摘 要

线控转向系统是继助力转向系统之后的新一代汽车转向系统，由于其结构形式与遥操作系统的双向控制结构相同，故可将遥操作领域内的双向控制研究成果应用于线控转向系统。透明性是评价双向控制结构的重要指标，具有良好透明性的线控转向系统可以为驾驶员提供清晰的路感。

本文对目前线控转向系统研究中常用的几种双向控制结构进行了优缺点比较，并基于阻抗理论对力反馈-位置型和转矩驱动转角反馈型双向控制结构进行了详细的透明性分析，得出后者理论上同样可以实现线控转向系统的理想透明性，除此之外后者还具有无需测量或者估计转向阻力等其他常规双向控制结构不具有的优点。

因此本文采用转矩驱动转角反馈型双向控制结构，并通过MATLAB/Simulink和Carsim软件建立线控转向系统模型进行联合仿真以及基于dSPACE进行实车实验验证了使用该双向控制结构的线控转向系统可以很好的实现转向执行和力感反馈功能。

关键词：线控转向；双向控制；透明性；联合仿真；实车实验

Abstract

SBW system is a new steering system after the power assisted steering system. We can take the research findings of the bilateral control structure in the teleoperation field into the SBW system, which has the same structure with the bilateral control structure of the teleoperation system. And the transparency is an important index to evaluate the bilateral control structure. SBW system with good transparency can provide clear sense of road for the drivers.

The advantages and disadvantages of several kinds of bilateral control structures in the SBW research are compared in this paper, then we analyse detailedly the transparencies between the Force feedback-Position type and the Torque drive-Angle feedback type based the impedance theory and draw the conclusion that the latter type can also get ideal transparency in theory, besides, it needn’t to measure or estimate the steering resistance, which is impossible for other bilateral control structures.

So we use the Torque drive-Angle feedback structure in this paper and build the SBW system model with MATLAB/Simulink and Carsim softwares to co-simulate and carry out series real vehicle experiments using dSPACE to confirm the SBW system with Torque drive-Angle feedback structure can achieve the functions of the steering execution and force sense feedback well.

Key Words : SBW ; Bilateral control ; Transparency ; Co-simulation ; Real vehicle experiments

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题提出的背景与意义 1

1.2 线控转向系统研究现状 2

1.2.1 SBW系统国外研究现状 2

1.2.2 SBW系统国内研究现状 6

1.3 双向控制结构透明性研究现状 7

1.3.1 国外研究现状 7

1.3.2 国内研究现状 8

1.4 本文主要研究内容 9

第2章 线控转向系统建模 10

2.1 线控转向系统概述 10

2.1.1 线控转向系统构造 10

2.1.2 线控转向系统主要技术 12

2.2 线控转向系统动力学模型 15

2.2.1 转向盘模块 16

2.2.2 转向执行模块 18

2.3 CarSim车辆模型 19

2.3.1 CarSim软件简介 19

2.3.2 CarSim车辆模型 20

2.3.3 CarSim车辆模型与线控转向系统模型接口 20

2.3.4 线控转向系统模型参数 21

2.4 本章小结 22

第3章 线控转向系统双向控制结构透明性分析 23

3.1 线控转向系统双向控制结构简介 23

3.1.1 双向控制结构简介 23

3.1.2 二端口网络模型 23

3.1.3 线控转向系统双向控制结构 24

3.2 SBW系统结构透明性分析及对比 28

3.2.1 力反馈-位置型双向控制结构透明性分析 28

3.2.2 转矩驱动转角反馈型双向控制透明性分析 30

3.2.3 双向控制透明性对比分析 31

3.3 双向控制结构透明性仿真验证 33

3.4 本章小结 37

第4章 线控转向系统双向控制实车验证 38

4.1 快速控制原型技术介绍 38

4.1.1 基于模型的开发流程 38

4.1.2 快速控制原型技术 39

4.2 线控转向系统实车实验平台 40

4.2.1 线控转向试验车硬件简介 40

4.2.2 基于dSPACE的实车测控系统搭建 42

4.3 线控转向系统实车实验及结果分析 46

4.3.1 建立实车实验控制算法 46

4.3.2 实验及结果分析 48

4.4 本章小结 50

第5章 全文总结与研究展望 51

5.1 全文总结 51

5.2 研究展望 52

参考文献 53

附 录 56

致 谢 65

第1章 绪论

1.1 课题提出的背景与意义

汽车转向系统使汽车能够实现驾驶员的驾驶意图，按照驾驶员的意愿控制汽车前进或者后退的方向。转向系统对汽车的行驶安全至关重要，并与驾驶舒适性密切相关，因此各大汽车生产商以及科研机构从未间断过对于汽车转向系统的研究。随着社会经济的发展进步，人们生活水平的提高，人们对于汽车各方面的要求也不断提高，各国也提出了相对应的政策法规以及行业标准，对汽车的各方面技术进行规范。另外，为了能够在激烈的市场竞争中抢占先机，各大汽车生产商也不断结合科学技术的发展，推出能够更好满足驾驶员需求的新技术应用到汽车之上。这些技术不仅仅需要满足驾驶员对于车辆动力性及安全性等方面的基本要求，同时还需在满足相关的政策法规的前提下，尽可能提高燃油经济性、以及舒适性等进一步要求。汽车的转向系统也经历了由机械转向系统到动力转向系统的发展转变。

机械转向系统，顾名思义系统中的部件都是机械的，驾驶员的体力是转向系统的动力源，显然采用机械转向系统的汽车毫无驾驶舒适性而言，反而转向力矩对驾驶员而言是沉重的负担。因此，随着科学技术的发展以及对于转向系统研究的深入，动力转向系统应运而生。动力转向系统为驾驶员提供转向助力，大大减轻了驾驶员的操作负担，提高了驾驶汽车的舒适性。汽车动力转向系统也经历了液压助力转向系统、电动液压助力转向系统、电动助力转向系统到线控转向系统的发展。相比较于液压助力转向系统，电动液压转向系统可以根据车速对转向助力进行调节，但两种结构都存在结构复杂等问题。随着汽车底盘机电一体化技术的进步，在乘用车上，电动助力系统逐步取代了液压助力转向系统，电动助力转向系统结构简单，可以同时提高汽车低速转向时的轻便性以及高速转向时的路感，同时可以兼具主动回正、防侧风干扰以及主动泊车等功能。随着全球资源形势日益严峻以及电控技术的不断进步，新能源以及智能汽车成为汽车领域新的研究重点，在汽车转向系统方面，对于线控转向系统的研究日益增多。