首先，在商用车行业来说，常规意义上的新能源车型几近于一台燃油车底盘上挂了一台电池，当然，内燃机也换成了电动机。通俗的来说，就是个大号电瓶车，而电瓶车的缺点也是显而易见的——较短的续航里程和较长的充电时效。
纵观今年大批量交车的几家新能源重卡，产品构成主要以搅拌、自卸、专用车底盘为主，就算是牵引车产品，也是被投放与港口、站内短倒使用。所以从新能源重卡投放使用的主要场景来看，其短续航里程的问题还是凸显了出来。
除此之外，还有一个比较要命的问题就是充电时效。作为工具车来讲，卡车的出勤率几乎是决定命运的因素，如果因为充电效率太低进一步导致出勤率跟不上，那这样的产品出现将意义不大。
解决方案：换电模式
为应对充电时效与续航里程导致的出勤率问题，像华菱、福田等企业推出了换电模式，即3分钟可更换电瓶，确保在单人单车的前提之下，可以做到持续输出运力，保证较高出勤率。
但单块电池的续航里程问题依旧存在，即便电池可快速更换，也只能在换电站辐射最大的续航里程1/2作业半径内进行运输工作。所以，只要是电动重卡，就目前阶段来说，其适用场景依旧被局限在像港口、矿山等倒短运输内。
作为营运车来说，前期投入成本影响用户选车的程度自然无需多言。但作为电动重卡，一块电能储量较大的电池包势必会对前期成本造成较大影响。就拿现在比较有影响力的几家电池厂商来说，像国轩高科，宁德时代，它们造出来的电池成本粗算在1000元1度电，也就是说，按照当前重卡300度电储能力的标准来算，一块大电池的成本可以达到30万左右，基本就是一辆燃油车的价格。
虽然如此计算可能会有些夸张，但对于电动重卡来说，电池成本确实是一个亟待解决的问题。虽然随着投入使用时间推移，这样高昂的成本会被不断稀释，但对于一些小型企业来说，电动重卡的价格依然是难以接受的。
解决方案：车电分离 电能租赁
当然，针对电动重卡的成本问题，一些厂商也非常适时地推出了新的“车电分离”模式——就是你只需要购买车辆的底盘即可，电池使用为租赁模式，用多少电，给多少电的钱。这样做的好处就是电池管理形成了标准、统一的模式，并且告别了高昂的一次性先期投入成本。相对来说，这确实是一种相对更加经济使用的解决方案。
单从排放来看，电动 汽车 的排放基本上等于零，但电动 汽车 从两个间接方面来看依旧存在一定的污染。
首先，我国电能产出绝大部分依然需要依靠火力发电，虽然电动重卡不会造成直接排放污染，但火力发电燃烧会造成提前污染，至于火力发电燃烧和内燃机直接转化动能燃烧二者谁的污染系数更高，依然是个需要考虑的问题。
再一个，电池从一定程度上来说，是一种消耗品。并且以现在绝大部分电动重卡使用的磷酸铁锂电池来说，其消耗速率会更高。而当其容量降至80%以下，无法正常地为车辆提供动能，就必须将电池拆解回收，回收面临的污染问题随即浮现。
所以从发电、到废旧电池处理两个层面来看，为环保而生的电动卡车是否真正环保，依然需要时间印证。不过这里有一个成本相对较高的解决方案——氢燃料电池，但就成本方面考虑，其距离大规模投入使用仍需较长周期。
争议不断 但仍有可取之处
目前阶段来看，不管是在商用车还是乘用车领域，新能源车型都是饱受非议的，并且唏嘘之声愈发严重，甚至出现过一段新能源 汽车 “骗补”潮，可谓吃相难看，花样百出。但新能源车型其实也并不一无是处，最起码在其使用场景内，其优势还是相当显著的。
华菱 汽车 新能源研究所所长牛俊对换电重卡曾算过一笔账，以搅拌车为例，在当前油电差价下，以柴油价格5.5元/L、百公里油耗55L、电费价格0.8元/kWh、百公里能耗155kWh来计算。“在年运营300天、日运行里程140km的场景下，柴油车一年油耗成本为12.7万元；而换电车的一年电耗成本为5.2万元，较柴油车节省7.5万元。”如果一个车队50辆车，可年省燃料成本375万。
虽然以这样理想状态之下计算可能和实际使用会有一定的出入，但依旧不能否定电动重卡降低运营成本的效果还是非常显著的。起码在工程三大场景之内，它的优势是燃油车无法比拟的。
显然，新能源 汽车 是一个个性鲜明的产品，优缺点都很明显。但其是否能够真正意义上替代燃油车？笔者认为：能，但需要四个前提条件。
首先，续航里程瓶颈需要突破性进展，大规模投入的前提参考目前主流燃气重卡续航里程，冬季1000km左右可以作为散户入手的放心标准。并且不管是充电、换电或者燃料电，其保障体系也需需要跟上。
其次，燃油车排放升级技术瓶颈。纵观国六排放之前的污染物限值参考值，基本上每升级一次排放就减半一次，这也就意味着其排放升级的成本可能会有一定的指数增长特性，具体参考百足金、千足金、万足金之间的差价。
