線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制技術(shù)綜述

趙萬忠，張 寒，鄒松春，徐坤豪，劉 暢

（1. 江蘇省車輛分布式驅(qū)動與智能線控技術(shù)工程研究中心，南京 210016，中國；2. 南京航空航天大學(xué) 能源與動力學(xué)院，南京 210016，中國）

20世紀(jì)70年代以來，車輛底盤各類動力學(xué)電控系統(tǒng)逐漸發(fā)展，如智能防抱死系統(tǒng)（antilock brake system, ABS）、驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)（traction control system, TCS）、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（electric power steering, EPS）、電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（electronic stability program, ESP）等，大幅提升了傳統(tǒng)汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性。以上各類系統(tǒng)的開發(fā)基于傳統(tǒng)底盤結(jié)構(gòu)，受制于機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)限制，穩(wěn)定性和靈活性都難以得到進(jìn)一步改善。線控技術(shù)將駕駛員的操縱輸入轉(zhuǎn)化為電信號，無需通過機(jī)械連接裝置，由電線或者電信號實現(xiàn)指令傳遞從而操縱汽車，其靈活的控制方式及快速精確的響應(yīng)特性，高度符合現(xiàn)代汽車電動化、智能化的發(fā)展需求。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為線控底盤系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，一直是國內(nèi)外汽車廠商及學(xué)術(shù)界研究的熱點，也率先開啟了線控底盤技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程，例如，英菲尼迪公司的Q50車型，通用汽車的Hy-wire，德爾福公司的四輪轉(zhuǎn)向汽車及Lecomble & Schimitt’s的電液復(fù)合線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。根據(jù)中國《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖》規(guī)劃，將在2025年實現(xiàn)智能線控底盤系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過線控化、智能化可以實現(xiàn)個性駕駛、輔助駕駛、無人駕駛等目標(biāo)，是智能網(wǎng)聯(lián)汽車落地的關(guān)鍵技術(shù)。

本文圍繞線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本類型及其動力學(xué)控制技術(shù)為核心進(jìn)行系統(tǒng)的論述，詳細(xì)介紹了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本類型及其動力學(xué)建模、路感控制技術(shù)、穩(wěn)定性控制技術(shù)、容錯控制技術(shù)以及面向智能汽車的線控轉(zhuǎn)向控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并對其進(jìn)行全面的概述與分析。最后，對線控轉(zhuǎn)向控制技術(shù)的未來發(fā)展和研究方向進(jìn)行了展望，對于通過線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制技術(shù)提高汽車穩(wěn)定性及安全性、以及人-車交互和諧性，提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)類型及動力學(xué)建模

現(xiàn)有的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要可以分為前輪線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及分布式線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2類。前輪線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由傳統(tǒng)前輪機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展而來，主要結(jié)構(gòu)包含2個部分：轉(zhuǎn)向盤及轉(zhuǎn)向管柱集成部分、轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)與前輪集成部分。依據(jù)轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同，前輪線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為線控電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[1]、線控電液復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[2]，如圖1所示。

現(xiàn)有的分布式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為2種不同形式，第1種為前后軸獨立轉(zhuǎn)向，結(jié)構(gòu)布置如圖2所示，其前后軸各有1個轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動左右側(cè)車輪同時轉(zhuǎn)動[3]；第2種為四輪獨立轉(zhuǎn)向，結(jié)構(gòu)布置如圖3所示，其4個車輪各有1套轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，分別帶動每個車輪轉(zhuǎn)動[4]。

圖2 前后軸分布式線控轉(zhuǎn)向

圖3 四輪分布式線控轉(zhuǎn)向

1.1 轉(zhuǎn)向盤及轉(zhuǎn)向管柱集成部分動力學(xué)模型

線控轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向盤及轉(zhuǎn)向管柱集成部分在不同結(jié)構(gòu)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)組成基本一致，如圖4所示，主要由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)角/轉(zhuǎn)矩傳感器、路感模擬機(jī)構(gòu)（路感電機(jī)、減速器、阻尼元件等）、電控單元等組成。主要原理為將駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖（轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小和方向）傳輸給主控制器；同時主控制器采集車速、橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角等傳感器信號，通過預(yù)先設(shè)置的路感規(guī)劃策略進(jìn)行辨識，由路感電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向盤回正力矩，以提供給駕駛員相應(yīng)的路感信息[1]。

圖4 轉(zhuǎn)向盤及轉(zhuǎn)向管柱集成

1.1.1 轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向軸模型

對方向盤、轉(zhuǎn)向管柱進(jìn)行動力學(xué)分析，運(yùn)動微分方程為：

其中：Th為駕駛員施加給轉(zhuǎn)向盤的力矩，δSW為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角；JSW轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱轉(zhuǎn)動慣量；BSC為轉(zhuǎn)向盤阻尼系數(shù)；KS為轉(zhuǎn)向軸剛度；δm為路感電機(jī)輸出轉(zhuǎn)角；Gam為路感電機(jī)減速比；Tfr為系統(tǒng)摩擦力矩。

1.1.2 路感電機(jī)模型

永磁直流電動機(jī)具有良好的調(diào)速性能，調(diào)速范圍大，調(diào)節(jié)平滑，并且成本低廉，控制簡單，被廣泛用作路感電機(jī)提供轉(zhuǎn)矩反饋[5]。圖5所示是直流電機(jī)的等效電路圖。

圖5 直流電機(jī)等效電路圖

根據(jù)Kirchhoff電壓定律，直流電機(jī)的電樞回路的微分方程可表示為：

其中：La為路感電機(jī)電樞電感；ia為路感電機(jī)電樞電流；Ra為路感電機(jī)電樞電阻；Ea為路感電機(jī)反電動勢；Ua為路感電機(jī)電樞兩端電壓；Ke1為路感電機(jī)反電動勢常數(shù)；na為路感電機(jī)轉(zhuǎn)速。

路感電機(jī)運(yùn)動微分方程為

其中：Tm為路感電機(jī)轉(zhuǎn)矩，Jm為電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量，Bm為電機(jī)軸阻尼系數(shù)。

1.2 前軸線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型

現(xiàn)有的前軸線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動力學(xué)建?？梢员硎緸檗D(zhuǎn)向電機(jī)模型、齒輪齒條模型[6]。

1.2.1 轉(zhuǎn)向電機(jī)模型

轉(zhuǎn)向電機(jī)應(yīng)具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且具有較大的輸出轉(zhuǎn)矩與較快的響應(yīng)速度。綜合考慮電機(jī)的性能與成本，本文選用與路感電機(jī)相同類型的永磁直流電機(jī)作為轉(zhuǎn)向電機(jī)。

參考之前的路感電機(jī)的分析，轉(zhuǎn)向電機(jī)的電壓平衡方程為：

其中：Le為轉(zhuǎn)向電機(jī)電樞電感；ie為轉(zhuǎn)向電機(jī)電樞電流；Re為轉(zhuǎn)向電機(jī)電樞電阻；Ee為轉(zhuǎn)向電機(jī)反電動勢；Ue為轉(zhuǎn)向電機(jī)電樞兩端電壓；Ke2為轉(zhuǎn)向電機(jī)反電動勢常數(shù)；ne為轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)速。

1.2.2 齒輪齒條模型

齒條與小齒輪的動力學(xué)方程為

其中：mr為齒條質(zhì)量；Br為齒條阻尼因數(shù)；FR為齒條所受轉(zhuǎn)向阻力；xr為齒條位移；Ta為轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；θsg為小齒輪轉(zhuǎn)角；N為轉(zhuǎn)向電機(jī)減速比；rp為小齒輪半徑。

將齒條受力等效到轉(zhuǎn)向柱上，可得

其中，Tr為等效到轉(zhuǎn)向柱上的輪胎回正力矩。

1.3 前后軸獨立線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型

根據(jù)前述轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同，前后軸線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動力學(xué)建?？梢员硎緸檗D(zhuǎn)向電機(jī)模型和前后軸齒輪齒條模型

