載眾多高科技的線控系統(tǒng)獲得了良好的發(fā)展空間，成為國(guó)內(nèi)外科研人員研究的熱點(diǎn).國(guó)外大學(xué)如美國(guó)斯坦福等大學(xué)對(duì)此展開研究.美國(guó)TRW公司、福特公司、Visteon公司、Delphi公司、SKF公司等，德國(guó)ZF公司、韓國(guó)現(xiàn)代汽車公司、日本光洋公司等制造了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的物理樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究.目前可檢索到美國(guó)批準(zhǔn)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的171項(xiàng)專利，歐洲批準(zhǔn)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的95項(xiàng)專利.

自2000年后，國(guó)內(nèi)許多大學(xué)如清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京理工大學(xué)等也針對(duì)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略、實(shí)驗(yàn)等方面展開了研究.吉林大學(xué)基于駕駛模擬器進(jìn)行了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的路感(road feel)反饋研究，長(zhǎng)安大學(xué)進(jìn)行了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)虛擬樣機(jī)、控制器、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，江蘇大學(xué)搭建了線控轉(zhuǎn)向硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，北京工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了FlexRay通信試驗(yàn).國(guó)內(nèi)企業(yè)方面主要是奇瑞汽車研究院開展了軟硬件的研制，并申請(qǐng)了一些相關(guān)專利.專利數(shù)據(jù)庫(kù)可檢索到30項(xiàng)中國(guó)相關(guān)專利.

隨著高速公路發(fā)展和汽車速度不斷提高,轉(zhuǎn)向路感受到了越來(lái)越多的關(guān)注[2].轉(zhuǎn)向盤力反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制是線控系統(tǒng)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一.通過(guò)觸感裝置設(shè)計(jì)和路感反饋控制算法可以獲得良好的駕駛感覺.

1 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感反饋的典型結(jié)構(gòu)及路感的機(jī)理

1.1 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感反饋的典型結(jié)構(gòu)

根據(jù)作用的原理不同，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向盤阻力矩的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有基于電機(jī)提供力反饋、基于磁流變液、操縱桿、基于液壓作用等多種結(jié)構(gòu)形式.

1.1.1 基于電機(jī)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感反饋裝置

圖1為執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電機(jī)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，電機(jī)可采用無(wú)刷電機(jī).圖1中，轉(zhuǎn)向柱的一端與轉(zhuǎn)向盤連接，另一端與電機(jī)的蝸桿傳動(dòng)減速器中的蝸輪連接，蝸桿與電機(jī)輸出軸連接.主控制單元發(fā)送轉(zhuǎn)向盤反饋力矩目標(biāo)值到力反饋電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，控制電機(jī)的輸出力矩，調(diào)節(jié)路感的大小[3].

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制系統(tǒng)框圖如圖2所示.圖2中，主控制單元綜合左右橫拉桿力信號(hào)，進(jìn)行力矩值查表，產(chǎn)生目標(biāo)轉(zhuǎn)向盤反饋力矩值輸出到轉(zhuǎn)向盤執(zhí)行機(jī)構(gòu).

1.1.2 基于磁流變液的可調(diào)路感反饋裝置

利用磁流變液體具有“液”、“固”態(tài)瞬間轉(zhuǎn)換的可逆性和可控性對(duì)阻尼力實(shí)施控制，能量消耗較低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、可靠性高.文獻(xiàn)[4]進(jìn)行了低成本的磁流變液的測(cè)試、討論，證明其滿足力反饋安全可靠的需要[4].