第三，告别间接污染的燃料电池。还是上文说到的间接污染，传统储能电池在发电，电池处理方面存污染，与新能源车型“为环保而生”的目的多少有些背道而驰。但新能源车型中的“贵族”——氢燃料电池在一定程度上摆脱了这个问题，首先其电池可循环性较高，使用周期更长，再一个其只生成干净无害的水。
各国禁售燃油车规划表
第四，政策需求印证。早在2016年，欧洲就有部分国家提出了禁售燃油车的规划，国内像台湾、海南等地也开始陆续规划。从政策性引导发展趋势来看，国内新能源 汽车 代替传统燃油车也只是时间问题。
编后语
每一个新事物的到来，必然会经历一定的风霜。新能源这个概念也不例外，虽然绝大部分人群并不看好这一目前阶段看起来比较新鲜的东西，但随着时间不断地推移，新能源技术发展势必会打破一部分用户的有色眼镜，目前来看还需理性对待。（文/蔡仕琪）
立帜汽车制造网 随着世界能源危机和环保问题日益突出，汽车工业面临着严峻的挑战。一方面，石油资源短缺，汽车是油耗大户，且目前内燃机的热效率较低，燃料燃烧产生的热能大约只有35%—40%用于实际汽车行驶，节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾；另一方面，汽车的大量使用加剧了环境污染，城市大气中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%来自汽车尾气，此外，汽车排放的大量CO2加剧了温室效应，汽车噪声是环境噪声污染的主要内容之一。我国作为石油进口国和第二大石油消费大国，污染严重，世行认定的20个污染最严重的城市有16个在中国。国内汽车产品水平与国外差距很大，平均油耗高出10%—30%，排放约为15—20倍，汽车工业面临的压力更大。
上个世纪末以来世界各国和各大汽车公司以及国内各大科研机构和高等院校纷纷致力于开发清洁节能汽车，新能源汽车获得了长足发展。汽油和柴油是传统内燃机汽车的能源，利用除此以外的能源提供汽动力的汽车均可称为新能源汽车。目前正在开发的新能源包括天然气、液化石油气、醇类、二甲醚、氢、合成燃料、生物气、空气以及电荷燃料电池等。
本文介绍新能源汽车技术的发展概况，并对其发展前景提出看法。
1 新能源汽车的种类及其特点
1.1 天然气汽车和液化石油气汽车
天然气汽车又被称为“蓝色动力”汽车，主要以压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、吸附天然气(ANG)为燃料，常见的是压缩天然气汽车(CNGV)。液化石油气汽车(LPGV)是以液化石油气(LPG)为燃料。CNG和LPG是理想的点燃式发动机燃料，燃气成分单一、纯度高，与空气混合均匀，燃烧完全，CO和微粒的排放量较低，燃烧温度低因而NOx排放较少，稀燃特性优越，低温起动及低温运转性能好。其缺点是储运性能比液体燃料差、发动机的容积效率较低、着火延迟期较长。这两类汽车多采用双燃料系统，即一个汽油或柴油燃料系统和一个压缩天然气或液化石油气系统，汽车可由其中任意一个系统驱动，并能容易地由一个系统过渡到另一个系统。康明斯与美国能源部正合作开发名为“先进往复式发动机系统(ARES)”的新一代天然气发动机，根据开发目标，该发动机热效率达50%(热电联产时达到80%以上)，NOx排放量低于0.1g／km，制造成本为400450美元／kW，维护费用低于0.01美元／kwh，在满足这些目标的同时，发动机具有较高的可靠性。
1.2 醇类汽车
醇类汽车就是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车，使用比较广泛的是乙醇，乙醇来源广泛，制取技术成熟，最新的一种利用纤维素原料生产乙醇的技术其可利用的原料几乎包括了所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物。目前醇类汽车多使用乙醇与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动，既不需要改造发动机，又起到良好的节能、降污效果，但这种掺和燃料要获得与汽油或柴油相当的功率，必须加大燃油喷射量，当掺醇率大于15%—20%时，应改变发动机的压缩比和点火提前角。乙醇燃料理论空燃比低，对发动机进气系统要求不高，自燃性能差，辛烷值高，有较高的抗爆性，挥发性好，混合气分布均匀，热效率较高，汽车尾气污染可减少30%以上。这种汽车最早由福特公司在20世纪80年代中期开发，到2003年底，美国有230多万辆乙醇汽车，其中多数是道奇和克莱斯勒厢式车——2003年已卖出233466辆。
1.3 氢燃料汽车