1.3.1 轉(zhuǎn)向電機(jī)模型

轉(zhuǎn)向電機(jī)的電壓平衡方程為：

其中：Le為轉(zhuǎn)向電機(jī)電樞電感；ie為轉(zhuǎn)向電機(jī)電樞電流；Re為轉(zhuǎn)向電機(jī)電樞電阻；Ee為轉(zhuǎn)向電機(jī)反電動勢；Ue為轉(zhuǎn)向電機(jī)電樞兩端電壓；Ke2為轉(zhuǎn)向電機(jī)反電動勢常數(shù)；ne為轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)速。

1.3.2 前軸齒輪齒條模型

前軸齒條與小齒輪的動力學(xué)方程為

其中：mfr為前軸齒條質(zhì)量；Bfr為前軸齒條阻尼因數(shù)；FfR為前軸齒條所受轉(zhuǎn)向阻力；Tfa為前軸轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；xfr為前軸齒條位移；θfsg為前軸小齒輪轉(zhuǎn)角；Nf為前軸轉(zhuǎn)向電機(jī)減速比；rfp為前軸小齒輪半徑。

將齒條受力等效到前軸轉(zhuǎn)向柱上，可得

其中，Tfr為等效到前軸轉(zhuǎn)向柱上的輪胎回正力矩。

1.3.3 后軸齒輪齒條模型

后軸齒條與小齒輪的動力學(xué)方程為

其中：mrr為后軸齒條質(zhì)量；Brr為后軸齒條阻尼因數(shù)；FrR為后軸齒條所受轉(zhuǎn)向阻力；Tra為后軸轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；xrr為后軸齒條位移；θrsg為后軸小齒輪轉(zhuǎn)角；Nr為后軸轉(zhuǎn)向電機(jī)減速比；rrp為后軸小齒輪半徑。

將齒條受力等效到后軸轉(zhuǎn)向柱上，可得

其中，Trr為等效到后軸轉(zhuǎn)向柱上的輪胎回正力矩。

1.4 線控四輪獨立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型

線控四輪獨立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行器結(jié)構(gòu)如圖6所示[7]。

圖6 四輪獨立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的動力學(xué)方程為：

其中：Jm為電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，δm為電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角度，Bm為電機(jī)黏滯摩擦因數(shù)，Tw2m為車輪作用在轉(zhuǎn)向電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩，Tm為電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，Tetr為控制轉(zhuǎn)矩，ΔTpert為電機(jī)擾動。

轉(zhuǎn)向輪動力學(xué)方程為

其中：Jw為車輪轉(zhuǎn)動慣量；δw為車輪轉(zhuǎn)動角度；Bw為車輪黏滯摩擦因數(shù)；TF為庫侖摩擦力矩；Te為回正力矩；Tm2w為轉(zhuǎn)向電機(jī)給車輪的轉(zhuǎn)矩。

k為減速器的減速比，可得

可得到線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)方程

其中：Jeq為系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量；Beq為系統(tǒng)等效黏滯摩擦因數(shù)；Teq為作用在系統(tǒng)上的等效轉(zhuǎn)矩；T1為總擾動轉(zhuǎn)矩。

2 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感控制

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，路面狀況無法向傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一樣通過機(jī)械結(jié)構(gòu)直接由轉(zhuǎn)向盤傳遞給駕駛員，需要通過電控單元根據(jù)當(dāng)前路面情況、車輛行駛狀態(tài)及駕駛員轉(zhuǎn)向角/力矩，依據(jù)路感產(chǎn)生原理，計算得到能夠反映路感的轉(zhuǎn)向盤反饋力矩，然后由路感模擬機(jī)構(gòu)生成傳遞給駕駛員。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的路感控制通常包含2部分內(nèi)容，其一為路感的規(guī)劃，即如何通過理論建模分析設(shè)計出能夠反應(yīng)當(dāng)前實時路感的轉(zhuǎn)向盤反饋力矩；其二為路感跟蹤控制，即根據(jù)已規(guī)劃出的路感（轉(zhuǎn)向盤反饋力矩），采用有效的控制策略及合適的控制算法，通過電控單元控制路感電機(jī)輸出對應(yīng)的扭矩傳導(dǎo)至轉(zhuǎn)向管柱及轉(zhuǎn)向盤，進(jìn)而傳遞給駕駛員。

2.1 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感規(guī)劃

關(guān)于線控轉(zhuǎn)向的路感控制，現(xiàn)有的研究主要采用了2種方式：重構(gòu)法和擬合法。

第1種為重構(gòu)法[8-10]，即根據(jù)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向阻力產(chǎn)生機(jī)理，計算當(dāng)前轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向阻力，根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比，計算等效到轉(zhuǎn)向管柱的轉(zhuǎn)向阻力大小，疊加電動助力系統(tǒng)的助力，得到當(dāng)前轉(zhuǎn)向反饋力矩。文獻(xiàn)[11]提出一種人工轉(zhuǎn)向路感設(shè)計方法，所設(shè)計的路感力矩分為3個部分：為路感電機(jī)輸出力矩、轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向管柱的慣性力矩、轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向管柱的彈性阻尼產(chǎn)生的力矩，其中路感電機(jī)轉(zhuǎn)矩由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)阻尼力矩、固有慣性力矩及經(jīng)助力系數(shù)修正過的前輪回正力矩組成。文獻(xiàn)[12]提出了類似的轉(zhuǎn)向路感設(shè)計方法，根據(jù)其建立的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型分析，轉(zhuǎn)向反饋力矩由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有的慣性阻尼、摩擦阻尼產(chǎn)生的力矩及輪胎與地面接觸產(chǎn)生的阻力矩組成；為了提高其路感設(shè)計的準(zhǔn)確性，對輪胎的側(cè)偏剛度進(jìn)行了估計，仿真結(jié)果證實了該設(shè)計方法的有效性。文獻(xiàn)[12]雖然能夠通過路感設(shè)計重構(gòu)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向阻力，卻沒有考慮轉(zhuǎn)向輕便性的要求，在轉(zhuǎn)向阻力重構(gòu)的基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[13]提出了一種變力傳動比的路感設(shè)計方法，其路感設(shè)計忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有阻力，只考慮回正力矩變化的影響；在回正力矩計算的基礎(chǔ)上，設(shè)計理想手力矩與車速的關(guān)系，低速時采用較小傳動比，高速時采用較大傳動比，能夠達(dá)到低速轉(zhuǎn)向輕便高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定的目的。文獻(xiàn)[14]建立了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)駕駛員轉(zhuǎn)向盤力反饋的動力學(xué)模型，用液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向阻力的動力學(xué)響應(yīng)特性與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的傳動比來設(shè)計路感反饋，在轉(zhuǎn)向阻力的基礎(chǔ)上，加入轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的慣性響應(yīng)來調(diào)節(jié)駕駛員轉(zhuǎn)向路感。文獻(xiàn)[15]進(jìn)行了低附著路面條件的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬與回正控制研究，利用轉(zhuǎn)向電機(jī)電流對電機(jī)負(fù)載進(jìn)行估計，進(jìn)而等效為轉(zhuǎn)向阻力矩，轉(zhuǎn)向反饋力矩為轉(zhuǎn)向阻力矩、轉(zhuǎn)向摩擦力矩、轉(zhuǎn)向阻尼力矩以及限位力矩的總和；采用擴(kuò)展Kalman濾波對車輛實時路面附著系數(shù)進(jìn)行估計，進(jìn)而根據(jù)不同的路面附著情況調(diào)節(jié)回正電流，進(jìn)行回正控制。文獻(xiàn)[16]采用直線型助力曲線對路感進(jìn)行模擬，反饋力矩為路感回正力矩+主動回正力矩+阻尼力矩+限位力矩， 矢量比例、積分（proportion integral，PI）控制跟蹤轉(zhuǎn)向路感。文獻(xiàn)[17]通過線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)齒條轉(zhuǎn)向阻力的估計得到轉(zhuǎn)向路感，最終設(shè)計的轉(zhuǎn)向路感包含3個部分：1）前輪回正力矩等效到齒條上的轉(zhuǎn)向阻力； 2） 轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的內(nèi)部摩擦阻力；3） 轉(zhuǎn)向盤及轉(zhuǎn)向管柱的摩擦阻力。實驗結(jié)果證明：該方法能夠準(zhǔn)確地表征車輛實時轉(zhuǎn)向阻力，可以反饋給駕駛員真實的轉(zhuǎn)向感覺，并具有更好回正性能、轉(zhuǎn)向輕便性、靈敏性。文獻(xiàn)[18]進(jìn)行了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩特性分析，提出一種考慮摩擦力矩、阻尼控制力矩、限位控制力矩以及主動回正力矩的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的模型，并通過試驗數(shù)據(jù)對模型中的參數(shù)進(jìn)行辨識，保證了駕駛員駕駛手感的同時又改善了轉(zhuǎn)向盤的回正超調(diào)現(xiàn)象，發(fā)揮了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感自由設(shè)計的優(yōu)勢。

