一、概述

线控技术源于飞机控制系统，1972年NASA推出应用，对比传统的机械和液压系统，线控系统显著提高了飞机的性能，而1960年首次应用在汽车上发展到现在正逐渐走向商业化。【来源：路感模拟器研究现状及发展趋势】汽车线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和主控制器(ECU)三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成。【来源：360】。线控转向系统结构组成及功能如图1所示，其中：上层反馈器有路感模拟、角度控制、机械锁止功能；下层执行器有角度控制、冗余控制等 。【来源：路感模拟器研究现状及发展趋势】

二、国内外发展现状

2.1国内研究现状

国内研究人员对驾驶模拟器转向系统的反馈力矩进行了研究。

宗长富等利用大型动态驾驶模拟器研究了不同车速和侧向加速度下驾驶员偏好的方向盘反馈力矩特性，可为汽车转向助力特性设计和线控转向系统的力感模拟提供依据。

郑宏宇等通过对车辆转向系统反馈力矩的理论分析，设计了转向系统的路感模拟方法，并进行了试验，结果表明，反馈力矩模拟能明显提高驾驶员的驾驶路感，提升车辆的操纵稳定性和舒适性。

罗石等根据实车传统转向系统的力传递特性提出了一种方向盘反馈力矩建模思路，并据此建立了线控转向系统反馈力矩控制模型，通过试验表明控制模型能够实现转向力感模拟需求。

齐健华对小型驾驶模拟器转向系统的力矩反馈进行了研究，通过建立简化的转向系统模型，对设计的驾驶模拟器转向系统反馈力矩进行了功能验证，结果表明，反馈力矩系统可以提供理想的手感。

姚垠国对开发的 ADAS 驾驶模拟器转向系统路感进行了研究，通过对转向系统和轮胎进行建模，建立了反馈力矩模型，并在低速和高速工况进行仿真验证，结果表明，在不同车速下转向模型均能满足路感模拟要求。

黄茫茫、张微微利用多体动力学软件 Vortex 和 ADAMS，在 Creator 中建立了虚拟地形，对驾驶模拟器方向盘的实时力感进行了研究，确定了转向反馈力矩计算模型中的相关参数值。

郑杭通过对方向盘反馈力矩产生机理进行分析，确定了反馈力矩模型的组成部分，进一步确定了转向力感影响参数，从而建立了力感反馈模型，并通过设计电机电流控制算法，在驾驶模拟器上实现了实车力感的模拟。

刘彦琳通过建立线控转向系统的动力学模型和轮胎模型等，设计了路感模拟控制器，并通过搭建的硬件在环试验平台对提出的路感控制策略进行了有效性验证，结果表明设计的控制算法对路感的模拟满足驾驶员的偏好特性。

邱绪云等通过分析转向系统和轮胎的力学特性，搭建了两者的动力学模型，并通过 PID 算法对建立的力矩反馈模型进行优化，使得设计的转向系统满足路感模拟需求。赵林峰等[31]将方向盘的反馈力矩设计成与车速、方向盘转角、侧向加速度相关的函数并通过某车辆转向系统零部件公司提供的试验数据进行参数辨识，单独设计了摩擦、阻尼、限位和主动回正四个部分的力矩，共同构成了方向盘反馈力矩模型。

任夏楠等为了得到不同驾驶员和行驶工况下的理想方向盘反馈力矩进行了相关试验，通过试验数据建立了理想方向盘反馈力矩模型。

王俊等运用多变量模糊控制技术来研究方向盘的反馈力矩，模糊控制器的输入是方向盘的转角、侧向加速度和车速，输出是方向盘反馈力矩。

唐昉在研究方向盘反馈力矩时，通过综合考虑方向盘转角、车速、侧向加速度、和路面属性等对方向盘反馈力矩的影响，设计了模糊控制器，并将其用在驾驶模拟器上进行试验，结果与实车试验吻合。

姜玉瑶建立了基于静态 BP 神经网络和动态 NARX 神经网络两种方向盘反馈力矩模型并进行了对比试验，结果表明基于后者设计的方向盘反馈力矩模拟效果更好。

吉林大学的田承伟设计了包含阻尼算法以及回正算法的路感控制算法和基于理想传动比的横摆角速度反馈的主动转向控制算法，并通过吉林大学自主研发的驾驶模拟器进行硬件在环仿真试验对其设计的策略进行验证。