氢是清洁燃料，采用氢气作燃料，只需略加改动常规火花塞点火式发动机，其燃烧效率比汽油高，混合气可以较大程度地变稀，所需点火能量小，有利于节约燃料。氢气也可以加入其它燃料(如CNG)中，用于提高效率和减少N02排放。氢的质量能量密度是各种燃料中最高的一种，但体积能量密度最低，其最大的使用障碍是储存和安全问题。宝马公司一直致力于氢气发动机研制，开发了多款氢发动机汽车，其装有V12氢发动机的7系列轿车是世界上首批量产的氢发动机，该发动机可使用氢气和汽油两种燃料。
1.4 二甲醚汽车
二甲醚(DME)是一种无色无味的气体，具有优良的燃烧性能，清洁、十六烷值高、动力性能好、污染少，稍加压即为液体，非常适合作为压燃式发动机的代用能源，使用该燃料的车辆可达到美国加州的超低排放标准。日本NKK公司成功地开发出用劣质煤生产二甲醚的设备，并且和住友金属工业公司于1998年完成了用二甲醚作为汽车燃料的试验，二甲醚汽车(DMEV)不会排放黑色气体污染环境，产生的NOX比柴油少20%。
1.5 气动汽车
以压缩空气、液态空气、液氮等为介质，通过吸热膨胀做功供给驱动能量的汽车称为气动汽车，气动发动机不发生燃烧或其他化学反应，排放的是无污染物辐射的空气或氮气，真正实现了零污染。目前开发比较成功的是压缩空气动力汽车(APV)，工作原理类似于传统内燃机汽车，只不过驱动活塞连杆机构的能量来源于高压空气。APV介质来源方便、清洁，社会基础设施建设费用不高，较容易建造。无燃料燃烧过程，对发动机材料要求低，结构简单，可借鉴现有内燃机技术因而研发周期短，设计和制造容易。但目前APV能量密度和能量转换率还不够高，续驶里程短。1991年法国工程师Guy Negre获得了压缩空气动力发动机的专利，并加盟MDI公司，2000年MDI公司推出的名为“进化”(evolution)的APV，质量仅700kg，其发动机质量仅为35kg，速度可达120km／h，一次充满压缩空气可行驶200km，充气费用仅为0.3美元，在城市中约可行驶10h，在压缩空气站充气2min就可完成，用气泵充气3h可完成。
1.6 电动汽车
世界上第一辆电动车(EV)由美国人在19世纪90年代制造。EV大致分为蓄电池电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)和混合动力电动汽车(HEV)。电动汽车的一个共同特点是汽车完全或部分由电力通过电机驱动，能够实现低排放和零排放。
蓄电池电动汽车是最早出现的电动汽车。使用铅酸电池的汽车整车动力性、续驶里程与传统内燃机汽车有较大的差距，而使用高性能镍氢电池或者锂电池又会使成本大大增加。而JtBEV都需有一定充电时间及相应的充电设备，使用场合受到了限制。燃料电池具有近65%的能量利用率，能够实现零排放、低噪声，国外最新开发的高性能燃料电池已经能够实现几乎与传统内燃机汽车相当的动力性能，发展前景很好，但成本却是制约其产业化的瓶颈。在加拿大进行的示范试验表明，使用燃料电他的公共汽车制造成本为120万加元，而使用柴油机的公共汽车仅为27.5万加元。
混合动力汽车融合了传统内燃机汽车和电动汽车的优点，同时克服了两者的缺点，近年来获得了飞速发展，并已经实现了产业化和商业化，PRIUS和INSIGHT两款混合动力汽车的成功向人们展现了混合动力技术的魅力和巨大的市场潜力。
1.7 以植物油为燃料的汽车
为了寻找可代替石油的新能源，科学家也将目光投向了植物油，正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油为原料的内燃机油。科学家们还在研究生物柴油，这是一种以植物油为原料的燃料，将来可作为柴油的替代品大量用于卡车和轮船。生物柴油中不含硫，因此不会对环境造成酸雨威胁。为生产生物柴油，化学家们正在对植物油进行酯化加工，使之变成甲基酯化合物，燃烧起来更干净，发动机内残留物也较少。
2 我国新能源汽车的发展概况
我国天然气资源丰富，分布广泛，海南、北京、上海、重庆等省市被列为国家燃气汽车重点示范城市，各地均在燃油汽车基础上研制开发改装了压缩天然气汽车和液化石油气汽车，主要用于出租车、公交客车、大型车辆和工程设施等。一汽—大众公司开发了捷达LPG，上海交大研制成LPG轿车并和申沃客车联合开发成功改装型LPG城市bus，北京开发了CNG城市bus。
山西是产煤大省，甲醇汽车项目已进行多年，目前已达到商业运行阶段，所用甲醇汽车采用灵活燃料系统，既可用甲醇，也可用汽油，将乙醇当作有氧燃料使用，现在在河北和黑龙江等地推广。同时国家制定了乙醇汽油燃料相关标准。我国云岗汽车公司大同汽车制造厂开发了甲醇中巴车。