路感規(guī)劃的第2種方式為擬合法。與第1種方式類似，擬合法也是基于路感產(chǎn)生機(jī)理建模與分析得到，不同點在于忽略了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有的與駕駛員輸入及車輛狀態(tài)變化無關(guān)的因素，其重點在于將當(dāng)前路面及車輛的實時狀態(tài)通過力矩反饋的形式傳遞給駕駛員[19-20]。同時，擬合法相比于重構(gòu)法更加注重路感的自由設(shè)計，即通過設(shè)計合適的參數(shù)，在傳遞實時路感的同時改善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力特性，達(dá)到路感清晰，低速轉(zhuǎn)向輕便、高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定的目的。文獻(xiàn)[21]提出了基于前輪回正力矩的路感規(guī)劃方法，所設(shè)計的轉(zhuǎn)向盤反饋力矩由前輪回正力矩除以力傳動比，通過建模得到前輪回正力矩與前輪轉(zhuǎn)角和車速的關(guān)系，擬合成Map圖，便于控制過程中直接獲取。文獻(xiàn)[22]也進(jìn)行了類似的研究，所設(shè)計的轉(zhuǎn)向盤反饋力矩由車速系數(shù)（隨車速增大而增加）及回正力矩的乘積得到，在側(cè)向加速度大于4 m/s2時達(dá)到飽和，提醒駕駛員當(dāng)前車輛已進(jìn)入非線性區(qū)域，應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎駕駛。與文獻(xiàn)[21]不同的是，文獻(xiàn)[22]在設(shè)計車速系數(shù)的過程中，考慮了駕駛員的路感需求，通過對比多個研究中的駕駛員轉(zhuǎn)向路感主觀評價指標(biāo)，設(shè)計根據(jù)車速變化的路感傳遞系數(shù)，調(diào)整不同車速下的轉(zhuǎn)向反饋力矩，達(dá)到了低速輕便、高速穩(wěn)定的設(shè)計目標(biāo)。文獻(xiàn)[23]在路感規(guī)劃的基礎(chǔ)上提出了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時滯轉(zhuǎn)向感覺模型參數(shù)優(yōu)化方法，通過車速和方向盤轉(zhuǎn)角及5個常參數(shù)擬合轉(zhuǎn)向路感，同時設(shè)計包含體力工作負(fù)擔(dān)和側(cè)向加速度最小的評價函數(shù)來對5個常參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明：優(yōu)化后駕駛員工作負(fù)擔(dān)減輕，操作性能也有了顯著的改善，車輛的側(cè)向加速度也略有減少。文獻(xiàn)[24]進(jìn)行了基于駕駛員行為辨識的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可調(diào)節(jié)路感反饋的研究，將路感力矩分為主力矩（速度系數(shù)和回正力矩）、調(diào)節(jié)力矩（轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的慣性力矩、阻尼力矩和摩擦力矩）2個部分，根據(jù)不同的駕駛員操縱行為特性設(shè)置不同的系數(shù)。

上述的2種路感規(guī)劃的方式都能夠較好地將當(dāng)前汽車行駛的路面情況及車身狀態(tài)信息反饋給駕駛員。第1種規(guī)劃方式側(cè)重于還原傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向路感，有利于駕駛員從傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向器車輛到線控轉(zhuǎn)向車輛的操縱過渡，駕駛員無需與新型線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)重新磨合，適應(yīng)性更好，缺點在于沒有發(fā)揮出線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)靈活設(shè)計的優(yōu)勢，對于車輛的操縱穩(wěn)定性提升沒有明顯的貢獻(xiàn)；第2種規(guī)劃方法側(cè)重于最大限度將路面及車輛行駛狀態(tài)信息傳遞給駕駛員的同時，通過調(diào)整規(guī)劃參數(shù)及擬合規(guī)則的方式來改善駕駛員操縱汽車的工作負(fù)擔(dān)，其設(shè)計方式仍然基于轉(zhuǎn)向阻力的產(chǎn)生機(jī)理，在科學(xué)合理的范圍內(nèi)發(fā)揮出線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢，在駕駛員適應(yīng)之后能夠提升駕駛員的操縱表現(xiàn)及車輛的操縱穩(wěn)定性，具有良好的應(yīng)用前景。

2.2 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的路感控制

線控轉(zhuǎn)向的路感控制分為2個方面，第1個方面是路感的跟蹤控制，簡而言之就是設(shè)計針對性的控制策略，采用合適的控制算法控制轉(zhuǎn)向路感執(zhí)行機(jī)構(gòu) （通常為路感電機(jī)）輸出對應(yīng)的扭矩，使得轉(zhuǎn)向管柱產(chǎn)生與規(guī)劃得到的理想路感反饋轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)向盤反饋力矩，其實質(zhì)為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩跟蹤問題。對于轉(zhuǎn)矩的跟蹤問題，較為常見的控制策略是采用比例、積分、微分（proportion integral differential，PID）控制器根據(jù)理想反饋力矩與轉(zhuǎn)向管柱上經(jīng)由轉(zhuǎn)矩傳感器測得的力矩差值計算所需的控制電流，控制路感電機(jī)輸出扭矩消除跟蹤誤差[21]。傳統(tǒng)PID控制策略雖然能夠達(dá)到轉(zhuǎn)矩跟蹤的效果，但是其控制效果在不同行駛工況下難以達(dá)到較為統(tǒng)一的理想效果。為了提高PID跟蹤控制的適應(yīng)性，文獻(xiàn)[25]采用模糊邏輯算法對PID控制器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，仿真結(jié)果顯示了其在響應(yīng)時間和超調(diào)量方面的改善效果。由于路感反饋的實時性要求，采用簡單的PID控制策略難以保證在較短的駕駛員反應(yīng)時域內(nèi)進(jìn)行反饋力矩的傳遞，為了解決這一問題，文獻(xiàn)[12]提出了終端滑?？刂扑惴?，使得轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩能能夠在有限時間內(nèi)收斂于參考值；此外，該研究還考慮了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模的參數(shù)不確定性，通過終端滑模控制參數(shù)的合理選取，消除了系統(tǒng)不確定性的影響，仿真結(jié)果顯示在不同的駕駛員轉(zhuǎn)角輸入條件、不同的路面附著系數(shù)及不同車速條件下，路感電機(jī)都能準(zhǔn)確地跟蹤參考值，將路面及車輛行駛狀態(tài)信息傳遞給駕駛員。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感控制的另一個重要方面是駕駛員施加轉(zhuǎn)向角過后的回正控制。文獻(xiàn)[15]研究了低附著路面條件的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬與回正控制，利用轉(zhuǎn)向電機(jī)電流對電機(jī)負(fù)載進(jìn)行估計，進(jìn)而等效為轉(zhuǎn)向阻力矩，轉(zhuǎn)向反饋力矩為轉(zhuǎn)向阻力矩、轉(zhuǎn)向摩擦力矩、轉(zhuǎn)向阻尼力矩以及限位力矩的總和；采用擴(kuò)展Kalman濾波對車輛實時路面附著系數(shù)進(jìn)行估計，進(jìn)而根據(jù)不同的路面附著情況調(diào)節(jié)回電流，進(jìn)行回正控制。文獻(xiàn)[16]提出了基于交流永磁同步電機(jī)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感控制策略，采用矢量PI控制跟蹤轉(zhuǎn)向路感，同時，為了避免前輪回正力矩過大導(dǎo)致回正過快的問題，加入阻尼控制進(jìn)行調(diào)節(jié)回正速度，避免回正超調(diào)，提高了駕駛的舒適性。文獻(xiàn)[26]設(shè)計的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬與主動回正控制策略，采用了基于轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動電流及阻尼控制的路感反饋控制方法，在傳遞實時路感的前提下，針對汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)回正控制中存在的高速回正超調(diào)，低速回正不足的現(xiàn)象，設(shè)計基于指數(shù)趨近律的滑模控制器，完成了不同車速下的準(zhǔn)確平穩(wěn)的回正控制，提高了車輛的操縱穩(wěn)定性。