1.轉(zhuǎn)向柱；2.力反饋電機(jī)；3.電機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器；4.力反饋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；5.主控制單元；6.轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；7.轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器；8.轉(zhuǎn)向電機(jī)；9.絲杠傳動(dòng)；10.車速傳感器；11.蝸桿傳動(dòng)減速器圖1 基于電機(jī)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.轉(zhuǎn)向盤執(zhí)行機(jī)構(gòu)；2.轉(zhuǎn)向盤力矩傳感器；3.轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器；4.轉(zhuǎn)向盤力反饋總成；5.車速傳感器；6.車速信號(hào)；7.前輪轉(zhuǎn)角目標(biāo)值；8.車輪轉(zhuǎn)向單元；9.左橫拉桿力信號(hào)；10.右橫拉桿力信號(hào)；11.主控制單元；12.力矩目標(biāo)值；13.轉(zhuǎn)向盤力矩信號(hào)；14.轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)；15.左橫拉桿力傳感器；16.右橫拉桿力傳感器；17.車輪轉(zhuǎn)角傳感器圖2 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制系統(tǒng)框圖

如圖3所示，基于磁流變液的新型轉(zhuǎn)向盤觸感反饋裝置包括磁流變液、線圈、轉(zhuǎn)子、控制器等.轉(zhuǎn)向盤通過(guò)轉(zhuǎn)向軸與磁流變液觸感反饋裝置連接.殼里充滿磁流變液，轉(zhuǎn)子對(duì)磁流變液的機(jī)械阻力、粘度敏感.可采用遺傳算法進(jìn)行磁流變阻尼器阻尼力與位移和速度的非線性模型參數(shù)識(shí)別.

1.轉(zhuǎn)子；2.線圈；3.磁流變液；4.轉(zhuǎn)子；5.殼；6.轉(zhuǎn)向軸；7.轉(zhuǎn)向柱罩；8. 葉片圖3 基于磁流變液的路感反饋裝置結(jié)構(gòu)示意

基于磁流變液的可調(diào)路感反饋裝置工作原理見圖4.控制單元接收轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩或位置等傳感器的信號(hào)，控制線圈中的電流變化，進(jìn)而控制產(chǎn)生的磁場(chǎng)，磁流變液的粘度隨磁場(chǎng)變化而變化.增加磁流變液的粘度時(shí)，轉(zhuǎn)子自由旋轉(zhuǎn)的阻力增加，駕駛員手把在轉(zhuǎn)向盤上時(shí)感受到手運(yùn)動(dòng)阻力的變化[5].

圖4磁流變液的路感反饋裝置的控制示意圖

1.1.3 采用操縱桿的轉(zhuǎn)向盤力反饋裝置

僅通過(guò)電子信號(hào)就可駕駛車輛，也為替代現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向盤、踏板而開發(fā)新型的人機(jī)界面提供了機(jī)會(huì).例如操縱桿上面設(shè)計(jì)有加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向的按鈕，對(duì)于有身體障礙的人士駕駛車輛有意義[6].通過(guò)駕駛員的力輸入，向線控系統(tǒng)ECU發(fā)送力信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)駕駛時(shí)同時(shí)轉(zhuǎn)向、制動(dòng)或加速的作用.其操縱手柄可以在支撐座上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，在操縱桿底面的前后左右四個(gè)位置處采集力的信號(hào)，力的大小通過(guò)膜片彈簧的變形來(lái)體現(xiàn)，進(jìn)而通過(guò)應(yīng)變片的測(cè)量，得出此時(shí)駕駛員施加的力，通過(guò)系統(tǒng)ECU可以計(jì)算得到駕駛員所需要的轉(zhuǎn)角和加速或者制動(dòng)的意圖[7].

1.2 路感的機(jī)理

路感是駕駛者通過(guò)汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)感受到的來(lái)自路面的反饋.反饋包括由車輛的向心加速度引起的作用在車輛輪胎上的側(cè)偏力的變化等和反映為作用于方向盤上的操舵力的變化等.路感反映轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的逆效率[2].