我国煤炭资源丰富，政府支持以煤炭为原料制造车用燃料项目。煤直接液化和间接液化制取车用燃料的项目正在积极进行。“十五”期间在云南和陕西建立了煤直接液化示范厂，以煤为原料合成石油或二甲醚等车用燃料。西安交通大学与中国科学院煤化工研究所经过5年协同攻关，于2000年研制出了“超低排放二甲醚汽车”，通过在TYll00单缸柴油机及装备有大连柴油机厂生产的CA498柴油机的面包车上燃用二甲醚的试验，发现发动机的功率可提高10%-15%，热效率提高2—3个百分点，噪声降低10%-15%。
我国从事燃料电池研究的单位有20余家，质子交换膜(PEM)燃料电池技术已取得较大进展，但与国外还有不小差距，例如，国外将功率50—80kW的PEM燃料电池用于轿车，而我国最大的PEM燃料电池单堆功率为5kW，离轿车使用相距甚远。我国的金属燃料电池技术已经达到世界先进水平。
我国的镍氢电池和锂电池技术水平也已经达到国际先进水平，比亚迪在2005年上海车展展出的E1电动车已经具备了很好的整车动力性能。
目前国内对压缩空气动力汽车的研究报道最多的是浙江大学，他们已经开发出压缩空气动力摩托车研究平台，探索出不少有益的结论，正在进一步深入研究，此外重庆大学和同济大学也做过一些探索性研究。应当说APV在国内的发展才刚刚起步。
3 代用燃料汽车的发展前景
在各种汽车代用燃料中，LPG和CNG最方便投入使用，而且目前已经具有好的配套基础设施。在排放和经济性能要求较高而动力性能要求一般的公共交通领域具有很好的应用前景，美国近年来新型公交客车中天然气汽车就占据了较大比例。在中国这样的农业大国特别是一些农业大省，乙醇资源丰富，乙醇汽车有良好的应用前景。二甲醚等合成燃料具有很好的排放特性，也将具有很好的应用前景，特别是作为代用柴油应用于混合动力汽车。混合动力汽车毫无疑问是下一代汽车动力系统的主要形式。
蓄电池电动汽车的使用性能不如混合动力汽车和燃料电池汽车，且成本高。氢燃料发动机的能量利用率不如氢氧燃料电池。因而蓄电池电动汽车和氢发动机汽车的发展前景不是十分乐观。当然随着太阳能电池技术的发展和突破，也许纯电动汽车能迎来一个不错的发展局面。压缩空气动力汽车虽然实现了零污染，但其整车性能与传统汽车相差太远，只能在较小的范围内应用于特定场合。
燃料电池是目前技术条件下能量利用率最高的车用能源。燃料电池的比能量可达200—350Wh／kg，为锂离子电池的2—3倍；能量转换效率高达60%～80%，是汽油机或柴油机的1.5～2倍，能实现超低污染甚至零污染，而且燃料电池使用的氢能源是可再生的。目前以甲醇燃料电池技术最为成熟。国外各大石油公司和汽车均在致力于燃料电池汽车的研发以抢占在未来汽车发展中的滩头。戴姆勒—奔驰汽车公司从1993年到2000年先后推出了NecarI—NecarⅣ和Nebas等系列FCEV，2001年5月Necar4在美国试车，功率55kW，最高车速145km／h，装载行程450km，最新推出的Necar V-FCEV采用甲醇燃料电池。1997年Ballard动力公司和福特汽车公司组建了Xcellsis公司开发燃料电池轿车，美国AR—CO、壳牌、德士古等石油公司和加州CARB先后加盟，组成世界上最强大的燃料电池车开发联盟。日本电力中央研究所正在开发一种全面使用耐热陶瓷的燃料电池，电池在发电效率非常高的1000℃的高温下工作，电解质的输出功率达到1W／cm2，相当于传统燃料电池的5倍。EvomR公司致力于开发铝和锌燃料电池，已具有相当水平。
总之对代用燃料的综合评价应考虑以下因素：燃料成本；车辆成本；对进口石油的依赖程度；有效能源利用率；温室效应；排放污染；生产、储运、分销、加注设施；装载行驶里程和加注时间；安全性。基于这些因素，目前最容易投入使用的代用燃料是CNG和LPG。电、甲醇和乙醇的综合评价指数都低于汽油。可以预计LPG和CNG以及乙醇的市场份额将会不断增加。二甲醚和合成柴油在十年后其市场份额会快速稳定增长。混合动力汽车会进一步发展，迅速增加市场份额。而燃料电池汽车会在20年之后开始实现产业化逐渐增加市场份额。传统汽油机汽车的市场份额会在20年之后开始出现明显的下降，但柴油车会在重型车辆领域继续保持很高的市场份额。
4 结束语
在未来的20年内，汽油和柴油仍是汽车主要的能量来源，但汽油和柴油的质量要求越来越高，发动机技术将快速发展以提高能量利用率。代用燃料会得到迅速运用，天然气汽车和乙醇汽车会率先大规模投入使用，二甲醚和合成燃料会逐步扩大应用。
混合动力系统会得到快速发展和应用，混合动力汽车将至少在30年内都是汽车工业最切实可行的解决能源问题和污染问题的途径。因此应当整合资源加速混合动力汽车的开发，抢占汽车技术发展的新高地。
燃料电池是最有前途的车用能量，也是未来汽车的主要能量源，国内石油工业应该与汽车工业联手开发先进的燃料电池技术，抢占未来先进汽车技术的前沿阵地!