總而言之，線控轉(zhuǎn)向的路感控制問題可以概括為在取消了轉(zhuǎn)向管柱與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直接連結(jié)之后，怎么讓駕駛員獲得與操縱傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向器一致的轉(zhuǎn)向感覺，路感規(guī)劃解決的問題是路感反饋信息恢復(fù)的問題，路感控制則是解決路感信息實時準(zhǔn)確的傳遞的問題?，F(xiàn)有的控制策略集中于對規(guī)劃好的路感進(jìn)行跟蹤，相關(guān)研究體現(xiàn)了在實時建模條件下的跟蹤效果，然而，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行方式依賴于傳感器信息采集，經(jīng)過電控單元計算處理后再進(jìn)行執(zhí)行器控制，在控制過程中，建模精度、系統(tǒng)噪聲以及信息時滯都會對路感反饋的實時性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生很大的影響，關(guān)于這些問題的解決目前還未見有深入研究的公開文獻(xiàn)。此外，文獻(xiàn)[27]研究了直行和曲線行駛時不同的路感傳遞特性對駕駛員駕駛表現(xiàn)和體驗的影響，分析結(jié)果得到在執(zhí)行直線行駛車道保持任務(wù)時，應(yīng)使用相對僵硬、緩慢的方向盤動力；曲線任務(wù)時應(yīng)使用相對松弛、較輕的方向盤動力。該研究首次提出了以人為本的路感設(shè)計理念，在實際的駕駛過程中，路感需求因人而異，因駕駛?cè)蝿?wù)而異，如何根據(jù)通過設(shè)計合理的路感反饋達(dá)到車適應(yīng)人的目的也是一個十分值得探索的問題。

3 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定性控制

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于能夠完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力傳遞與位移傳遞的完全解耦，簡而言之就是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳遞特性和位移傳遞特性能夠分別獨立設(shè)計。上一節(jié)介紹了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳遞特性也就是路感反饋設(shè)計的研究現(xiàn)狀，本節(jié)針對線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的位移特性控制技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述與分析。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的位移特性控制有2種較為典型的方式，如圖7所示。第1種方式是穩(wěn)定性控制法，其實施過程可以概括為根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)角/轉(zhuǎn)矩輸入指令及汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)，計算得到理想橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角、側(cè)向加速度等控制目標(biāo)，設(shè)計穩(wěn)定性控制器根據(jù)控制目標(biāo)求解所需的前輪轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角跟蹤控制器以所需前輪轉(zhuǎn)角為目標(biāo)，求解所需轉(zhuǎn)向電機(jī)電流/電壓，輸出扭矩帶動轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)對轉(zhuǎn)角進(jìn)行跟蹤。第2種方式為變傳動比控制法，即先根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)角輸入和系統(tǒng)傳動比計算參考前輪轉(zhuǎn)角，然后設(shè)計轉(zhuǎn)角跟蹤控制器控制轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出扭矩對參考前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行跟蹤。

在上述的2種控制結(jié)構(gòu)中，研究人員重點關(guān)注的問題有以下3點：

1） 線控轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性控制，即通過駕駛員的輸入選取何種參考模型完成汽車有關(guān)穩(wěn)定性位移特性控制問題；

2） 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變傳動比設(shè)計，就是根據(jù)何種規(guī)則得到駕駛員轉(zhuǎn)角輸入與前輪轉(zhuǎn)角輸出的對應(yīng)關(guān)系；

3） 前輪轉(zhuǎn)角的跟蹤問題，即已知參考前輪轉(zhuǎn)角的前提下，如何控制轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出扭矩對參考值進(jìn)行跟蹤。

3.1 線控轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制技術(shù)

文獻(xiàn)[28]設(shè)計的橫向穩(wěn)定性控制策略是一種比較典型的線控轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制結(jié)構(gòu)，如圖8所示。根據(jù)駕駛員輸入得到名義前輪轉(zhuǎn)角，然后通過上層控制器計算附加前輪轉(zhuǎn)角對理想橫擺角速度及質(zhì)心側(cè)偏角進(jìn)行跟蹤控制；名義前輪轉(zhuǎn)角與附加前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行疊加構(gòu)成前輪轉(zhuǎn)角的最終值，下層控制器通過計算轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出扭矩完成對最終前輪轉(zhuǎn)角的跟蹤。文獻(xiàn)[2]采用了自適應(yīng)滑模控制法完成上下層2個控制器的設(shè)計，解決了建模的參數(shù)攝動及不確定干擾的問題，同時，考慮質(zhì)心側(cè)偏角的獲取難度，采用滑模觀測器對質(zhì)心側(cè)偏角進(jìn)行了估計，完成了閉環(huán)控制。在文獻(xiàn)[2]的基礎(chǔ)上，作者改進(jìn)了控制器的設(shè)計，采用自適應(yīng)回歸積分終端滑模控制算法，提高了橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角的跟蹤收斂速度，同時在下層控制器的設(shè)計部分，采用極限學(xué)習(xí)機(jī)對含有參數(shù)和不確定性的等效控制部分的進(jìn)行逼近，提高了系統(tǒng)的控制精度[29]。

圖7 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)位移特性典型控制方法

圖8 線控轉(zhuǎn)向分層滑?？刂撇呗?/p>

文獻(xiàn)[30]設(shè)計一種分級魯棒橫擺穩(wěn)定性控制策略，考慮線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為一個輸入為前輪轉(zhuǎn)角、輸出為質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度的欠驅(qū)動系統(tǒng)，設(shè)計二階綜合滑模面，對理想橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角同時進(jìn)行跟蹤，解決了系統(tǒng)的欠驅(qū)動問題，同時，對建模的參數(shù)不確定性和外界干擾問題也具有良好的魯棒性。文獻(xiàn)[31]研究了前后軸獨立轉(zhuǎn)向的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定性控制技術(shù)，其控制目標(biāo)同樣是跟蹤理想橫擺角速度及質(zhì)心側(cè)偏角，不同之處在于其控制輸入由非線性三步控制策略計算得到的穩(wěn)態(tài)控制輸入、前饋控制輸入及反饋控制輸入3部分組成，仿真結(jié)果驗證了其對參考狀態(tài)跟蹤的有效性。文獻(xiàn)[32]也對前后軸獨立轉(zhuǎn)向的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制技術(shù)進(jìn)行了研究，與文獻(xiàn)[31]不同的是，其關(guān)注點不僅僅在于對理想橫擺角速度及質(zhì)心側(cè)偏角的跟蹤效果，在此基礎(chǔ)上，還詳細(xì)分析了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模的不確定性問題，通過設(shè)計μ綜合控制器及權(quán)函數(shù)擬合解決了參數(shù)攝動對控制系統(tǒng)的不利影響，完成了系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制。文獻(xiàn)[33]設(shè)計了一種類主動轉(zhuǎn)向的線控轉(zhuǎn)向控制策略，通過駕駛員轉(zhuǎn)角輸入求解名義前輪轉(zhuǎn)角，根據(jù)參考模型計算理想橫擺角速度，然后設(shè)計反饋控制器計算附加前輪轉(zhuǎn)角與名義前輪轉(zhuǎn)角疊加完成橫擺角速度的跟蹤，其創(chuàng)新之處在于設(shè)計了漸消積分環(huán)節(jié)取代反饋控制器的積分環(huán)節(jié)，使得控制器能夠在有瞬時干擾時迅速響應(yīng)，在穩(wěn)態(tài)時不干擾駕駛員的正常操作。除了橫擺穩(wěn)定性以外，文獻(xiàn)[34]研究了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的防側(cè)翻問題，控制指標(biāo)為車輛的載荷轉(zhuǎn)移率，在不同的載荷轉(zhuǎn)移率范圍內(nèi)設(shè)置不同的控制邏輯，調(diào)節(jié)前輪轉(zhuǎn)角，以達(dá)到防止側(cè)翻的目的。

3.2 線控轉(zhuǎn)向變傳動比控制技術(shù)