郑宏宇博士提出了采用动力学算法利用卡尔曼滤波观测器对转向器齿条力进行估计并设计了驾驶员喜好的路感，利用模糊控制对理想传动比进行修正，并设计了动态反馈校正控制策略。

合肥工业大学的陈无畏通过观察转向盘力矩特性的影响因素，提出了一种方向盘力矩模型，并利用驾驶员偏好转向盘力矩的试验数据对模型中的参数进行了辨识，采用自适应PID控制算法对路感电机进行控制，并通过仿真分析验证了所提出转向盘力矩模型的有效性。

北京理工大学的于蕾艳等人研究了转向刚度力矩、由侧向加速度引起的转向盘回正力矩、由轮胎回正力矩引起的转向盘回正力矩及转向阻尼力矩四种力矩，提出根据四种力矩组合的转向盘力反馈控制策略，模型中的参数由驾驶员的主观评价来确定。

刘永则将回正力矩看作轮胎拖距造成的回正力矩与由于主销内倾与内移造成的回正力矩两部分之和，该模型简单、不存在摩擦力矩干扰，得到的转向盘回正力矩较为真实。

清华大学季学武和上海大众合作研发了基于线控系统的可定制化路感反馈技术研究取得了初步进展。

上海交大结合车速和车辆轮胎阻力矩等信息设计利用a函数曲线，b神经网络，c模糊控制的最优控制器等控制算法来设计路感反馈控制器算法，并通过二自由度模型CARSIM和台架试验模拟。

江苏大学的罗石教授设计了电流与速度的模糊反馈控制算法来实现路感模拟与方向盘回正，并利用传感器以及卡尔曼滤波状态观测器对车身姿态预测，并设计了前轮转角跟踪算法并进行仿真试验验证

2.2国外研究现状

丰田集团的研究学者采用状态观测器和曲线拟合方法来完成齿条力预估，并在台架对各种工况进行了试验，试验结

果模拟出的路感合理性较高，贴近传统转向获得的路感，证明该方法的可用性较高 。

现代集团的Sungwook等学者通过对线控转向系统分析，完成动力学建模，并结合参数曲线拟合的方法完成了路感模拟，仿真结果表明该方法在一定的工况下可以获得驾驶员期望的路感。在此基础上，Soobo Park等学者开发出了具有两种控制方法的线控转向系统原型样机，并进行了台架试验 。

雷诺集团的Julien等学者基于轮胎的回正力矩和方向盘手感之间的关系建立了线控转向系统动力学模型，并结合参

数曲线拟合方法设计了路感模拟策略，为了保证系统的鲁棒性和稳定性，采用了闭环控制方法，最后进行了整车试验，结果表明该路感模拟策略和闭环控制策略对路面的干扰具有一定的鲁棒性和稳定性。

TNO公司的Robert为实现线控转向系统路感模拟的低速轻便性和高速稳定性能，采用SBW动力学建模的方法，并结合传统转向系统的路感试验数据来优化线控转向系统的路感模拟，试验结果验证该方法可以还原传统转向系统的路感 。

日本的Shoji Asai、Hiroshi Kuroyanagi 等针对线控转向系统提出了路感模拟的方法，该方法使用干扰观测器估计施加在齿条上的力矩，能够良好地模拟转向路感 。

三、技术相关

转向系统是驾驶模拟器操纵系统中的关键组成部分，一方面要通过转向系统将驾驶员的转向意图发送至车辆动力学模型，实现车辆的转向；另一方面也要通过转向系统将轮胎与路面的接触信息传递给驾驶员，实现路感的模拟和方向盘的回正。

1.力矩执行机构

• 弹簧：成本低，效果差，较便利
• 液压：成本高，效果好，不便利
• 气压：成本中，效果差，不便利
• 电机：成本中，效果好，中便利

2.路感力矩反馈估计

• 模拟传统的车辆机械系统，通过车速、侧向加速度和横摆角速度等，建立与路感相关的动力学模型。路感真实，但模型复杂。
• 根据经验设计的原则，通过车辆状态参数【车速、方向盘转角和侧向加速度等】与方向盘反馈力矩的映射关系。得到一个以车辆状态参数为输入、方向盘手感为输出分段函数。路感真实度欠佳，但标定的可操作性较强且灵活。
• 传感器电流测量或者实际测量齿条力，基于线控转向动力学模型，实验标定力矩。