2006年第1期
(总第174期)
农业装备与车辆工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT＆VEHICLE ENGINEERING
No．1 2006
(Totally 174)
汽车线控转向系统综述
于蕾艳林逸李玉芳
(北京理工大学机械与车辆工程学院，北京100081)
摘要：线控转向(Steer—By—W ire)~．-种先进的转向技术。由于取消了方向盘和车轮的机械连接，可以任意设计传
动比，对转向轮进行主动控制，并对随车速变化的参数进行补偿，实现理想的转向特性，提高操纵稳定性。综述了国
内外线控转向的研究发展，介绍了线控转向的结构、关键技术、研究方法，并提出了线控转向的发展趋势。
关键词：线控转向；操纵稳定性
中圈分类号：U463．4 文献标识码：A 文章编号：1673—3142(2006)01—0032—06
Summarization of Automobile Steer——by．．W ire System
Yu Leiyan Lin Yi Li Yufang
(School of Mechanism and Vehicle Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China)
Abstract：Steer-By-Wire is an advanced steering technology．As the mechanical connections between steering
wheel and turning wheels are eliminated，the drive ratio can be designed according to needs，the turning wheels
can be controlled actively compensating the parameters with vehicle speed variation，thus ideal steering
characteristics is realized and handling stability is improved．Research development of home and abroad of
Steer-by-Wire technology is summarized，structure，key technologies and study methods of Steer-by-Wire is
introduced and developing trend of Steer-by-Wire is presented．
Key Words：Steer-by-Wire(sBw)system；handling stability
1 前言
汽车发展的趋势是安全、节能、环保。转向系统
是关系主动安全的重要系统，其操纵稳定性好坏对
汽车性能影响很大。操纵性是汽车准确跟踪驾驶员
意图行驶；稳定性是要求危险工况(高速行驶，侧向
加速度大，离心力大，超过轮胎侧偏力而发生大的侧
滑；小附着系数路面的侧滑；对开路面上轮胎左右侧
偏力不相等、侧向风引起的横摆)下汽车仍稳定行
驶。为提高操纵稳定性，出现了ESP(电子稳定程
序)、主动转向、4WS(4轮转向)等。ESP判断产生不
足转向或过度转向时相应在后轮、前轮产生制动力，
产生横摆力矩即纠偏力矩。四轮转向的后轮也参与
转向。低速时，后轮与前轮反向转向，减小转弯半径，
提高机动灵活性。高速时，后轮与前轮同向转向，提
高汽车的稳定性。其控制目标是质心侧偏角为零。
然而这些汽车转向系统却处于机械传动阶段，由于
其转向传动比固定，汽车的转向响应特性随车速而
收稿日期：2oo5—10—24
作者简介：于蕾艳(1980-)。女，北京理工大学车辆工程系博士，主要
从事汽车电子、线控转向方面的研究。
·32·
变化。因此驾驶员就必须提前针对汽车转向特性的
幅值和相位变化进行一定的操作补偿，从而控制汽
车按其意愿行驶。
如果能够将驾驶员的转向操作与转向车轮之间
通过信号及控制器连接起来，驾驶员的转向操作仅
仅是向车辆输入自己的驾驶指令，由控制器根据驾
驶员指令、当前车辆状态和路面状况确定合理的前
轮转角，从而实现转向系统的智能控制，必将对车辆
操纵稳定性带来很大的提高，降低驾驶员的操纵负
担，改善人一车闭环系统性能。因而线控转向系统
(Steering-By-Wire System，简称SBW)应运而生。
SBW 是X-By-Wire的一种。X—By—W 的全称是
“没有机械和液力后备系统的安全相关的容错系
统”。“x”表示任何与安全相关的操作，包括转向、制
动等等。“By—Wire”表示X—By—wire是一个电子系
统。在X—By—Wire系统中，所有元件的控制和通讯
都通过电子来实现。x—By—Wire系统是没有机械和
液力后备系统的，传统的机械和液力系统由于结构
的原因(间隙、运动惯量等)，从控制指令发出到指令
执行会有一定的延迟，这在极限情况下是不能允许
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2006年1月于蕾艳等： 汽车线控转向系统综述
的。X—By—Wire系统用电来控制会大大地减小延迟，
为危险情况下的紧急处理赢得了宝贵的时间。
2 线控转向系统的发展概况
2O世纪5O年代，TRW 等转向系统开发商就做
了大胆的假设，将方向盘与转向车轮之间用控制信
号代替原有的机械连接。在2001年的第71届日内
瓦国际汽车展览会上，意大利的Bertone汽车设计
及开发公司展示了新型概念车“FILO”。“FILO”采用
了“drive—by—wire”系统，所有的驾驶动作都通过信
号传递的。它使用操纵杆进行转向操作，并采用了
最新的42V供电系统。
美国的德尔福公司继成功推出了EPS系统后，