對于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變傳動設(shè)計，駕駛員穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向時的橫擺角速度增益是一個非常重要的參考依據(jù)[35-36]。文獻(xiàn)[37]提出了一種基于變傳動比控制的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略，其傳動比設(shè)計為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益與常系數(shù)的比值，設(shè)計包含駕駛員跟蹤性能、操縱負(fù)擔(dān)和防側(cè)翻性能的綜合評價指標(biāo)，采用遺傳算法對傳動比進(jìn)行優(yōu)化，得到線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最優(yōu)變傳動比，試驗結(jié)果表明，采用了該方法得到的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，低速轉(zhuǎn)向靈敏度和高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性都有所提升。文獻(xiàn)[38]采用了一種較為簡單的基于車速關(guān)系的傳動比設(shè)計方式，在0 ～ 20 km/h速度范圍內(nèi)，傳動比為較小的8；隨著車速的增加，傳動比也呈線性增加，直到速度達(dá)到90 km/h之后傳動比保持在20不再變化。理論上而言，該傳動比的設(shè)置方式具備一定的合理性，但是由于其僅考慮了車速，沒有考慮駕駛員輸入轉(zhuǎn)向角及車身的實時運(yùn)動狀態(tài)，沒有發(fā)揮出線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最大優(yōu)勢。文獻(xiàn)[39]提出的變傳動比設(shè)計方法與文獻(xiàn)[38]基本類似，不同之處在于在20 ～ 100 km/h車速范圍，其傳動比是由穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益決定的，能夠反映車輛轉(zhuǎn)向的動態(tài)穩(wěn)定性，更據(jù)合理性。文獻(xiàn)[40]在橫擺角速度增益不變的基礎(chǔ)上，采用了模糊邏輯規(guī)則，使得橫擺角速度增益從變化量到飽和量平滑地過渡。文獻(xiàn)[41]提出了一種轉(zhuǎn)向感覺和轉(zhuǎn)向安全增強(qiáng)的設(shè)計方法，通過駕駛員輸入及車身狀態(tài)（車速、橫擺角速度、側(cè)向加速度）判斷車輛行駛在線性或非線性區(qū)域內(nèi)，在不同的區(qū)域設(shè)置不同的傳動比規(guī)則來提高車輛的行駛穩(wěn)定性。除去橫擺角速度增益以外，一些研究中也考慮了車輛的側(cè)向加速度穩(wěn)態(tài)增益、側(cè)翻穩(wěn)定性、路徑跟蹤效果等因素[42-43]。文獻(xiàn)[44]提出了一種基于橫擺角速度增益不變和側(cè)向加速度增益不變綜合變傳動比控制策略，并設(shè)計相應(yīng)的滑?？刂破饕愿欆囕v期望橫擺角速度。文獻(xiàn)[45]在橫擺穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，提出了一種融合橫擺角速度增益、側(cè)向加速度增益和側(cè)傾角增益的融合轉(zhuǎn)向傳動比優(yōu)化設(shè)計方法，引入操縱穩(wěn)定性綜合評價指標(biāo)，采用遺傳算法對各個增益常量進(jìn)行優(yōu)化，仿真結(jié)果表明，得到的多增益融合轉(zhuǎn)向傳動比相較于傳統(tǒng)的只考慮橫擺穩(wěn)定性增益轉(zhuǎn)向傳動比而言，操縱穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向靈活性及側(cè)翻穩(wěn)定性都有所提升。

3.3 線控轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角跟蹤控制技術(shù)

在穩(wěn)定性控制及變傳動比設(shè)計求解出目標(biāo)轉(zhuǎn)角后，設(shè)計轉(zhuǎn)角跟蹤控制策略，實現(xiàn)目標(biāo)轉(zhuǎn)角是整個執(zhí)行程序最終也是最關(guān)鍵的一環(huán)。文獻(xiàn)[46-47]將前輪轉(zhuǎn)角等效為轉(zhuǎn)向器齒條位移，設(shè)計了基于自適應(yīng)滑?？刂扑惴ǖ凝X條位置跟蹤控制策略。文獻(xiàn)[46]設(shè)計了參數(shù)自適應(yīng)律使得控制器能夠在各種路況下都能夠保持良好的跟蹤效果，文獻(xiàn)[47]則通過設(shè)計附加趨近律及回正力矩自適應(yīng)補(bǔ)償律解決系統(tǒng)參數(shù)攝動和路面干擾的問題。與前兩項研究類似，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角跟蹤控制問題，有大量的文獻(xiàn)都采取了滑模控制或者基于滑?？刂频聂敯艨刂撇呗訹48-50]，涉及的算法有自適應(yīng)滑?？刂扑惴╗51]、終端滑?？刂扑惴╗52,12]、自適應(yīng)快速非奇異終端滑?？刂扑惴╗53]，離散時間快速終端滑?？刂扑惴╗54]、基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的自適應(yīng)回歸滑?？刂芠29]、自適應(yīng)終端滑?？刂芠55]、自適應(yīng)滑?？刂芠47]（滑模觀測器觀測回正力矩）、魯棒滑模學(xué)習(xí)控制算法[56]、離散時間積分終端滑模控制[57]、滑模預(yù)測跟蹤控制算法[58]、基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的魯棒自適應(yīng)積分終端滑?？刂芠5,59]、非奇異快速終端滑?？刂芠60]、基于徑向基函數(shù)（radial basis function, RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滑?？刂芠61-62]、嵌套自適應(yīng)超扭轉(zhuǎn)滑?？刂芠63]、自適應(yīng)高階滑?？刂芠64]、自適應(yīng)模糊滑?？刂芠65]等。上述研究的選擇滑?？刂频闹饕蛟谟谠诰€控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)角跟蹤控制策略的研究過程中，涉及到線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模問題，而線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型所包含的轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣量、阻尼、輪胎剛度等系數(shù)無法獲得精確的數(shù)值，存在一定的攝動；同時，實際的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的內(nèi)摩擦、Coulomb摩擦以及路面干擾等不確定性，也無法通過建模手段精確表達(dá)，上述研究通過極限學(xué)習(xí)機(jī)[66]、自適應(yīng)律、神經(jīng)網(wǎng)略逼近等方式能夠保證系統(tǒng)對參數(shù)及干擾不確定性的魯棒性能。此外，前輪轉(zhuǎn)角的跟蹤控制要求相應(yīng)快速準(zhǔn)確，采用終端滑?？刂扑惴軌虮ＷC閉環(huán)系統(tǒng)在有限時間內(nèi)收斂，提高系統(tǒng)的跟蹤性能。

除了上述基于滑模控制的轉(zhuǎn)角跟蹤控制策略以外，文獻(xiàn)[67]基于CAN通訊設(shè)計了PID控制器，并分析了在不同的汽車行駛速度、網(wǎng)絡(luò)速度、數(shù)據(jù)丟失、高權(quán)限數(shù)據(jù)中斷干擾以及時鐘偏移等條件下的系統(tǒng)性能。文獻(xiàn)[68]提出了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)感知主動干擾抑制控制控制策略，設(shè)計高增益廣義PI觀測器通過路感電機(jī)電壓估計方向盤轉(zhuǎn)角和干擾信號，然后通過PD控制完成前輪轉(zhuǎn)角的跟蹤。文獻(xiàn)[69]研究了魯棒模糊跟蹤控制，考慮網(wǎng)絡(luò)時延采用并行分布補(bǔ)償法設(shè)計模糊控制器跟蹤前輪轉(zhuǎn)角。文獻(xiàn)[70]研究了考慮線控轉(zhuǎn)向非線性和不確定性的轉(zhuǎn)向角控制，考慮到輪胎回正力矩的非線性特性以及系統(tǒng)參數(shù)的不確定性，設(shè)計一種前饋加抗積分飽和的狀態(tài)反饋轉(zhuǎn)向控制算法，其反饋增益系數(shù)的設(shè)定考慮到輪胎回正力矩的非線性特性，通過非線性控制理論的方法，建立Lyapunov函數(shù)，證明線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角跟蹤控制的漸進(jìn)穩(wěn)定。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的位移特性控制主要包含了從駕駛員角位移輸入到前輪轉(zhuǎn)角再到車身位移狀態(tài)（質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺角速度、側(cè)向加速度、側(cè)傾角等）傳遞的過程，通過線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)位移特性控制能夠改變車輛的位移狀態(tài)穩(wěn)定性，是傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不具備的獨特優(yōu)勢。其控制過程中依然存在參數(shù)攝動、建模不確定性等難點，現(xiàn)有研究通過一定的技術(shù)手段也已經(jīng)有了重要突破。值得注意的是，現(xiàn)有的位移特性研究重點都在于改善車輛的行駛穩(wěn)定性，發(fā)揮了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)靈活設(shè)計的優(yōu)勢，然而，不同的駕駛員對車輛的響應(yīng)特性需求不同，只針對車的研究無法提升駕駛員對車輛的操縱感覺的適應(yīng)性需求，如何改善人-車交互特性還需要進(jìn)一步研究。

