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2023.11.29湖北
前言
（1）低速转弯工况
图1低速车辆转向轨迹
（2）中高速转弯工况
图2高速车辆转向运动轨迹
线控转向系统相较于传统机械转向系统的主要优势在于能够完成转向系统力传递与位移传递的完全解耦，简而言之就是转向系统的力传递特性和位移传递特性能够分别独立设计。现有的分布式转向系统的执行机构多为前后轴独立转向，结构布置如图3所示，前后轴各有1个独有的转向执行机构带动左右侧车轮同时转动，其中后轮转向系统即为力与位移完全解耦的线控转向系统。
图3前后轴分布式线控转向
后轮线控转向系统的执行机构动力学建模可以表示为转向电机模型和后轮齿轮齿条模型。
图4直流电机等效电路图
根据Kirchhoff电压定律，直流电机电枢回路的微分方程可表示为：
后轴齿条与小齿轮的动力学方程为：
线控后轮转向系统的位移特性控制有2种较为典型的方式，如图5所示。第1种方式是稳定性控制法，其实施过程可以概括为根据驾驶员的转角/转矩输入指令及汽车当前行驶状态，计算得到理想的横摆角速度、质心侧偏角、侧向加速度等控制目标，设计稳定性控制器根据控制目标求解所需的后轮转角，转角跟踪控制器以所需后轮转角为目标，输出扭矩带动转向执行机构对后轮转角进行跟踪。第2种方式为变传动比控制法，即先根据驾驶员的转角输入和系统传动比计算后轮参考转角，然后设计转角跟踪控制器控制转向电机输出扭矩对后轮参考转角进行跟踪。
图5线控转向系统位移特性典型控制方法
对于后轮线控转向系统的变传动比设计，驾驶员稳态转向时的横摆角速度增益是一个非常重要的参考依据，需要通过驾驶员输入及车身状态（车速、横摆角速度、侧向加速度）判断车辆行驶在线性或非线性区域内，在不同的区域设置不同的传动比规则来提高车辆的行驶安全性和兼顾转向感受。
一种较为简单的是基于车速关系的传动比设计方式，在0～20km/h速度范围内，传动比为较小的8；随着车速的增加，传动比也呈线性增加，直到速度达到100km/h之后传动比保持在20不再变化。理论上而言，该传动比的设置方式具备一定的合理性，但是由于其仅考虑了车速，没有考虑驾驶员输入转向角及车身的实时运动状态，没有发挥出后轮转向系统的最大优势。在20～100km/h车速范围，其传动比是由稳态横摆角速度增益决定的，能够反映车辆转向的动态稳定性，更具合理性。
在稳定性控制及变传动比设计求解出目标后轮转角后，设计转角跟踪控制策略，实现目标后轮转角是整个执行程序最终也是最关键的一环。将后轮转角等效为转向器齿条位移，设计齿条位置跟踪控制策略，通过设计附加趋近律及回正力矩自适应补偿律解决系统参数摄动和路面干扰的问题。
线控转向系统的位移特性控制主要包含了从驾驶员角位移输入到前后轮转角再到车身运动状态（质心侧偏角、横摆角速度、侧向加速度、侧倾角等）传递的过程，通过后轮线控转向系统位移特性控制能够改善车辆的转向稳定性，是传统机械转向系统不具备的独特优势。其控制过程中依然存在参数摄动、建模不确定性等难点。值得注意的是，现有的位移特性研究重点都在于改善车辆的行驶稳定性，发挥了线控转向系统灵活设计的优势，然而，不同的驾驶员对车辆的响应特性需求不同，只针对车的研究无法提升驾驶员对车辆的操纵感觉的适应性需求，如何改善人-车交互特性还需要进一步研究。
——后轮转向系统容错控制
后轮线控转向系统在结构布置、控制方式及响应特性方面有传统转向系统无法企及的优势，被认为是汽车工业的重大革新，然而，在当下的汽车市场里，后轮线控转向系统的应用率和装车率极低。限制后轮线控转向系统普及的最主要的原因在于这种以电控信号为主的控制指令传输方式可靠性远不及前轮转向系统，以及对车辆稳定性存在一定的影响，因此，后轮线控转向系统的可靠性和容错控制技术是当前线控转向系统研究的重中之重，决定了其今后的市场化进程。
（1）后轮转向的故障类型
提高后轮线控转向可靠性，实现容错控制最直接的方式就是重要元器件的冗余备份。首先进行后轮线控转向系统的可靠性分析，系统包含2个转向盘转角传感器、2个车身姿态惯性传感器、2个后轮齿条位置传感器、2个转向电机、2个转向控制SCU以及双通道CAN总线，再辅以一些容错控制算法，其可靠性可大幅提高。
除去执行器的容错控制之外，传感器的容错控制也是后轮线控转向系统的研究重点。需要设计包含故障诊断、故障隔离和容错补偿的主动容错控制策略，设计自适应滑模观测器，对系统的故障及扰动进行观测，对检测故障设计合理阈值，根据故障类型进行降噪、平滑、重构等方式完成容错控制。基于无迹Kalman滤波估计的传感器故障诊断方法及信号重构容错控制算法，如图6所示。采用转角传感器、加速度传感器、横摆角速度传感器等多传感器信息融合估计，通过比较器形成故障向量，通过表决器确定故障位置，同时利用估计信号对故障传感器信号进行重构，完成线控转向传感器信号系统的主动容错控制。