基于线控转向的主动转向控制策略解析

朱联邦

摘要：随着相关技术的发展，促进了电子技术、汽车控制技术、人工智能等技术发展，智能汽车已经是未来汽车发展的重要趋势，线控转向技术的出现，非常符合当下汽车发展需求，运用线控转向改变了机械转向结构，而且灵活性更强，同时还有效地改善和提高了汽车转向的特性。因此加强对线控技术研究，符合汽车行业的未来发展。

关键词：线控转向；主动转向；控制策略

转向系统是汽车底盘当中不可缺少的部分﹐主要的作用就是在静止和行驶状态下，根据驾驶员驾驶意图行驶。从汽车诞生开始转向系统也在不断地更新，而线控转向技术的出现，有效地改善了汽车转向特征。随着科技的不断发展，无人驾驶、自动驾驶、智能汽车等先进技术的出现，促进了汽车技术发展，尤其是线控技术不断成熟的情况下，使这些先进的汽车安全性更高，稳定性更强。线控转向作为全新的转向系统，不仅拥有机械转向功能，还具备了一些其他特征。所以探索线控转向技术探索，可以很大程度推动汽车行业发展。

1线控转向系统基本情况分析

1.1系统构成

完整的线控转向系统，主要有以下三个部分构成。第一，是ECU控制器。ECU是重要的控制单元，也是线控转向系统的核心，主要功能就是接收、处理、输出各种相关控制信号。当ECU接收到输入转向意图信号时，车辆就会立刻响应和反馈这个信号，然后根据预先设置的策略输出控制指令，从而控制转向系统机，不仅保证了输出转角，同时也完成了驾驶意图，通过这些信息可以确保驾驶者能够感知汽车运行状态，还有路面的相关信息。第二，是方向盘模块。驾驶员输入转向意图时，通过传感器将意图转换为物理信号，然后转换成数字信号，并传递到ECU控制单元。当电机接收到ECU信号指令以后，就会做出相应动作，保证驾驶者可以感知运行状态。第三，是转向执行模块。是转向意图的执行机构，由转向机、转向执行电机、减速器、车轮、各类传感器构成。根据转向执行电机接收到的ECU控制信号，做出相应动作来完成驾驶意图。

1.2工作原理分析

当驾驶员将转向意图输入到方向盘转角时，通过方向盘上的传感器，可以将其转换为电信号，然后输入到ECU控制单元当中，这时ECU会根据设置好的控制算法来决策出转角，同时输出电信号控制转向执行电机，当转角达到期望转角以后，控制电机会在一定时间内保持这个转角不变，然后控制车辆沿着期望方向运动。当完成转向操作过程，驾驶员如果松开方向盘，方向盘这时就会自动回到中间位置，这时ECU控制单元就会检测到这个操作过程，车轮就会恢复到直线行驶状态。

2主动转向控制策略

在实际运行中，汽车经常会处于非稳态情况下行驶，如果行驶过程中出现过度转向、不足转向、路面附着系数变化情况，就会导致汽车状态出现急剧恶化，导致横摆力矩发生突变，从而影响汽车操纵稳定性，这种情况非常容易出现失控情况。在非稳状态下行驶，要想确保汽车能够稳定行驶，应用主轮转控制器，可以监测行驶中的危险状态，并主动干预危险状态，之后通过实时校正前轮转角方式调整横摆力矩，确保汽车可以在非稳态情况下稳定行驶。

2.1总体结构

首先，控制变量选择。汽车行驶如果只靠驾驶员操作，那么很难实现稳定控制。比如进入附着系数比较低的路面，车辆很容易出现侧滑和失控，这时仅依靠驾驶员修正，很难平稳地操控汽车，一旦出现操作不当，就会加剧侧滑和失控。在这样的情况下，需要主动转向控制器介入，在输入转角上附加前轮转角来实现主动干预，从而有效地改善紧急情况下的汽车稳定性。主动前轮转向控制，主要有两个任务，一个是稳定性控制，另一个是运行轨迹保持。通常用横摆角速度描述操纵稳定性，用质心侧偏角描述运行轨迹保持。当前主动转向控制系统主要是通过横摆角速度进行反馈控制，对极限工况下调节汽车状态，从而实现行驶稳定。但是只采用横摆角速度反馈控制，虽然可以确保横摆角速度比较理想，但是一旦出现质心侧偏角，就无法保证汽车稳定。随着质心侧偏角的不断增大，一旦出现失稳情况就很难恢复。汽车运行中不能出现较大质心侧偏角，所以要对质心侧偏角进行控制，从而有效的控制汽车稳定性，保证不会出现大的质心侧偏角，全面地提高跟随能力。其次，控制结构设计。主动轮转向的特点就是可以独立于驾驶员，通过状态响应可以计算出前轮转角，并通过对前轮转角修正进行主动干预。

2.2滑模变结构控制分析

滑模变结构控制是一类比较特殊的控制方式，从算法和性质上来看，是一种不连续的非线性控制方式。相比于其他控制系统，滑模变结构控制系统结构不是固定的，可以根据受控系统状态进行变化，并且给定了滑动模态轨迹，时期在轨迹内运动。也正因为具备这种特性，这种控制结构对参数变化和外部扰动不敏感，而且具有反应灵敏、响应快速、结构简单等特点，这种控制方式通用性较强，

2.3汽车质心侧偏角观测器

对于质心侧偏角获取比较难的问题，国内外许多学者进行了相关研究，针对这种情况进行估计，当前比较常用的方法有，直接积分法和模型估计法这两种。其中，直接积分法采用是易测状态响应换算方式成为质心侧偏角，这种方法比较简单方便，而且很容易实现，但是误差较大。而模型估计法所估计的偏角误差相对较小，质心侧偏角值也比较接近实际情况。

2.4转向控制器设计

在进行汽车系统设计时，使用滑模变结构控制方式来设计线控主动前轮转向控制器时，控制系统当中的横摆角速度和质心侧偏角上可以反映两个状态，而反馈的变量则是相互耦合状态的，这是一种典型的欠驱动系统，在实际应用过程中，如何更好地实现反馈变量的协同控制，增加了控制系统的难度。在具体设计过程中通过引进虚拟中间变量的方式来构建单一的滑模面，这样就能够实现横摆角速度控制，同时也可以进行质心侧偏角控制，由于两个状态的反馈变量属于协同控制方式，这样通过简化控制器的复杂性，提高极限工况稳定性，从而提高汽车的性能。

结束语：

通过对线控转向的主动转向控制策略分析和应用，可以让汽车能够更好地应对复杂环境，虽然设计过程比较复杂，但是线控转向的主动转向控制不仅提高了行车安全，同时对线控转向技术的研究也促进了相关技术发展和应用。

参考文献：

[1]庄威洋. 车辆线控主动转向变传动比算法及转向系统控制策略研究[D].重庆理工大学,2022.01:56-58.

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