4 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容錯控制

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)布置、控制方式及響應(yīng)特性方面有傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法企及的優(yōu)勢，被認(rèn)為是汽車工業(yè)的重大革新，然而，在當(dāng)下的汽車市場里，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用率和裝車率極低，少有的裝配有線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛通常也備有備用的機(jī)械轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢并沒有得到應(yīng)有的發(fā)揮。限制線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)普及的最主要的原因在于這種以電控信號為主的控制指令傳輸方式可靠性遠(yuǎn)不及利用機(jī)械結(jié)構(gòu)傳輸，因此，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性和容錯控制技術(shù)是當(dāng)前線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究的重中之重，決定了其今后的市場化進(jìn)程。

4.1 線控轉(zhuǎn)向的故障類型

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因其信號傳遞方式及控制方式，對元器件故障及信號干擾十分敏感。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零部件數(shù)量龐大，每個部件重要程度和作用時間各不相同，根據(jù)故障影響時間范圍，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障可以分為瞬時故障、永久故障及間歇故障。瞬時故障通常被看作系統(tǒng)的不確定性干擾，其作用時間短，影響范圍有限，通過主動抗干擾控制就可以恢復(fù)正常狀態(tài)。間歇性故障（例如電路接觸不良）以及永久性故障（元器件徹底失效）由于影響范圍大、時間長，嚴(yán)重時會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效，需要通過故障診斷、隔離及重構(gòu)等容錯控制甚至啟用冗余硬件的手段將其影響消除，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

從結(jié)構(gòu)上而言，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障類型可以分為執(zhí)行器故障、傳感器故障、控制器故障及通訊故障。執(zhí)行器故障具體指轉(zhuǎn)向電機(jī)和路感電機(jī)的故障，電機(jī)故障在控制系統(tǒng)里可以描述為：1） 卡死故障，即轉(zhuǎn)向電機(jī)在執(zhí)行指令過程中停滯在某一個位置不再有轉(zhuǎn)角輸出；2） 部分失效，即電機(jī)仍然保有部分工作能力，但是其輸出扭矩?zé)o法達(dá)到應(yīng)有水平，多數(shù)是由于某一繞組開路造成；3） 完全失效，即電機(jī)完全喪失功能。傳感器故障通常分為2種類型，噪聲導(dǎo)致的信號失真與故障導(dǎo)致的失效，前者可以通過多傳感器的信息融合或者濾波估計進(jìn)行校正，后者只能通過備用傳感器或者其他傳感器的解析冗余進(jìn)行信號重構(gòu)。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所涉及的控制器故障包含2個方面，其一為控制器的硬件故障[70]，通常由電磁干擾、高溫或振動造成；其二為控制器的算法邏輯故障。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器硬件容錯方案一般采用多個控制器冗余來完成，例如英菲尼迪的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通常裝備有3個控制單元來保證其可靠性?？刂破鞯能浖收鲜遣豢山邮芄收?，需要在設(shè)計階段經(jīng)過反復(fù)測試、檢測進(jìn)行排除。通訊故障也分為2類：1） 非法入侵導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)無法正常、準(zhǔn)確傳輸； 2） 硬件故障（接口腐蝕、松動、驅(qū)動電路故障等）。

4.2 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行器容錯控制

提高線控轉(zhuǎn)向可靠性，實現(xiàn)容錯控制最直觀的方式就是重要元器件的冗余備份。文獻(xiàn)[71]進(jìn)行了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性分析，所研究的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包含3個轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、2個路感電機(jī)、2個路感控制電子控制單元（electronic control unit，ECU）、3個前輪位置傳感器、2個前輪轉(zhuǎn)向電機(jī)、2個前輪轉(zhuǎn)向控制ECU以及雙通道Flexray總線，在此基礎(chǔ)上，建立了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障概率模型，用Markov狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣計算整個系統(tǒng)的故障率，結(jié)果顯示這種方式組成的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障率顯著低于沒有冗余備份的系統(tǒng)，可靠性達(dá)到0.99，再輔以一些容錯控制算法，其可靠性還能進(jìn)一步提高。

冗余是一種較為簡單直觀且十分可行的容錯控制手段，多項研究都采用了備份執(zhí)行器的方式提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性[72-73]。然而，無論是在轉(zhuǎn)向器齒條上還是轉(zhuǎn)向管柱上，安裝多個執(zhí)行器的弊端之一就是執(zhí)行器之間會存在不同步的問題，導(dǎo)致力矩沖擊或不平衡，影響轉(zhuǎn)向器壽命。為了解決這一問題研究人員針對雙電機(jī)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的同步性問題展開了詳細(xì)的研究。文獻(xiàn)[72]提出的轉(zhuǎn)角跟蹤控制策略同樣采用了雙電機(jī)執(zhí)行的結(jié)構(gòu)，電機(jī)控制策略主體包含轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角電流3個閉環(huán)控制系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上額外附加了雙電機(jī)的同步速度補(bǔ)償控制，以完成雙電機(jī)一致性控制。文獻(xiàn)[73]提出的控制策略中一個電機(jī)作為主作動電機(jī)來響應(yīng)參考轉(zhuǎn)角的閉環(huán)控制，一個輔助作動電機(jī)根據(jù)主作動電機(jī)轉(zhuǎn)角響應(yīng)計算相應(yīng)力矩，并采用PID控制跟蹤力矩完成協(xié)調(diào)控制。文獻(xiàn)[74]所提出的控制結(jié)構(gòu)如圖9所示。通過在電機(jī)電流控制環(huán)附加轉(zhuǎn)速同步控制器，采用滑?？刂扑惴ㄓ嬎愀郊涌刂齐娏魇?個轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)速差為零，完成電機(jī)的同步控制，該策略能對系統(tǒng)噪聲及不確定保持較好的魯棒性能，算法有效，易于實踐。

圖9 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雙電機(jī)冗余同步控制結(jié)構(gòu)

獨立的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一個單驅(qū)動系統(tǒng)，執(zhí)行器在發(fā)生間歇性及永久性故障時只能通過啟動冗余備份來完成容錯控制，在沒有冗余備份的條件下，可以通過有效的控制算法對還保有部分工作能力的執(zhí)行器進(jìn)行容錯控制。文獻(xiàn)[75]將電機(jī)故障視為一個干擾，設(shè)計了一種基于執(zhí)行器故障delta算子的帶故障補(bǔ)償?shù)木€控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容錯模型預(yù)測控制方法，采用觀測器估計故障信息和系統(tǒng)狀態(tài)，通過求解由Lyapunov理論導(dǎo)出的線性矩陣不等式，得到觀測器和容錯模型預(yù)測控制（model predictive control，MPC）控制器的增益，仿真結(jié)果表明該控制策略對執(zhí)行器瞬時故障、卡死和部分失效都有良好的容錯控制能力。文獻(xiàn)[76]設(shè)計的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容錯控制策略，考慮了電機(jī)輸出飽和、電機(jī)故障和系統(tǒng)的有界不確定性以及干擾觀測器設(shè)計參數(shù)的漂移，采用最大最小模型預(yù)測控制跟蹤前輪轉(zhuǎn)角，仿真結(jié)果表明該容錯控制算法能夠應(yīng)對執(zhí)行器偏移、短時卡死、部分失效等故障狀況。