在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)向力完全由駕駛員的手動(dòng)操舵力矩構(gòu)成，路感與反饋成正比關(guān)系.而線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于斷開了轉(zhuǎn)向盤-人機(jī)接口和轉(zhuǎn)向執(zhí)行裝置之間的機(jī)械連接，所以需要人為地向駕駛員提供轉(zhuǎn)向時(shí)的阻力，使得駕駛員獲得可靠的路感.該路感可獨(dú)立于反饋進(jìn)行優(yōu)化而靈活控制.

2 汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感反饋的控制算法

針對(duì)不同的汽車、不同的道路使用條件設(shè)置相應(yīng)的路感反饋算法.例如，希望直線行駛或在微小的轉(zhuǎn)向角范圍內(nèi)行駛具有強(qiáng)的路感.

2.1 基于車速的路感反饋控制

2.1.1 車速感應(yīng)型路感反饋控制

圖5表示了不同車速、不同轉(zhuǎn)向盤輸入力矩下，力反饋電機(jī)的輸出電流大小(其中：T為駕駛員輸入的轉(zhuǎn)向盤力矩；I為力反饋電機(jī)的電流；Ta、Tmax為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的閾值).力反饋電機(jī)的力特性指電動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力隨汽車運(yùn)動(dòng)狀況和受力狀況發(fā)生變化而變化的規(guī)律，應(yīng)綜合考慮轉(zhuǎn)向輕便性和路感靈敏性的要求確定力反饋電機(jī)的力特性.在原地轉(zhuǎn)向或低速轉(zhuǎn)向時(shí)，即當(dāng)轉(zhuǎn)向阻力比較大時(shí)，為了降低駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，電流應(yīng)稍小一些；隨著車速的增大，即當(dāng)轉(zhuǎn)向阻力比較小時(shí)，為了保持良好的路感，應(yīng)輸出較大一點(diǎn)的電流；在車輪轉(zhuǎn)向阻力從0到一定值時(shí)，電機(jī)電流應(yīng)上升迅速，以保證電機(jī)良好的起動(dòng)；相反，當(dāng)轉(zhuǎn)向阻力達(dá)到一定的范圍內(nèi)，電機(jī)電流上升應(yīng)比較緩慢，以保證良好的路感[8].

2.1.2 基于車速等補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)向力反饋控制

如圖6所示，力反饋?zhàn)酉到y(tǒng)包括轉(zhuǎn)向盤執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制器、輪胎回正力傳感器等.控制器預(yù)先儲(chǔ)存了一系列以輪胎回正力傳感器的監(jiān)測(cè)信號(hào)b為參數(shù)的函數(shù).根據(jù)b值，選擇最優(yōu)函數(shù).根據(jù)輸入的檢測(cè)信號(hào)和所選擇的函數(shù)，計(jì)算出驅(qū)動(dòng)信號(hào)c輸出到轉(zhuǎn)向盤執(zhí)行機(jī)構(gòu).

圖5 力反饋電機(jī)的輸出力特性

圖6 進(jìn)行車速等補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)向力反饋控制示意圖

圖7 轉(zhuǎn)向盤反饋力-輪胎力的函數(shù)關(guān)系

圖8 轉(zhuǎn)向盤反饋力與車速和輪胎力的關(guān)系

圖 7為轉(zhuǎn)向盤反饋力-輪胎力的函數(shù)關(guān)系，轉(zhuǎn)向盤反饋力-輪胎力的函數(shù)關(guān)系分為3個(gè)區(qū)間.圖8中，聯(lián)合運(yùn)用車速傳感器和輪胎力傳感器檢測(cè)車輛的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行車速補(bǔ)償保持車輛穩(wěn)定.車速低于某預(yù)定值時(shí)，轉(zhuǎn)向盤反饋力增加；車速高于某預(yù)定值時(shí)，轉(zhuǎn)向盤反饋力減少[9].另外，可以增加基于其它傳感器的補(bǔ)償，如轉(zhuǎn)向盤反饋力、操縱加速度、環(huán)境溫度、路面干濕情況等，增加相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系.