又开发出了自己的前轮和四轮线控转向系统，并应
用于加州的自动高速公路系统(automated highway
system，AHS)中。1997年德尔福公司与意大利菲亚
特公司签订了应用于小型车的线控转向系统研制
合同。到2000年上半年德尔福公司已经与欧美等
地的汽车生产厂家签订了关于开发线控转向系统
的合同。
在欧洲，以Daimler—Chrysler、Fiat、Ford Europe
和Volvo等汽车公司、Bosch等电子公司和
Chalmers、Vienna等大学联合发起了“Brite—EuRam
‘X_by—wire’计划”进行线控转向系统的实现以及安
全性和可靠性方面的研究。Daimler—Chrysler已经开
发出电子驱动概念车“R 129”。它取消了方向盘、加
速踏板和制动踏板，完全采用操纵杆控制，实现了
Drive—by—wire技术。此项技术被列为2000年汽车
十大新技术之一。
第59届法兰克福汽车展的雪铁龙越野概念车
“C—CROSSER”，也采用了线控转向系统。
目前由于蓄电池电压和功率等因素的影响，线
控转向系统只能使用24V或36V电源，难以提供较
大的转向功率，现阶段线控转向系统的研究以及近
期的应用对象主要是针对轿车。要在重型卡车上应
用，还必须采用液压执行机构。随着蓄电池技术发
展和42V电子设备在汽车上的应用，全线控转向系
统将应用到中型和重型汽车上。目前42V电源已经
在一些概念车上得到应用，其中通用的“自主魔力”
概念车和Bertone公司的“FILO”概念车就采用了
42V电源。
预估在两三年之后，传统的如煞车、操控等机械
系统将会由线缆与电子信号取代，其中有部分车厂
投下巨资与电子业共同合作，研发一套名为
FlexRay的新一代应用于汽车上的网络通讯系统。
FlexRay网络通讯系统是用以整合包括Brake—by—
Wire(电子制动)、Steer—by—Wire(电子转向)等“线传
控制”系统(目前最快数据传送速度为10Mbit／s)，让
汽车发展成百分之百的由单一电子系统控制车辆，
完全不需要机械系统的支持。
3 线控转向系统的结构及性能特点
3．1 线控转向系统的结构
线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和
主控制器(ECU)-个主要部分以及自动防故障系统、
电源等辅助系统组成，如图1。
图1 线控转向系统结构示意图
方向盘总成包括：方向盘、方向盘转角传感器、
力矩传感器、方向盘回正力矩电机。方向盘总成的主
要功能是将驾驶员的转向意图(通过测量方向盘转
角)转换成数字信号，并传递给主控制器；同时接受
主控制器送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩，以
提供给驾驶员相应的路感信息。
转向执行总成包括前轮转角传感器、转向执行
电机、转向电机控制器和前轮转向组件等组成。转向
执行总成的功能是接受主控制器的命令，通过转向
电机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向
意图。
主控制器对采集的信号进行分析处理，判别汽
车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发
送指令，控制两个电机的工作，保证各种工况下都具
有理想的车辆响应，以减少驾驶员对汽车转向特性
随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担。
同时控制器还可以对驾驶员的操作指令进行识
别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。
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农业装备与车辆工程2006年第1期
当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时，
线控转向系统会将驾驶员错误的转向操作屏蔽，而
自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。
自动防故障系统是线控转向系的重要模块，它
包括一系列的监控和实施算法，针对不同的故障形
式和故障等级做出相应的处理，以求最大限度地保
持汽车的正常行驶。作为应用最广泛的交通工具之
一
，汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研
究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是线控
转向系统最重要的组成系统之一。它采用严密的故
障检测和处理逻辑，以更大地提高汽车安全性能。
电源系统承担着控制器、两个执行马达以及其
它车用电器的供电任务，其中仅前轮转角执行马达
的最大功率就有500—8ooW，加上汽车上的其它电
子设备，电源的负担已经相当沉重。所以要保证电
网在大负荷下稳定工作，电源的性能就显得十分重
要。在42V供电系统中这个问题将得到圆满的解
决。
3．2 线控转向系统的性能特点
1)取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接，
通过软件协调它们之间的运动关系，因而取消了它
们之间的机械约束和干涉，使之可以相对独立运动，
因而可以实现传动比的任意设置，可以根据车速和
驾驶员喜好由程序根据汽车的行驶工况实时设置传
动比。同时还可以从信号中提出最能够反映汽车行
驶状态的信息，作为方向盘回正力矩的控制变量，使
方向盘仅仅提供驾驶员有用信息，以减轻驾驶员的
体力脑力负荷，提高“人一车闭环系统”对道路的跟
踪特性。同时由于减少了机构部件数量，而减少了
从执行机构到转向车轮之间的传递过程，使系统惯