對于沒有執(zhí)行器備份的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其容錯控制還可以通過與車輛其余執(zhí)行部分的解析補(bǔ)償來完成。車輛電動化帶動了電動輪汽車的發(fā)展，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)合使得整個車輛成為一個典型的過驅(qū)動系統(tǒng)，通過過驅(qū)動系統(tǒng)執(zhí)行器之間的互相補(bǔ)償，能夠大幅提高系統(tǒng)的容錯能力[77]。文獻(xiàn)[78]研究了帶有線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動輪汽車容錯控制，采用干擾觀測器檢測轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障，最優(yōu)調(diào)節(jié)控制消除轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障。文獻(xiàn)[79]基于線控轉(zhuǎn)向與輪轂電機(jī)的互補(bǔ)容錯控制策略，利用前輪轉(zhuǎn)角與差動力矩產(chǎn)生的橫擺力矩互補(bǔ)完成容錯控制。文獻(xiàn)[80]設(shè)計了分布式電驅(qū)動車輛線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多輸入多輸出無模型自適應(yīng)控制，僅利用車輛系統(tǒng)的多輸入多輸出數(shù)據(jù)，不依賴精確的車輛模型信息，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生無法工作故障時，利用四輪驅(qū)動電機(jī)生產(chǎn)橫擺力矩進(jìn)行補(bǔ)償。文獻(xiàn)[81]提出了分布式驅(qū)動電動汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障檢測及容錯控制協(xié)同設(shè)計，考慮加性故障，設(shè)計狀態(tài)觀測器觀測系統(tǒng)狀態(tài)和輸出誤差，根據(jù)評估函數(shù)進(jìn)行故障檢測，采用H∞控制求解差動力矩補(bǔ)償轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障。文獻(xiàn)[82]基于線控轉(zhuǎn)向、制動和加速多樣性的汽車轉(zhuǎn)向容錯，根據(jù)駕駛員輸入判斷車輛狀態(tài)，計算當(dāng)前維持車輛穩(wěn)定狀態(tài)的橫擺力矩，通過驅(qū)、制動力矩完成整車的容錯控制。以上研究經(jīng)過仿真及試驗驗證都證明了，在不附加備份執(zhí)行器的條件下，通過過驅(qū)動系統(tǒng)的解析冗余依然能夠完成線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的容錯控制。

4.3 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳感器容錯控制

除去執(zhí)行器的容錯控制之外，傳感器的容錯控制也是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究重點。文獻(xiàn)[83]針對四輪獨立的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計了包含故障診斷、故障隔離和容錯補(bǔ)償?shù)闹鲃尤蒎e控制策略，設(shè)計自適應(yīng)滑模觀測器，對系統(tǒng)的故障及擾動進(jìn)行觀測，設(shè)計合理閾值對檢測故障，根據(jù)故障類型進(jìn)行降噪、平滑、重構(gòu)等方式完成容錯控制。文獻(xiàn)[84]設(shè)計了基于無跡Kalman濾波估計的傳感器故障診斷方法及信號重構(gòu)容錯控制算法，如圖10所示。采用轉(zhuǎn)角傳感器、加速度傳感器、橫擺角速度傳感器等多傳感器信息融合估計，通過比較器形成故障向量，通過表決器確定故障位置，同時利用估計信號對故障傳感器信號進(jìn)行重構(gòu)，完成線控轉(zhuǎn)向傳感器信號系統(tǒng)的主動容錯控制。文獻(xiàn)[85]也采用了類似的容錯控制算法，采用自適應(yīng)Kalman濾波設(shè)計前輪轉(zhuǎn)角估計器，提出了基于傳感器自身測量序列統(tǒng)計學(xué)特征的傳感器卡死故障診斷算法與基于傳感器殘差序列統(tǒng)計學(xué)特征的傳感器噪聲與漂移故障診斷算法，該研究的創(chuàng)新之處在于在檢測出故障之后，采用估計值代替?zhèn)鞲衅鬏敵鲋?，同時，設(shè)計切換權(quán)重函數(shù)，對輸出估計序列進(jìn)行平滑處理，避免數(shù)據(jù)突變對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。

圖10 傳感器故障診斷方法及信號重構(gòu)容錯控制算法

4.4 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器及通訊故障容錯控制

關(guān)于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器及通訊故障的容錯控制技術(shù)，文獻(xiàn) [86]設(shè)計了線控轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)層面的容錯控制，采用自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模糊推理系統(tǒng)，利用時間觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議信號，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中的信號周期、丟包和通信錯誤3個指標(biāo)根據(jù)模糊神經(jīng)模糊推理得到網(wǎng)絡(luò)健康度，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層面的故障診斷。文獻(xiàn)[87]提出了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主動信息安全控制，針對線控車輛的信息安全問題提出一種基于事件觸發(fā)策略的四輪線控車輛系統(tǒng)的預(yù)測控制方案, 該方案利用事件觸發(fā)控制對控制通道進(jìn)行選擇,根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定理論給定冪指數(shù)穩(wěn)定的充分條件，進(jìn)而設(shè)計事件觸發(fā)條件,并結(jié)合模型預(yù)測控制對未來動態(tài)信息進(jìn)行預(yù)測, 能在潛在對手攻擊的情況下，保證車輛安全行駛。

上述研究較為全面地覆蓋了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容錯控制的各個方面，通過執(zhí)行器、傳感器、控制器等各個層面的容錯控制技術(shù)，提高了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性。盡管如此，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的容錯控制技術(shù)仍然存在一些問題有待解決，例如，在執(zhí)行器和傳感器方面，容錯控制策略強(qiáng)烈依賴于故障診斷信息，故障診斷的閾值設(shè)計及診斷邏輯的合理性對于診斷準(zhǔn)確性十分重要；同時，現(xiàn)有的故障診斷技術(shù)多數(shù)建立在基于模型的狀態(tài)參數(shù)估計方法上，建模精度、參數(shù)準(zhǔn)確性及系統(tǒng)噪聲也決定故障診斷的準(zhǔn)確度；其次，現(xiàn)有的容錯控制策略使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器計算量大幅增加，由此帶來的時延問題對系統(tǒng)的影響還尚未有文獻(xiàn)報導(dǎo)。

5 面向智能汽車的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過電控單元控制轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)行車輛方向控制的方式，能夠完成主動轉(zhuǎn)向及自動轉(zhuǎn)向功能，實現(xiàn)輔助駕駛、平行駕駛甚至自動駕駛，通過調(diào)節(jié)駕駛員與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器之間的控制權(quán)重，不僅能根據(jù)不同駕駛員的駕駛習(xí)慣、駕駛特性以及車輛當(dāng)前的行駛情況，提供個性化的駕駛輔助，還能夠幫助駕駛員逐步適應(yīng)從輔助駕駛到自動駕駛的過渡，是智能汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最佳選擇。

針對面向智能汽車的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制，現(xiàn)有的研究主要集中在軌跡跟蹤、主動避撞以及人-車共駕等幾個方面。如圖11所示，在有人駕駛完成主動避撞時，決策模塊根據(jù)環(huán)境信息和車輛當(dāng)前狀態(tài)、位置信息規(guī)劃出避撞軌跡，駕駛員根據(jù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤輸入到車輛，控制車輛狀態(tài)，軌跡跟蹤控制器根據(jù)跟蹤誤差計算補(bǔ)償前輪轉(zhuǎn)角完成跟蹤控制；在無人駕駛進(jìn)行軌跡跟蹤時，軌跡跟蹤控制器直接根據(jù)車輛跟蹤誤差計算前輪轉(zhuǎn)角完成跟蹤控制。在有人駕駛時，駕駛員的控制與軌跡跟蹤控制器處于并行狀態(tài)，二者關(guān)系協(xié)調(diào)也是研究重點之一。

