線控轉向系統(tǒng)簡介及要求2

線控轉向系統(tǒng)（SBW,Steering-by-wire）一、功能簡介（1）取消了轉向盤和轉向輪之間的機械連接，減輕了大約5kg重量；（2）消除了路面的沖擊，具有降低噪聲和隔振等優(yōu)點。（3）為今后的輔助駕駛系統(tǒng)和無人駕駛汽車的研發(fā)提供技術支持。優(yōu)點：①取消轉向柱、轉向器后，有利于提高汽車碰撞安全性和整車主動安全性。②提高了整車設計自由度，便于操控系統(tǒng)布置。例如沒有了機械連接，可以很容易把左舵駕駛換為右舵駕駛。③轉動效率高，響應時間短?？刂茊卧邮崭鞣N數(shù)據(jù)，可以在瞬時轉向條件下，立刻提供轉向動力，轉動車輪。④改善駕駛特性，增強操縱性?；谲囁?、牽引力控制以及其它相關參數(shù)基礎上的轉向比率（轉向盤轉角和車輪轉角的比值）不斷變化，低速行駛時，轉向比率低，可以減少轉彎或停車時轉向盤轉動的角度；高速行駛時，轉向比率變大，能夠獲得更好的直線行駛條件。圖1線控轉向系統(tǒng)示意圖轉向盤模塊的主要功能是將駕駛員的轉向意圖（通過測量方向盤轉角）轉換成數(shù)字信號并傳遞給主控制器;同時接受ECU送來的電信號，控制路感模擬電機產生相應的方向盤回正力矩以提供給駕駛員相應的路感信號。前輪轉向模塊包括前輪轉角傳感器、轉向執(zhí)行電機、轉向電機控制器和前輪轉向組件等。轉向執(zhí)行模塊的功能是接受ECU的命令，控制轉向執(zhí)行電機實現(xiàn)要求的前輪轉角，完成駕駛員的轉向意圖。ECU對采集的信號進行分析處理，判別汽車的運動狀態(tài)，向方向盤回正力電機和轉向電機發(fā)送命令，控制兩個電機的工作。二、基本要求1、路感模擬電機涉及驅動程序的開發(fā)要求轉向操縱輕便。根據(jù)光洋轉向試驗室的經驗數(shù)據(jù)，對于輕型轎車，在現(xiàn)實中作用于方向盤的回正力矩值一般在2-3Nm左右，其最值也不會超過5Nm；根據(jù)美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)的調查，駕駛員在進行緊急避讓的時候，方向盤轉速最大為1.5r/S（轎車），一般情況下，方向盤平均轉速為：500°/s。此處回正電機沿用了北斗星電動助力轉向系統(tǒng)中的助力電機——直流有刷電機（12v，170w，30A，1050r/min），并配有蝸輪蝸桿減速器（減速比16.5：1）。但是尚需開發(fā)相應的驅動程序。該助力電機所能產生的扭矩是T=9550P/n2、轉向執(zhí)行電機涉及到電機的選型（包括減速機構）以及驅動程序的開發(fā)要求電機尺寸小，質量輕，響應快速。由于經常處于變速運行，對位置控制精度要求很高，并且在運行過程中要有連續(xù)堵轉（轉速為零）而輸出轉矩的能力，調速范圍較寬。3、轉矩傳感器信號的采集及處理該傳感器有5個端子，其中1腳未用，2腳為電源+，3腳為電源-（地），4腳為主扭矩信號，5腳為副扭矩信號。無力施加在其上時，電位器電壓為2.5v，高于或低于2.5v分別對應正反轉。4腳和5腳的電壓之和等于電源電壓5v。電源電壓5v。4、車速信號的采集及處理車速信號一般從里程表中取出，幅值12v，方波，頻率與車速的關系一般為f=43.6（Hz）/60（km/h）。此處可以用信號發(fā)生器來產生。最高車速180km/h。正常高速公路上值允許120km/h。5、光電編碼器信號的采集及處理三、相關參數(shù)和數(shù)據(jù)1、齒輪齒條式機械轉向器線傳動比為32.12mm/rad，齒條行程±67.5mm，減速比16：1；小齒輪直徑17.65mm，作用在齒條上的最大力12000N。四、轉向執(zhí)行電機的選型計算1、轉向執(zhí)行電機的額定力矩Tmmax選型時主要考慮電機本身的額定轉矩應大于汽車轉向時受到的最大輸出力矩。有兩種算法：一是根據(jù)理論公式計算出原地轉向阻力矩；另一種方法是根據(jù)經驗公式計算。①理論公式：Tmmax≥Tmax/gsiηηt其中，Tmmax為轉向執(zhí)行電機額定力矩；Tmax為作用在減速機構上的最大轉向阻力矩（即原地轉向阻力矩）；gs為轉向執(zhí)行減速器傳動比，此處因為不打算用到減速器，故gs=1；i為轉向系角傳動比，此處采用了齒輪齒條式機械轉向器，i=16；η為轉向器傳動效率，η=0.9；ηt為傳動系效率，ηt=0.9。此處Tmax=f/3*=259.16Nm；其中，f為輪胎與路面的滑動摩擦因數(shù)，f=0.7；G1為轉向負荷，G1=6272N；p為輪胎氣壓，P=200kpa=0.2Mpa。通過計算可得，轉向執(zhí)行電機額定力矩為Tmmax≥Tmax/gsiηηt=19.97Nm②經驗公式：Tmax=Fmaxr=27.68Nm其中，F(xiàn)max為前軸荷（640kg）的一半；r為小齒輪半徑。小齒輪直徑17.65mm。轉向執(zhí)行電機額定力矩：Tmmax≥Tmax/gsηηt=34.17Nm應用經驗公式算出的最大轉矩要大于根據(jù)理論公式計算的結果，為了系統(tǒng)安全性，本文選取經驗公式的計算結果作為選定轉向執(zhí)行電機的依據(jù)，即：Tmmax≥34.17Nm轉向執(zhí)行電機額定轉速ωmmax對于轉向執(zhí)行電機，盡管線控轉向沒有了方向盤與轉向器的機械連接，該電機的最大轉速也應依據(jù)方向盤轉速而定，即轉向執(zhí)行電機輸出轉速經減速機構后與方向盤轉速一致，并且保證轉向輕便性要求。根據(jù)美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)的調查，駕駛員在進行緊急