文 献 综 述
题目名称： 汽车转向电子控制
技术研究
题目性质： 工程技术研究 专业班级： 交通运输B02-7班 学生姓名： 薛 飞 指导教师： 付百学 职 称： 教 授
汽 车 工 程 系 二○○六年三月六日
汽车转向电子控制技术的文献综述
（作者：薛飞 指导教师：付百学）
摘要：:综述了汽车电动转向技术的发展，包括电子控制的液压助力转向系统、电动助力转向系统和下一代线控电动转向系统；叙述电动助力转向系统的结构、工作原理和特点，重点介绍线拉电动转向系统的发展动因、结构、工作原理、特点以及关健技术，探讨汽车电动转向系统的发展趋势。
关键词：转向；动力转向；助力转向；电动转向
Review on Electronics Control of Vehicle Steering
（Instructor:Fu Baixue By: Xue Fei）
Abstract：This paper summarized the evolution of automotive electric power steering system including electro-hydraulic power steering, electric power-assisted steering and steer-by-wire, which is the next generation of steering system. The structure, working principle and characteristics of electric power-assisted was described, and the focus was on the background, structure, working principle, characteristics as well as the key technology concerned of the steer- by-wire system, and the future trends was also examined.
Key words: steering；power steering；power assisted steering； electric power steering；
前言：
汽车的电子控制系统已经延伸到汽车中的每一个角落，汽车的操纵稳定性、舒适性和安全性也有了大幅提高。汽车转向系统作为改变或保持汽车行驶方向的专门机构，直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性。传统液压助力转向系统的液压泵通过发动机驱动，控制阀的开度与转向助力成比例关系，因此不能很好地兼顾汽车低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性。电动液压助力转向系统尽管解决了上述矛盾，但是无法改变液压助力转向系统无论转向与否都需要消耗能量的固有缺憾。电动助力转向系统作为一种新型的转向系统，弥补了传统助力转向系统的缺点，具有节能、环保、高效、安全等优点，是未来转向系统的发展方向。国外对电动助力转向系统的开发研究从上个世纪80年代开始，目前己经应用到某些车型上；而我国作为未来的汽车大国，对电子控制转向系统地研究迫在眉睫，由于微控制器和传感器的技术限制，电动助力转向也没有很好地发展，尤其针对有中国特色的微型车，保有量大，因此对电动助力转向系统电子控制技术的研究既有理论意义又有实用价值。
正文：
1、国内外汽车转向技术的发展历史及现状 1.1 汽车转向系统的发展历史
驾驶操纵用来改变或恢复汽车行驶方向的专用机构称为汽车转向系统，随着现代汽车技术的迅猛发展，人们对汽车转向操纵性能的要求也日益提高，为了保证车辆在任何工况下转动转向盘时、都有较理想的操纵稳定性，即使车辆在停车情况下转动转向盘时也能够轻松自如；而高速行驶时又不会感到轻飘不稳。
按转向动力能源不同，汽车转向系统可分为机械式转向系统和动力转向系统两大类。机械式转向系统是以人的体力为转向能源的，其中所有的传力件都是机械的，它主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成。汽车转向器作为汽车转向系统的重要零部件，其性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性和可靠性。汽车动力转向系统是在机械转向系的基础上增设了一套转向加力装置所构成的转向系(如液压动力转向系统中的转向油罐、油泵、控制阀、动力缸等)，它兼用驾驶员的体力和发动机动力作为转向能源。在正常的情况下，汽车转向所需的力大部分由发动机通过转向加力装置提供，只有一小部分由驾驶员提供。但在动力转向失效时，驾驶员仍能通过机械转向系统实现汽车的转向操纵。随着电子技术的发展，电子控制式机械液压动力转向系统应运而生，该系统在某些性能方面优于传统的液压动力转向系统，但仍然无法彻底解决液压动力转向系统的固有缺陷。此外，传统液压动力转向系统在选定参数完成设计之后，转向系统的性能就确定了，不能再对其进行调节与控制。因此传统液压动力转向系统协调转向力与操纵“路感”的关系比较困难。当按汽车低速转向力小时设计，则高速行驶时转向力往往过小、即“路感”差，甚至感