2.2 基于駕駛員控制力和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的路感反饋

文獻(xiàn)[10]根據(jù)駕駛員的控制力和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角2個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)了路感控制策略，設(shè)計(jì)了模糊PID控制器實(shí)時(shí)控制路感模擬電機(jī)，低速轉(zhuǎn)向輕便，高速轉(zhuǎn)向清晰穩(wěn)定.

2.3 基于車輛模型和觀測(cè)器的路感反饋

2.3.1 基于電流傳感器的路感反饋

文獻(xiàn)[11]采用便宜簡(jiǎn)單的電流傳感器直接測(cè)量電機(jī)電流，可間接測(cè)量作用在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上的轉(zhuǎn)向力矩.該轉(zhuǎn)向力矩包括了道路條件、回正力矩、輪胎特性等的影響.根據(jù)轉(zhuǎn)向盤運(yùn)動(dòng)的頻率特性、基于力矩圖方法改善線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能.基于LabVIEW的仿真驗(yàn)證了該方法容易實(shí)現(xiàn)真實(shí)的駕駛感覺，改善了穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向盤的回正能力.

2.3.2 基于虛擬車輛參考模型和觀測(cè)器估計(jì)的路感反饋

輪胎與地面相互作用、車輛動(dòng)力學(xué)等產(chǎn)生的道路反饋信息對(duì)于路感反饋的質(zhì)量非常重要.但由于力傳感器成本高、魯棒性差，所以可以采用輪胎力估計(jì)方法.文獻(xiàn)[12]將摩擦力建模為隨機(jī)Gauss-Markov過(guò)程，設(shè)計(jì)了擴(kuò)展卡爾曼濾波器估計(jì)輪胎阻力矩.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性.

文獻(xiàn)[13]建立了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的模型，得到了轉(zhuǎn)向回正力矩的公式，利用二自由度整車模型作為虛擬車輛參考模型估計(jì)產(chǎn)生駕駛員熟悉的力反饋.

非線性跟蹤控制器根據(jù)觀測(cè)器提供與輪胎-道路的回正力矩成比例的可調(diào)力反饋.不需利用力矩傳感器測(cè)量力矩.在不同駕駛工況下驗(yàn)證了路感反饋控制器的性能[14].

2.4 基于駕駛員喜好的可配置路感反饋

文獻(xiàn)[15]研究了滿足客戶喜好的多模式人機(jī)界面，提供了可調(diào)增益，允許強(qiáng)調(diào)不同反饋因素，如轉(zhuǎn)向剛度、阻尼、回正力矩、極限位置、靜摩擦等.評(píng)價(jià)了控制、自信，容易操縱，安全性.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和主觀、客觀駕駛員在回路結(jié)果表明，利用可配置力反饋方法改善了駕駛員的感覺.

文獻(xiàn)[16]基于中國(guó)駕駛員轉(zhuǎn)向力喜好函數(shù)進(jìn)行了路感的優(yōu)化.轉(zhuǎn)向力是車速、側(cè)向加速度的函數(shù).轉(zhuǎn)向力隨車速、側(cè)向加速度增加而增加，加速度比較高時(shí)，力矩梯度為負(fù)，提醒駕駛員前輪要達(dá)到附著極限.利用駕駛模擬器的29自由度模型實(shí)驗(yàn)，通過(guò)修改的轉(zhuǎn)向力特性，表明傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的死區(qū)消除，中間位置的非線性減弱，轉(zhuǎn)向感覺更平順，舒適.

文獻(xiàn)[17]針對(duì)不同的駕駛?cè)蝿?wù)設(shè)置不同的轉(zhuǎn)向盤動(dòng)力學(xué)特性(修改轉(zhuǎn)向盤剛度、阻尼和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù))，通過(guò)移線時(shí)間等指標(biāo)評(píng)價(jià)駕駛性能.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)向盤動(dòng)力學(xué)特性應(yīng)該與不同的駕駛?cè)蝿?wù)有關(guān).