圖11 面向智能汽車的線控轉(zhuǎn)向控制流程

文獻(xiàn)[88]研究了采用線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的無人駕駛汽車對目標(biāo)路徑的跟蹤策略，采用無模型自適應(yīng)控制算法，求解跟蹤當(dāng)前路徑和車身航向角的前輪轉(zhuǎn)角，算法移植性高，通用性強(qiáng)，易于實踐。文獻(xiàn)[89]提出了基于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的智能汽車主動換道及人機(jī)共享控制策略，根據(jù)車輛安全評價系數(shù)與駕駛員操作意圖評價系數(shù)，引入模糊邏輯控制對駕駛員與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的權(quán)限系數(shù)實現(xiàn)動態(tài)分配，同時根據(jù)車輛被控狀態(tài)，設(shè)計路感電機(jī)控制模式，利用路感電機(jī)的駕駛員力反饋對駕駛員進(jìn)行人-機(jī)共享控制時駕駛意圖警示。文獻(xiàn)[90]設(shè)計了考慮駕駛員特性的線控轉(zhuǎn)向車輛路徑跟蹤魯棒控制方法研究，建立基于兩點駕駛員預(yù)瞄模型的人-車-道路增廣模型并進(jìn)行共享魯棒轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計，采用多面體理論和模糊控制將增廣模型變?yōu)榫€性參數(shù)變化模型，并設(shè)計加入極點配置約束的輸出反饋魯棒共享控制器，仿真結(jié)果表明該共享控制器能夠提高駕駛員的路徑跟蹤能力，減輕駕駛員負(fù)擔(dān)，提高駕駛舒適性。文獻(xiàn)[91]研究了基于線控主動轉(zhuǎn)向功能的避撞控制，首先根據(jù)障礙物的狀態(tài)信息創(chuàng)建基于障礙物衍生的狀態(tài)格避撞環(huán)境模型，并結(jié)合狀態(tài)格計算成本與搜索算法優(yōu)化求解避撞軌跡，然后設(shè)計基于內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)角跟蹤和外環(huán)改進(jìn)自抗擾控制的避撞軌跡跟蹤控制策略，利用自抗擾控制對橫擺角速度進(jìn)行觀測并補(bǔ)償額外轉(zhuǎn)角、抑制擾動。文獻(xiàn)[92]提出了線控轉(zhuǎn)向智能汽車人-車間接共享控制合作駕駛研究，建立基于MPC的駕駛員最佳響應(yīng)模型，與傳統(tǒng)駕駛員操縱模型不同，該模型假設(shè)駕駛員能夠?qū)W習(xí)并適應(yīng)控制器的策略并能與控制器合作做出路徑預(yù)測，給出駕駛員模型的解析解用于離線仿真；駕駛模擬試驗結(jié)果驗證了該控制策略不僅在高速行駛工況有效完成路徑保持，同時減少轉(zhuǎn)向控制力輸入。文獻(xiàn)[93]研究了基于駕駛風(fēng)格的個性化全線控電動汽車控制策略，開發(fā)了具備多種模式的五層式集成自適應(yīng)轉(zhuǎn)向特性的駕駛系統(tǒng)：第1層進(jìn)行駕駛風(fēng)格和轉(zhuǎn)向意圖識別；第2層根據(jù)風(fēng)格和意圖識別計算體現(xiàn)長效模式的轉(zhuǎn)向增益和短效模式的橫擺角速度增益，并且求解運(yùn)動控制目標(biāo)，并設(shè)計移動平均窗和余弦函數(shù)實現(xiàn)長短效模式的切換；第3層采用滑模控制算法設(shè)計運(yùn)動控制器，求解實現(xiàn)運(yùn)動控制目標(biāo)所需縱、橫向力及橫擺力矩；第4層完成車輪輪胎力優(yōu)化分配；第5層根據(jù)輪胎逆模型求解每個車輪對應(yīng)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)矩；通過不同風(fēng)格駕駛?cè)嗽诃h(huán)的仿真試驗驗證了該控制策略在不同操縱工況下各模式的有效性，不同駕駛員的主觀評價也體現(xiàn)了對該控制策略的適應(yīng)性和滿意度。

上述研究中，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在智能車的應(yīng)用中主要扮演運(yùn)動控制層的執(zhí)行器的角色，通過輸出上層智能控制策略計算得到的前輪轉(zhuǎn)角，完成對應(yīng)的功能。與傳統(tǒng)汽車相比，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在智能車上的應(yīng)用涉及的控制算法更加復(fù)雜，計算量更大，一些智能控制策略更是涉及到線控底盤多個子系統(tǒng)的協(xié)同控制，因此，提高線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行速度與精度，保證整個線控底盤系統(tǒng)的控制協(xié)調(diào)性，對于智能汽車的發(fā)展十分重要。

6 線控轉(zhuǎn)向控制技術(shù)展望

智能線控底盤系統(tǒng)旨在通過線控化、智能化實現(xiàn)個性駕駛、輔助駕駛、無人駕駛等目標(biāo)，是智能網(wǎng)聯(lián)汽車落地的關(guān)鍵技術(shù)。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為線控底盤的重要組成部分，也應(yīng)朝著相同的目標(biāo)邁進(jìn)。為了進(jìn)一步促進(jìn)線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展，可在以下方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

1） 執(zhí)行精準(zhǔn)。現(xiàn)有的線控轉(zhuǎn)向技術(shù)研究大多基于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與整車的動力學(xué)建模進(jìn)行，路感規(guī)劃的合理性與準(zhǔn)確程度、穩(wěn)定性控制的精度以及容錯控制的效果都強(qiáng)烈依賴于模型建立的準(zhǔn)確度與精確度。然而，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及整車的建模過程中，部分結(jié)構(gòu)參數(shù)無法精確獲得，隨工況變化的時變參數(shù)、系統(tǒng)的非線性摩擦及不確定性擾動等元素也無法通過數(shù)學(xué)解析模型精確表達(dá)，通過合理的狀態(tài)參數(shù)估計方法提高建模精度的同時也能對基于模型的控制策略進(jìn)行在線修正，可以大幅提高控制策略的有效性和準(zhǔn)確性。

2） 全工況覆蓋?，F(xiàn)有的研究多數(shù)只考慮線性區(qū)域的系統(tǒng)動力學(xué)特性，對于系統(tǒng)的非線性因素（例如信號處理及控制策略計算帶來的時滯，以及車輛在非線性區(qū)域乃至極限工況下的車輛動力學(xué)特性的改變等）研究不夠深入，在今后的研究中若能針對性地對系統(tǒng)非線性因素進(jìn)行控制策略的構(gòu)建，將能發(fā)揮線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在全工況范圍內(nèi)的優(yōu)勢。

3） 平行駕駛。現(xiàn)有的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的路感控制與穩(wěn)定性控制策略設(shè)計都只針對車輛本身，以提升車輛穩(wěn)定性、安全性為主要目標(biāo)，僅有個別文獻(xiàn)討論了駕駛員參數(shù)的影響。在實際的汽車駕駛過程中，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是駕駛員控制車輛狀態(tài)、獲取道路信息的直接通道，駕駛員則是轉(zhuǎn)向過程的直接參與者，考慮駕駛員特性設(shè)計針對性的路感反饋與穩(wěn)定性控制策略能夠改善人-車系統(tǒng)綜合性能，完善平行駕駛功能，提升駕駛體驗。

4） 安全可靠。隨著車輛的線控化發(fā)展，底盤系統(tǒng)的傳感器數(shù)量及測量覆蓋面增加，多傳感器信息融合能夠提高車輛控制系統(tǒng)的信息容錯能力；同時，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與線控驅(qū)/制動系統(tǒng)組成過驅(qū)動冗余系統(tǒng)，通過子系統(tǒng)間控制需求重新分配能夠提升執(zhí)行器的容錯能力；此外，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與線控驅(qū)、制動系統(tǒng)組成一個集成度、耦合度、復(fù)雜度大幅提升的綜合動力學(xué)控制系統(tǒng)，通過整車協(xié)調(diào)控制，消除子系統(tǒng)間耦合干擾，能夠大幅提升車輛的安全性和穩(wěn)定性。

5） 智能網(wǎng)聯(lián)。隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)及交通環(huán)境數(shù)據(jù)融合能夠提高線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的信息感知能力；線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為車輛方向與穩(wěn)定性控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，結(jié)合各類智能控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)聯(lián)化。

7 總 結(jié)

本文針對線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制技術(shù)的重大意義與發(fā)展歷程進(jìn)行了簡單概述，并從線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的路感控制、穩(wěn)定性控制、容錯控制及面向智能汽車的系統(tǒng)控制4個方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹與分析。通過對線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的綜述與分析，對線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制技術(shù)發(fā)展進(jìn)行展望，指出線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制技術(shù)將向著執(zhí)行精準(zhǔn)、全工況覆蓋、平行駕駛、安全可靠和智能網(wǎng)聯(lián)的方向發(fā)展。