性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低，
从而使系统的响应速度和响应的准确性得以提高。
2)线控转向系统采用了软件控制，因而可以把
转向系统与其它主动安全设备如ABS、汽车动力学
控制、防碰撞、轨道跟踪、自动导航以及自动驾驶等
功能相结合，实现对汽车的整体控制，提高汽车整体
稳定性，且实现了ITS中的汽车辅助转向功能。
3)线控转向系统在实现上述操作性能上的突破
的同时也带来了可观的经济性和环境效益。
4)线控转向系统是通过一个通用的执行器来调
整转向的。要对汽车转向的动力性进行调整，必须
使用一个转角传感器，这并不影响方向盘对车轮的
快速调整。另一方面，一个力矩传感器也是必须的，
- 34-
它将对汽车转向的调整和自动驾驶起重要作用。因
此，驾驶员通过提供到方向盘的力矩知道正确的方
向，并通过进一步的引导控制系统来进行评估。
5)与“电子驾驶”和“电子停车”一起，它提供了
把它们实际化的条件，并且把动力性和汽车控制统
一到一个系统中。
6)对汽车生产商的好处。传统转向系中转向柱
安装要求提供足够的空间(左手或右手驾驶)，而线
控转向严格地控制了转向柱在发动机间隔内的自由
度，表明了机械式的转向柱没有很好地利用发动机
的空间。
7)对将来的好处
· 提供转向的舒适性，路况作为评估系统，只有
有用的信息才提供给驾驶员。
- 方向盘的回馈力矩和转向传动比能通过软件
不断地调整，因此，可以使转向系统对任何目标和环
境进行调整，而不需要对系统进行重新设计。
· 没有转向柱减少了驾驶员在事故中受伤的危
险。
· 转向行为(减速、加速、自动转向)都被软件记
录，为再以后的继续完善提供了第一手的资料。
4 线控转向系统的关键技术
虚拟现实技术、人工神经网络、模糊控制等新思
想、新技术的提出，为研究者站在一个新的高度研究
汽车操纵稳定性提供了可能，汽车操纵稳定性的研
究从单一的汽车本身的特性研究到汽车一驾驶员一
环境闭环系统的研究，人工神经网络、模糊控制理论
和模糊神经等新思想、新理论也应用到汽车操纵稳
定性的研究中，在研究方法上采用虚拟试验技术。线
控转向可以利用这些成果研究。
2自由度的整车动力学模型称为经典模型。这2
个自由度为质心侧偏角和横摆角速度。其中质心侧
偏角表示汽车方向特性。横摆角速度与侧向加速度
在描述侧向动力学特性有同等作用，可选其一作系
统变量。加入线控转向系统的仿真模型见图2。也可
借助advisor、vedyna的整车模型进行仿真研究。
4．1前轮转角算法
前轮转向执行电机根据传感器测得的车轮行驶
状态与驾驶员意图，实时修正前轮转角，使得汽车的
转向特性如横摆角速度增益不随车速变化，减轻驾
驶员负担。
方案1：在驾车过程中，不论车速怎么变化，驾
驶员的预瞄时间基本不变(或变化很小)。如果能够
维普资讯
2006年1月于蕾艳等：汽车线控转向系统综述
图2 线控转向系统的仿真模型
合理设计车辆的转向特性，使在一定预瞄时间下，车
辆达到前方某侧向位置的方向盘转角不随车速变
化，将在很大程度上减少驾驶员对车辆特性变化的
补偿，减轻驾驶员的负担，见图3。
目标点
，Y )
I x
{I 11． ，
。，Y。)
图3 理想传动比示意图
方案2：转向系传动比随方向盘转角变化：低速
小方向盘转角时传动比小，驾驶员可以少打方向盘
就实现大的转向任务；高速大方向盘转角时，传动比
大，减少汽车对转向盘输入的敏感程度。图4中，Is
一4o0 —2o0 O 2o0 400
方向盘转角(。)
图4 随方向盘转角变化的传动比方案
2比较理想。
4．2方向盘回正力矩模拟
由于方向盘和转向车轮间没有机械连接，路面
的不平冲击不会传到方向盘，但同时驾驶员缺少对
车辆行驶状态和路况的把握，所以模拟恰当的方向
盘回正力矩很重要。可以通过以下公式模拟：
T~=-[Fo( ，8~)sign(Sh)+ (V， )+ ) + ( ，q)】
(1)
( ， )是系统的干摩擦， ( ， )体现了转向
系刚度，其设置要保证当方向盘偏离中间位置时，方
向盘回正力矩能够在一定程度上迅速增大，也就是
在方向盘中间位置应该有足够的或合理的力矩梯
度，让驾驶员感知方向盘偏离了中间位置。随着方向
盘转角增大，力矩梯度应该减小到一个合理值，保证
方向盘回正力矩不会超过合理范围。)体现了转
向系统的阻尼，车辆高速行驶时，方向盘回正力矩主
要受函数( ， )的影响严重。
4．3 汽车稳定性控制算法
由于车辆系统本身存在滞后和非线性，同时车
辆的行驶环境十分复杂，在驾驶员的合理操作范围
内我们希望车辆能够准确执行驾驶员指令。一旦车
辆处于危险状态，我们则希望车辆能够自动恢复到
正常状态。
4．3．1 横摆角速度反馈控制
如图5的横摆角速度反馈控制在一定程度上改
善了车辆的动态特性，这种作用在高速时尤为明显。
当车速较高时，横摆角速度反馈不但使横摆角速度
响应的带宽增大，而且同时使横摆角速度阻尼增大。
使车辆重心侧偏角的超调量较无横摆角速度反馈控
制的车辆有所减小，且车辆重心侧偏角响应的过渡
时间减小，可以使其更快速地到达稳态值。横摆角速
度反馈控制还可以减小车辆重心侧偏角的稳态增
·35·
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维普资讯
农业装备与车辆工程2006年第l期
图5 横摆角速度反馈框图
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图6 横摆角速度、侧向加速度综合控制
益，使车辆具有良好的方向特性。这种形式的横摆角
速度反馈控制，使得侧向加速度超调量减小，转向运
动更加平稳。但同时这种反馈控制也使得侧向加速
度增益减小，这意味着有横摆角速度反馈控制的车
辆驾驶员要多打方向盘，这在低速和中等车速工况
下加重了驾驶员的负担。
4．3．2 横摆角速度、侧向加速度综合控制
按D = ． + Vy (2)
进行横摆角速度、侧向加速度综合控制，如图6。