3 路感反饋的控制方法

3.1 轉(zhuǎn)向力反饋的經(jīng)典控制方法

文獻(xiàn)[17]通過(guò)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感的理論分析，建立了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型.采用卡爾曼濾波技術(shù)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)齒條受力進(jìn)行估計(jì)，設(shè)計(jì)復(fù)制電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬方法.試驗(yàn)結(jié)果表明，路感模擬方法可以使駕駛員獲得有效的路感信息，提高了汽車的操縱性和舒適性.

3.1.1 反饋型

圖9所示為前饋+反饋型轉(zhuǎn)向力反饋控制流程.轉(zhuǎn)向盤力矩反饋值的參考，可分為高頻和低頻2種譜組分，其高頻成分駕駛員可即刻感知獲得滿意的觸覺感覺.轉(zhuǎn)向盤力矩反饋參考值經(jīng)過(guò)前饋和反饋環(huán)節(jié).在前饋環(huán)節(jié)，一階頻率濾波器只允許其超過(guò)預(yù)設(shè)的一階截止頻率的譜成分通過(guò)，之后信號(hào)經(jīng)過(guò)為車速函數(shù)的調(diào)制環(huán)節(jié)，作為前饋環(huán)節(jié)的最終值.在反饋環(huán)節(jié)，二階頻率濾波器只允許其低于預(yù)設(shè)的二階截止頻率的譜成分通過(guò)，之后信號(hào)經(jīng)過(guò)為車速函數(shù)的調(diào)制環(huán)節(jié).調(diào)制后的信號(hào)與轉(zhuǎn)向盤力矩傳感器的信號(hào)值的差經(jīng)過(guò)補(bǔ)償環(huán)節(jié)(保證穩(wěn)定性、提供充分的道路信息反饋)作為反饋的最終值.前饋和反饋的最終值合成后輸入到轉(zhuǎn)向盤執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以期在駕駛員操縱的帶寬范圍內(nèi)提供期望的力反饋水平、增強(qiáng)轉(zhuǎn)向感覺、增加對(duì)干擾的不敏感性等[18].

1.目標(biāo)轉(zhuǎn)向盤反饋力矩值；2.基于一階頻率的高通濾波器；3，7.車速調(diào)制；4.駕駛員輸入；5.轉(zhuǎn)向盤執(zhí)行機(jī)構(gòu)；6.基于二階頻率的低通濾波器； 8.基于頻率的補(bǔ)償器；9.轉(zhuǎn)向盤力矩傳感器信號(hào)圖9前饋+反饋型轉(zhuǎn)向力反饋控制流程

3.1.2 PID控制方法

文獻(xiàn)[19]設(shè)計(jì)了線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于模糊PID控制的路感反饋，實(shí)現(xiàn)理想的路感特性.文獻(xiàn)[20]分析了輪胎和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力學(xué)特性，建立了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向盤力回饋模型，利用PID算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，仿真結(jié)果表明該模型能夠滿足路感要求.

3.2 路感反饋的現(xiàn)代控制方法

文獻(xiàn)[21]研究汽車轉(zhuǎn)向盤力特性與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、車速、側(cè)向加速度及轉(zhuǎn)向阻力矩的關(guān)系,運(yùn)用多變量模糊控制技術(shù)研究了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的路感，通過(guò)ADAMS提供離線汽車數(shù)據(jù),在Matlab /Simulink中對(duì)路感多變量模糊控制器進(jìn)行了仿真.進(jìn)行了硬件在環(huán)試驗(yàn)，給出了路感多變量模糊控制的一種參數(shù)調(diào)整方法以及路感數(shù)據(jù).仿真同硬件在環(huán)仿真結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了路感多變量模糊控制方法可行.

文獻(xiàn)[22]設(shè)計(jì)了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的自適應(yīng)PID控制器，實(shí)現(xiàn)了PID參數(shù)的在線調(diào)整.仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制器可使線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)理想的路感特性.

