基于多样性的汽车线控转向容错研究
发布时间：
第３１卷第２期２０１４年２月
机电
工
程
Ｖ０１．３ｌＮｏ．２
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｆｅｂ．２０１４
ＤＯＩ：１０．３９６９６．ｉｓｓｎ．１００１－４５５１．２０１４．０２．０１０
基于多样性的汽车线控转向容错研究宰
邓艳宁１，金宇航２
（１．宁波工程学院机械工程学院，浙江宁波３１５０１６；
２．浙江联宜电机股份有限公司，浙江东阳３２２１１８）
摘要：为解决线控转向系统转向失效问题，将多样性容错技术应用到汽车线控转向系统中。开展了多样性汽车线控转向系统稳定性分析，建立了线控转向机构与其备份机构之间的关系，提出了基于多样性的转向系统容错设计方法；选用不用经验的驾驶员，在驾驶模拟器上对新设计的线控转向系统进行了转向稳定性试验。研究结果表明，基于多样性容错设计，通过备份的转向功能，驾驶员能根据自己的意图通过转向机构灵活地控制车辆，减少转向失效；同时，能避免由于线控转向系统中过度冗余造成的成本和体积的增加，有利于提高车辆转向稳定性，有利于在汽车线控转向系统中的应用。关键词：汽车；线控转向；容错；多样性中图分类号：ＴＨｌ２２；Ｕ４６３．８２
文献标志码：Ａ
文章编号：１００１－－４５５１（２０１４）０２—０１７７—０５
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（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｉｎｇｂｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｉｎｇｂｏ３１５０１６，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｈｅＳＢＷｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ
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Ｏ引言
状况。在飞机上，电传操纵系统中的过度冗余能有效避免操纵失效危险。对于汽车，由于成本、体积和重量的增加，不可能在车辆上安装有足够冗余的线控转向系统。
电子稳定控制是通过制动力控制提高车辆的稳定性。目前，许多车辆已经装备有电子稳定控制系统，它是一种能改善车辆稳定性的装置。随着汽车技术的不断提高，电子稳定控制装置将是汽车必备的装置之一。许多车辆上装有驱动转矩分配装置，它通过驱动转矩来增强车辆的稳定性。如今汽车已经通过
没有机械联动装置的线控制转向系统能够改善汽车的主动和被动安全性。考虑到汽车的被动安全性，在汽车前端发生碰撞时，机械联动装置能使驾驶员受到的碰撞机会减少，而对于车辆的主动安全性，则需要通过电子控制来改善车辆的稳定性和转向轻便性‘１｜。
线控制转向系统失效会导致驾驶操控的不安全
收稿日期：２０１３—１０－１５
基金项目：浙江省自然科学基金资助项目（Ｙ１１００１７３）；浙江省教育厅２０１０年度科研资助项目（Ｙ２０１０１６０９９）作者简介：邓艳宁（１９７７一），女，湖南郴州人，讲师，主要从事汽车电子控制技术方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｙｎ＠ｎｂｕｔ．ｃａ
万方数据
・１７８・
机电
工
程第３１卷
制动力和驱动力矩独立控制车辆，这些装置假定在正常驾驶没有转向系统失效情况心３。
本研究提出具有ＥＳＣ，ＤＴＤ和ＳＢＷ的容错系统来处理线控转向系统。该容错系统通过驾驶模拟实验用来评价线控转向失效下的综合系统的性能。基于多样性的汽车线控转向容错能有效改善汽车转向性能，能避免由于线控转向系统中过度冗余造成的成本和体积的增加，有较强的应用价值。
灵活性参考信号６＋和ｒ’是线控转向系统的一个优点。
２转向机构失效
转向机构的失效会造成转向功能的丧失，线控转向机构的状态转换图如图３所示。符号Ａ代表正常状态。当转向机构在Ａ状态失效时，线控转向系统丧失转向功能并转换到状态Ｂ，这种状态驾驶员不能转动车辆。对于转向机构失效，线控转向系统结构是非容错的。
１线控转向系统的基本结构
基本的线控转向系统结构如图１所示。包括：转向轮角传感器；阻力矩装置；转向传动机构；前轮角传感器；电子控制器（ＥＣＵｓ）；以及一些传统传感器，用于监控车速、侧向加速度和角速度。
图３线控转向系统状态转换图
阻扭矩执行机构在状态Ａ处的失效会造成线控制转向系统转换到Ｃ状态，该状态驾驶员能无阻力地转动车辆。状态Ｃ没有状态Ｂ严重。
因此，要解决以上问题，必须加强线控转向系统的容错能力，线控转向系统在部件失效情况下，在降级模式下应该能够保持转向能力。而容错的冗余系统是处理部件失效的一种途径ｂ】。
图１线控转向系统结构图
３线控转向结构的冗余和多样性
３．１机械备份
当转向执行机构失效时，本研究在转向轮和转向 