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(hào)來傳遞轉(zhuǎn)向控制，而不是通過機(jī)械連接裝置的“硬”連接來實(shí)現(xiàn)操作。

線控技術(shù)的核心是智能機(jī)電傳動(dòng)裝置，其起源于飛機(jī)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(jìn)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(dòng)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(xiàng)技術(shù)的量產(chǎn)車型，其顛覆了 100 多年的汽車機(jī)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(diǎn)

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，其角傳遞和力傳遞都是通過電傳機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。由于物理上的完全解耦，雙向的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模塊給汽車轉(zhuǎn)向特性帶來巨大的設(shè)計(jì)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(dòng)安全性提高、能夠協(xié)同實(shí)現(xiàn)主動(dòng)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(jī)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(jī)械傳動(dòng)的轉(zhuǎn)向特性時(shí)首先需要解決兩個(gè)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(shí)作為汽車安全部件，線控系統(tǒng)還需要解決第三個(gè)難題：

3、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余可靠性設(shè)計(jì)

圖：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)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(fù)雜未知路面、信號(hào)傳遞延時(shí)等情況下如何保持轉(zhuǎn)向?qū)崟r(shí)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(bǔ)償）

各控制分量表達(dá)為：

轉(zhuǎn)向路感的反饋模擬方法

線控系統(tǒng)沒有機(jī)械連接，需要通過電機(jī)模擬實(shí)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(diǎn)。

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(jī)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(shí)時(shí)計(jì)算出回正力矩的大小：

使用此方法的問題是反饋力矩的計(jì)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(yàn)數(shù)據(jù)的擬合實(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立經(jīng)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)對(duì)手感力矩的評(píng)估。

使用此方法的問題是路感力矩經(jīng)驗(yàn)庫的構(gòu)建需要大量的實(shí)車道路測試，同時(shí)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(jī)電流傳感器建立負(fù)載力矩的在線觀測，進(jìn)而評(píng)估實(shí)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(jìn)智能車輛線傳操控技術(shù)

先進(jìn)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(shí)現(xiàn)駕駛操控動(dòng)力學(xué)的可變傳遞設(shè)計(jì)。

線控轉(zhuǎn)向可變傳動(dòng)優(yōu)勢：個(gè)性化、舒適化

1、轉(zhuǎn)向角 / 力傳動(dòng)比優(yōu)化

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

高速行駛傳動(dòng)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(jī)械干涉，能方便地與其他底盤動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)（ABS、4WD 等）進(jìn)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(gè)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(jìn)行一定的個(gè)性化設(shè)計(jì)，如：普通模式、運(yùn)動(dòng)模式，滿足不同操縱性能需求。

可變轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比優(yōu)化設(shè)計(jì)

可變轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)角傳動(dòng)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(shí)依據(jù)轉(zhuǎn)向靈敏度的限制和傳動(dòng)比上下限的限制可以得出車輛轉(zhuǎn)向最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù) J（目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算方法如圖）進(jìn)而得出最優(yōu)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比系統(tǒng)。

由各單項(xiàng)指標(biāo)的加權(quán)平均可得總優(yōu)化函數(shù) J

最后對(duì)復(fù)雜路況轉(zhuǎn)向行駛進(jìn)行驗(yàn)證：

復(fù)雜行駛工況下，變傳動(dòng)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(fù)擔(dān)。

編輯：hfy