4．4 安全与可靠性设计
线控转向系统若真正走向消费市场，首先要解
决其安全可靠性问题， 因而必须采用容错控制技
术。容错控制设计方法有硬件冗余和解析冗余。硬
件冗余对重要部件及易发生故障部件提供备份；解
析冗余是通过设计控制器的软件提高整个系统的
冗余度。SBW 中，相对于CU，传感器和执行机构更
容易发生故障，一些传感器和执行机构存在冗余。
现阶段采用机械、液压的备份转向系统，一旦线控
转向出现故障，备份转向仍然可以工作，完成基本
转向任务。
·36-
5 线控转向系统的前景展望
未来汽车的主体是低排放汽车(LEV)、混合动力
汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)、电动汽车(EV)四
大EV汽车，这给线控转向系统带来了更加广阔的
应用前景。除了安全性和可靠性外，还有模拟路感的
电机振动、电源、传感器的精度和成本问题等。模拟
路感的电机振动控制在EPS的研发过程中，已经有
成熟的技术和经验可以借鉴。车用42V电源预计在
未来的几年内将会快速发展并普及，届时汽车电子
附件的供电问题将会得到圆满解决。车用各种传感
器如非接触扭矩、转角传感器、横摆角速度传感器等
的精度在不断提高，成本下降，在未来的几年内将会
在精度和价格方面满足各种电控系统的要求。预计，
到2010年40％的欧洲生产的汽牟将全部采用X—
By—Wire技术。随着X—By—Wire的发展，Brake—By—
W ire，Thrust—By—Wire，Steer—By—Wire，Shift-By—
Wire等By-Wire系统将成为x—By—Wire系统的各
个子系统，它们之问会有一些数据要共享，将有一个
更大的通讯系统来实现它们之间的通讯，从而使整
个汽车成为一个完全的x—By—Wire系统。
盖世汽车讯 据外媒报道，一名特斯拉电池研究人员在最新的测试结果中指出，新电池的充放电循环次数超过了1.5万次，相当于让可供电动汽车行驶200万英里（350万公里）。
特斯拉4680电芯（图片来源：electrek.co）
去年，由Jeff Dahn领导的特斯拉加拿大电池研究团队曾发布了一篇论文，其中展示了最新的锂离子电池技术，可让该电池供电动汽车行驶100万英里。
近日，Dahn更新了新电池的测试结果，他还希望新电池能够成为锂离子电池的新标准。该团队对此类电池进行了为期三年的测试，让电池的充放电循环次数超过了1万次。现在，Dahn得出结论，表示此类电池在中程电动汽车上可让汽车行驶350万公里或200万英里。
该团队还展示了电池不同放电深度的结果，即在充电之前，电池放电的容量百分比。结果显示，该锂离子电池在经过1.5万次充放电循环之后表现得非常好。最令人印象深刻的是，电池的电量释放25%至50%时，电池的容量几乎没有退化。而通常大多数人的汽车电量使用量就是如此，例如，美国用户每天的平均行驶距离小于30英里。
因此，如果在续航里程达300英里的特斯拉汽车上搭载该款电池，每天驾驶该车往返30英里，平均每天充电从70%充到80%，电池退化的量会非常小，甚至不会退化。
考虑到这些电池实际寿命可能会很长，甚至比汽车的使用寿命还长，研究人员提出了一个问题：“我们真的需要这么好的电池吗？”特斯拉首席执行官埃隆马斯克曾表示，计划为自动驾驶出租车配备使用寿命超过100万英里的电池，即此类汽车电池的利用率会远远高于消费型汽车的电池。
过去，马斯克也曾提到，对于特斯拉的Powerwall、Powerpack以及半挂电动卡车等其他项目而言，更持久的电池也至关重要。
研究人员还提出，此类新型超持久电池将有助于实现车到电网（V2G）功能。过去，由于会影响到电池的寿命，特斯拉一直不愿意让车主用汽车电池向电网供电。不过，新电池将有利于解决此类问题。此外，特斯拉首席工程师之一Drew Baglino最近还提到，未来的特斯拉汽车将配备双向充电器，以实现V2G或V2X（车到一切）等技术。
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。
宁德时代相关负责人向上证报透露，已研发先进的长寿命零衰减电池，可实现1500次循环内的零衰减。
1月15日，国内规模最大的电网侧站房式锂离子电池储能电站——福建晋江储能电站试点项目一期(30MW/108MWh)一次并网成功，标志宁德时代零衰减电池进入应用。
汽车电动化进入高质量发展阶段，网约车作为重中之重，80-100万公里的生命周期对续航、电池使用寿命等技术指标的的要求越来越高，宁德时代研发零衰减电池的好处不言而喻。
为了满足长途与持续驾驶的需求，特斯拉也在与加拿大达尔豪斯大学（Dalhousie University）合作开发先进的锂离子电池技术。这所大学正在开发的锂离子电池旨在增加电池寿命、提高能量密度并降低成本。
在世界上最杰出的锂离子研究者之一、物理学家Jeff Dahn的带领下，Dalhousie研究小组在《电气化学学会》杂志上发表的一篇论文中描述了这种锂离子电池“能够为电动汽车提供超过100万英里的动力” ，同时在使用期间的损失不会超过能量容量的10%。他们发现这款电池的性能明显优于之前报道的任何类似的锂离子电池，这款电池可能适合应用于自动驾驶出租车队和长途电动卡车领域。
特斯拉汽车加拿大分公司去年申请的这项新锂离子电池技术专利名为“Dioxazolones and nitrile sulfites as electrolyte additives for lithium-ion batteries”，也就是以Dioxazolones和Nitrile Sulfites做为锂离子电池的电解液添加剂。在经历1000次的放电循环周期之后仍保有95%的使用寿命，普通锂离子电池的使用寿命则处于最后的四分之一，再经过4000次的循环放电后，新电池的容量仍保有惊人的90%。
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