什么是 By-Wire 線控技術(shù)？

所謂線控技術(shù)（By-Wire），通俗來講就是由“電線”或者電信號來傳遞轉(zhuǎn)向控制，而不是通過機械連接裝置的“硬”連接來實現(xiàn)操作。

線控技術(shù)的核心是智能機電傳動裝置，其起源于飛機上的電傳操縱技術(shù)（Fly-By-Wire）

X-By-Wire 線控技術(shù)是無人駕駛車輛（ UGV）以及先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS)的技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車的駕駛系統(tǒng)，有 Steer-by-wire，Bake-by-wire，Shift-by-wire，Park-by-wire 等等。

日產(chǎn)旗下的英菲尼迪 Q50 所搭載的線控主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng) Direct Adaptive Steering（DAS）就是電控操縱技術(shù)，作為首款搭載此項技術(shù)的量產(chǎn)車型，其顛覆了 100 多年的汽車機械轉(zhuǎn)向歷史。

圖：英菲尼迪 Direct Adaptive Steering（DAS）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)重點

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，其角傳遞和力傳遞都是通過電傳機構(gòu)實現(xiàn)。由于物理上的完全解耦，雙向的獨立驅(qū)動模塊給汽車轉(zhuǎn)向特性帶來巨大的設(shè)計空間

一般來說，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的優(yōu)勢有很多：操控響應(yīng)更快、操控舒適性增加、被動安全性提高、能夠協(xié)同實現(xiàn)主動安全轉(zhuǎn)向，可定制化的駕駛感受等。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心技術(shù)

線控轉(zhuǎn)向的方向盤模塊和轉(zhuǎn)向機模塊之間的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩耦合完全通過電控系統(tǒng)來完成協(xié)同，所以在模擬機械傳動的轉(zhuǎn)向特性時首先需要解決兩個方面的問題：

1、前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和方向盤輸入之間的協(xié)同跟隨控制

2、轉(zhuǎn)向感力矩的反饋模擬控制方法。

同時作為汽車安全部件，線控系統(tǒng)還需要解決第三個難題：

3、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余可靠性設(shè)計

圖：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機構(gòu)示意圖

線控轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角指令跟隨控制

要求轉(zhuǎn)向輪迅速響應(yīng)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，解決在復雜未知路面、信號傳遞延時等情況下如何保持轉(zhuǎn)向?qū)崟r性、精確性。

轉(zhuǎn)角執(zhí)行系統(tǒng)閉環(huán)反饋控制算法（前饋+反饋+補償）

各控制分量表達為：

轉(zhuǎn)向路感的反饋模擬方法

線控系統(tǒng)沒有機械連接，需要通過電機模擬實際的路感反饋給駕駛員，遙操作過程中路面反力的在線觀測一直是研究的難點。

在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，路感是由很多要素組成：

1、輪胎回正力矩

2、機械系統(tǒng)慣性、阻尼和摩擦力矩

3、傳統(tǒng)系的減速比例

4、轉(zhuǎn)向助力力矩

要加載路感，首先需要觀測轉(zhuǎn)向反饋力矩，目前有三種典型的方法：

1、Model-based approach

轉(zhuǎn)向反饋力矩可以基于輪胎模型，結(jié)合轉(zhuǎn)向角度實時計算出回正力矩的大小：

使用此方法的問題是反饋力矩的計算依賴精確的輪胎模型，然而到目前為止，輪胎模型多是基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)的擬合實現(xiàn)，不同情況下難以統(tǒng)一應(yīng)用。

2、Torque map-based method

該方法依據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)建立經(jīng)驗庫，最后依據(jù)行駛車速、方向盤轉(zhuǎn)角等輸入構(gòu)建和路感力矩之間的映射關(guān)系，從而實現(xiàn)對手感力矩的評估。

使用此方法的問題是路感力矩經(jīng)驗庫的構(gòu)建需要大量的實車道路測試，同時也很難全面覆蓋可能的車輛轉(zhuǎn)向路況。

3、Senor-based approach

基于齒條力矩傳感器或者電機電流傳感器建立負載力矩的在線觀測，進而評估實際的轉(zhuǎn)向力矩大小。

使用該方法的問題是傳感器的成本問題以及惡劣工況下的可靠性問題。

先進智能車輛線傳操控技術(shù)

先進智能車輛線傳操控技術(shù)能夠發(fā)揮線控系統(tǒng)的物理解耦優(yōu)勢，實現(xiàn)駕駛操控動力學的可變傳遞設(shè)計。

線控轉(zhuǎn)向可變傳動優(yōu)勢：個性化、舒適化

1、轉(zhuǎn)向角 / 力傳動比優(yōu)化

低速轉(zhuǎn)向時傳動比較小，減少轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動幅度，提升車輛轉(zhuǎn)向輕便性和 靈活性；

高速行駛傳動比較大，降低響應(yīng)靈敏度，提供車輛高度行駛穩(wěn)定性和安全性。

2、優(yōu)化車輛底盤性能：

完全電控、無機械干涉，能方便地與其他底盤動力學控制系統(tǒng)（ABS、4WD 等）進行集成控制，為未來的汽車底盤一體化奠定良好的基礎(chǔ)。

3、轉(zhuǎn)向特性個性化定制

線控向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪解耦，轉(zhuǎn)向特性可進行一定的個性化設(shè)計，如：普通模式、運動模式，滿足不同操縱性能需求。

可變轉(zhuǎn)向角傳動比優(yōu)化設(shè)計

可變轉(zhuǎn)向角傳動比優(yōu)化設(shè)計根據(jù)角傳動比隨車速增大而增大、橫擺角速度增益隨車速增大而降低，同時依據(jù)轉(zhuǎn)向靈敏度的限制和傳動比上下限的限制可以得出車輛轉(zhuǎn)向最優(yōu)化的目標函數(shù) J（目標函數(shù)的計算方法如圖）進而得出最優(yōu)轉(zhuǎn)向傳動比系統(tǒng)。

由各單項指標的加權(quán)平均可得總優(yōu)化函數(shù) J

最后對復雜路況轉(zhuǎn)向行駛進行驗證：

復雜行駛工況下，變傳動比轉(zhuǎn)向有效減小方向盤轉(zhuǎn)角和角速度，降低駕駛員忙碌程度和駕駛負擔。

編輯：hfy