觉汽车发“飘”，从而影响操纵稳定性，而按高速性能要求设计转向系统时，低速时须转向力往往过大，汽车电子化是当前汽车技术发展的必然趋势。继电子技术在发动机、变速器、制动器和悬架等系统得到广泛应用之后，EPS在轿车和轻型汽车领域正逐步取代传统液压助力转向系统并向更大型轿车和商用客车方向发展，它己成为世界汽车技术发展的研究热点和前沿技术之一，具有广泛的应用前景。
电动助力转向系统属于与传统液压动力转向系统不同的另一种动力转向系统。它直接依靠电动机提供辅助扭矩，通过控制电动机电流的幅值和方向，从而实现转向器电动助力的要求，这种系统使汽车在低速时能减轻操纵力，从而提高操纵的轻便性：而当汽车在高速行驶时，电子控制系统保证提供最优控制传动比和稳定的转向手感，从而提高高速行驶时的操纵稳定性。因此它可以较好地解决液压动力转向系统所不能解决的矛盾。目前，电动助力转向系统有代替液压动力转向系统的趋势。 1.2 国外汽车转向系统发展现状
自1953年通用汽车公司在凯迪莱克和别克轿车上首次批量使用了液压动力转向系统以来。液压动力系统给汽车带来了巨大的变化：人们不再需要靠大直径的转向盘来产生足够的转向力矩，转向盘的减小使得驾驶室变得宽敞起来。座椅布置也变得更为舒适了；液压动力转向系统在降低了转向操纵力的同也使转向变得更为灵敏。随着技术的发展，动力转向系统在体积、价格和所消耗的功率等方面都取得了的进步。在八十年代后期，又开发了变减速比、电控液压动力转向系统。变减速比的液压动力转向几乎成为发达国家所销售轿车的标准装备。1993年本田汽车公司首次将电动助力转向系统装备于大批量生产在国际市场上，同法拉利和波尔舍竞争的爱克NSX跑车上；同年，在欧洲市场销售的一种经济型轿车——菲亚特帮托也将美国德尔费公司生产的电控助力转向系统作为标准装备：由于电控助力转向系统完全取消液压装置，用电能取代液压能，减少了发动机的能量消耗；加上其性能的优越性，很快在越来越多的国外轿车上得到应用。 1.3 国内汽车转向系统发展现状
目前国内动力转向器还处在机械一液压式动力转向系阶段。对于电动助力转向系统仅有清华、华工等校开展了系统结构方案设计，系统建模和动力分析等研究，但处在研制的初级阶段，未达到实用程度。 2、电子控制转向发展方向
汽车是一个复杂的多自由度系统，在外界不确定因素的作用下，其动态特性会发生很大变化甚至失稳。许多专家学者都在寻求一种有效方法控制汽车的动态特性.使之满足要求。由于智能控制的性能优于传统控制，因而在汽车转向领域得到广泛的应用。
尽管汽车给我们带俩巨大的便利，但21世纪的汽车化必须面对这种便利带来的环境和安全问题。智能转向系统技术可以在解决这个问题的过程中起到重要作用。尽管今天的汽车仅仅拥有移动、停止、转向等基本功能，但他们很快将装备用作“大脑”和“神经系统”
的电子和信息系统，早期的实例有汽车导航系统，使整个汽车变成一个机械与电子的集成系统。基于这些原因，应开发最优化的转向集成控制系统。该系统是通过转向系统和制动系统的协调控制来实现汽车的运动并使车辆能在较小摩擦系数的路面上保持运行的稳定性。在未来的线控转向系统中，其输入端(转向柱)与输出端（转向动作端）之间无机械连接，这可以防止在激烈碰撞时转向柱所受到的直接冲击。除了由那些传统的角度传感器、力矩传感器和车速传感器提供输入信号外，还由车辆的偏摆率传感器、横向加速度传感器提供输入信号，使得主动控制成为可能。 发展转向角度控制技术、外部干扰补偿技术和驾驶员输入分辨技术来改善车辆自动转向的精确度。这些先进的集成车量控制技术不仅能够适用于未来的转向系统，而且可用于设计传统的转向产品。 3、汽车转向电子控制原理
汽车转向电子控制是指应用电子控制技术，以电子控制单元（ECU）和感知单元（传感器）为核心，通过液压或电动机等执行机构控制转向器进行转向，通过ECU和传感器来控制需要转向的方向和角度。基本控制思想为：根据驾驶员的意图（操纵转向盘）和车辆的状态（发动机转速、车速），依据适当的控制规律（转向规律，离合器接合规律），借助于相应的执行机构（电动机）和电子装置（供油控制装置）对车辆的转向轮进行操纵。 4、控制系统基本功能
要完成控制任务，首先要明确控制系统的功能要求。在汽车转向电子控制系统中，要求完成的控制功能有以下几项: 4.1采集各种控制系统需要的参数信号
电子控制汽车转向系统是一个很复杂的系统，具有很强的实时性、非线性、不确定性。所以要满足对其复杂的运行工况的控制，需要采集很多的参数信号，一般最主要的是需要车速信号、发动机转速信号、方向盘转矩信号、所处档位信号等等。具体的情况在具体的转向系统中分析说明。 4.2 对输入参数进行分析处理
分析处理的过程即根据输入的参数信号进行分析判断，决定对电动机、液压泵和转向器的控制。将传感器采集到的信号经调理电路传送到电子控制单元ECU中，由ECU对输入的参数信号进行处理，再把对各种参数的处理结果和事先在控制器中设定好的控制算法进行比较，最终向执行机构输出相应的控制信号。本系统的控制算法采用的是模糊控制的方法，该方法是利用熟练驾驶员的经验和模糊语言对可能的各种情况进行定性的描述，并利用计算机语言写入模糊控制器，形成一套模糊控制规则，然后根据此对目前的系统运行工况进行模糊推理，从而对执行机构输出正确的控制信号。 4.3 驱动相应的执行机构动作
由控制器输出的控制信号必须经过驱动控制电路才能有效地驱动执行机构动作执行机构还可以把此次执行的效果反馈给控制器，由控制器去总结处理。