文獻(xiàn)[23]建立了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向盤模塊的動(dòng)力學(xué)模型，提出了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感的分層控制策略.上層控制策略主要是研究不同車速和方向盤轉(zhuǎn)角下方向盤的目標(biāo)回正力矩;下層控制策略主要是通過(guò)分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器，根據(jù)已經(jīng)確定的方向盤目標(biāo)回正力矩對(duì)路感模擬電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以實(shí)現(xiàn)駕駛員的路感模擬和方向盤的回正.仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器能很好地滿足實(shí)際需要.

文獻(xiàn)[24]針對(duì)車輛線控轉(zhuǎn)向路感模擬控制受外界擾動(dòng)大、建模困難等問(wèn)題，基于線性自抗擾控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一種車輛線控轉(zhuǎn)向路感模擬控制算法.建立了線控轉(zhuǎn)向路感控制仿真模型，包括駕駛員模型、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、兩自由度車輛模型、輪胎模型及控制器模型等，在給定道路函數(shù)條件下進(jìn)行了系統(tǒng)仿真驗(yàn)證.結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的線性自抗擾控制器可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)魯棒和高精度的車輛線控轉(zhuǎn)向路感模擬控制.

文獻(xiàn)[25]考慮了系統(tǒng)不確定性設(shè)計(jì)H∞控制器，確保穩(wěn)定性和魯棒性.

4 汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力反饋控制的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)包括硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)、駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)[26]和實(shí)車實(shí)驗(yàn).如圖10所示，線控轉(zhuǎn)向硬件在環(huán)系統(tǒng)包括：汽車動(dòng)力學(xué)模型、控制算法等軟件部分和上位機(jī)、下位機(jī)、執(zhí)行器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、傳感器等硬件部分[25].啟動(dòng)仿真后，下位機(jī)根據(jù)上位機(jī)傳來(lái)的車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、駕駛員輸入、傳感器信號(hào)等運(yùn)算出控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器并把反饋信號(hào)給上位機(jī)，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)控制參數(shù)控制執(zhí)行電機(jī)運(yùn)行，傳感器將轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩信號(hào)給下位機(jī)[27].

圖10 線控轉(zhuǎn)向硬件在環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

文獻(xiàn)[28]針對(duì)路感特性試驗(yàn)的需求選用了試驗(yàn)儀器，然后明確了試驗(yàn)條件，最后確定了試驗(yàn)方法.經(jīng)過(guò)大量的分析研究發(fā)現(xiàn)，汽車在行駛中轉(zhuǎn)向輪的橫擺角加速度包含有路感原始量的全部信息，此外，路感還與汽車行駛速度有關(guān).因此，該項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容至少應(yīng)包括轉(zhuǎn)向盤的反作用力矩、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向輪橫擺角加速度和汽車的行駛速度.汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力反饋控制策略的效果可通過(guò)方向盤輕便性、回正性試驗(yàn)等驗(yàn)證[29].

5 結(jié)論

(1)汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)向盤力反饋裝置可采用電機(jī)、磁流變液等多種形式進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì).

(2)可采用模糊控制、魯棒控制、PID等多種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力反饋控制策略，根據(jù)車速、轉(zhuǎn)向盤力矩等傳感器信息實(shí)時(shí)向駕駛員提供轉(zhuǎn)向阻力矩，優(yōu)化轉(zhuǎn)向感覺，提高穩(wěn)定性.因而，汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)值得深入研究，推廣使用.

(3)應(yīng)通過(guò)更多硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)和實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證路感反饋的效果，確定路感的評(píng)價(jià)指標(biāo).

(4)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與線控制動(dòng)系統(tǒng)集成，轉(zhuǎn)向路感與制動(dòng)踏板感覺聯(lián)合優(yōu)化，可以改善駕駛感覺，提高舒適性.

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