由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的解耦，SBW中路面阻力不能傳遞給駕駛員，需要靠路感電機模擬產(chǎn)生轉(zhuǎn)向阻力，而這個特點也為路感設(shè)計創(chuàng)造了靈活的方式。比如可以在汽車上設(shè)置幾檔不同大小的路感，來滿足各種駕駛?cè)巳簩Φ钠?，讓方向盤感覺舒適的同時也能清晰反映路面情況。

路感指汽車行駛中駕駛員通過方向盤得到的轉(zhuǎn)向阻力矩，該阻力矩主要包含兩部分：回正力矩和摩擦力矩。其中，回正力矩是保持車輛正常行駛的力矩，該數(shù)值的確定是汽車設(shè)計中的一個難題，通常由經(jīng)驗、半經(jīng)驗、統(tǒng)計或?qū)嶒灥姆椒ǐ@得?；卣嘏c前輪的受力狀態(tài)存在直接關(guān)系，而前輪受力又和汽車狀態(tài)、路面情況直接相關(guān)，因此，通常把總的回正力矩除以總的力傳動比看成是路感。除回正力矩以外，司機還要求能夠感受到轉(zhuǎn)向過程中的阻力距。理論上講，摩擦阻力距越小，獲得的路感會越清晰。但是，摩擦阻力距過小，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的逆效率過高，當(dāng)汽車行駛在顛簸的路面上時就可能會造成沖擊，導(dǎo)致駕駛手感變差。因此，設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時通常會保留一部分阻力，減少路面沖擊對駕駛員的影響。路感理論上可以采用在齒輪齒條上安裝傳感器的方法直接測量獲得，但是，這種方法一來安裝不太方便、成本比較高，二來采到的數(shù)據(jù)噪聲較多，需要經(jīng)過濾波才能使用，很少采用。

基于動力學(xué)模型的方法通過參考傳統(tǒng)車輛路感產(chǎn)生的動力學(xué)原理建立相關(guān)的動力學(xué)模型，根據(jù)車輛的動態(tài)響應(yīng)、駕駛員的方向盤輸入等計算與路感相關(guān)的輪胎力、摩擦力矩等，最終計算出路感。轉(zhuǎn)向阻力矩主要來源是輪胎與地面的接觸，因此輪胎模型的準(zhǔn)確性對轉(zhuǎn)向系來說至關(guān)重要。動力學(xué)計算方法設(shè)計的路感與傳統(tǒng)車輛更加接近，適應(yīng)性較強，但存在著車輪定位參數(shù)難以獲得的問題，需要通過各種算法來克服。

基于數(shù)據(jù)擬合的方法通常是將路感設(shè)計為一些車輛行駛參數(shù)的函數(shù)關(guān)系式，在不同條件下為駕駛員提供不同的路感，簡單高效，但是自適應(yīng)性和精度較差。不同的研究人員，考慮到力矩產(chǎn)生的因素不同，提出的表達式也不盡相同。一種常見的研究方法是將路感分為主反饋力矩、摩擦力矩、阻尼力矩、慣性力矩和回正力矩等幾個部分，每個部分用一個特定函數(shù)進行經(jīng)驗擬合計算，各部分匯總后綜合得到模擬路感。

比較簡單的是通過實車進行反饋電流曲線的標(biāo)定，標(biāo)定曲線如圖6.22所示。在不同車速下分別標(biāo)定一組曲線，可以在不同車速下向駕駛員反饋適當(dāng)?shù)穆犯?，可?jù)實際需求增加標(biāo)定點，或者采用模糊控制等方法來加強其適應(yīng)性。

圖1 路感反饋標(biāo)定曲線

普遍認為方向盤轉(zhuǎn)角、車速以及側(cè)向加速度對方向盤力矩的影響最大。因此，引入路感反饋力矩的概念，將車輛行駛分為低速、高速狀態(tài)，分別擬合后再進行歸一化處理，再添加回正、阻尼、限位等輔助措施，從而得到完整的路感。公式如下：

其中：TD是方向盤手力，Tf為反饋力矩，Tfric為摩擦力矩，Tdamp為阻尼控制力矩，Tar為主動回正力矩，Trep為末端限位控制力矩，Tinteria為慣性補償力矩。

1.反饋力矩

方向盤轉(zhuǎn)角、車速和側(cè)向加速度對反饋力矩影響最大。

（1）當(dāng)汽車低速行駛時，側(cè)向加速度變化率較小，駕駛員感知側(cè)向加速度的變化比較模糊，對方向盤轉(zhuǎn)角輸入變化的感知比較清晰，因此低車速段重點關(guān)注方向盤轉(zhuǎn)角和車速的影響。

（2）當(dāng)汽車高速行駛時，一般進行小角度轉(zhuǎn)向操作，汽車回正力矩比較小，傳統(tǒng)車輛上一般對這種工況的力矩進行補償來保證一定的路感，因為“中心轉(zhuǎn)向區(qū)”是車輛正常操控區(qū)間，高速情況下如果路感不明顯，會阻礙駕駛員對車輛行駛狀態(tài)的判斷，即司機所說的“發(fā)飄”情況。較小的方向盤角度變化也會導(dǎo)致車輛側(cè)向加速度的較大變化，駕駛員對側(cè)向加速度變化引起的路感感知比較敏感。因此高速段需考慮側(cè)向加速度和車速變化的影響，根據(jù)司機感到舒適的“中心區(qū)域”路感來調(diào)整參數(shù)。

（3）當(dāng)汽車在低速與高速之間行駛時，駕駛員對方向盤轉(zhuǎn)角、側(cè)向加速度和車速變化引起的反饋力矩變化均有一定的感知。

（4）當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角很小時，為了模擬真實情況，并且方便駕駛員找到方向盤中心位置，可以設(shè)計一段空行程，直接用轉(zhuǎn)向機械部件的摩擦、慣量和阻尼產(chǎn)生的力作為路感。

（5）駕駛員在正常駕駛中會控制方向盤在關(guān)于零點對稱的一個范圍內(nèi)，該轉(zhuǎn)動范圍稱為“中心轉(zhuǎn)向區(qū)”。在中心區(qū)附近采用較大的斜率，來獲得一定的路感力矩，在方向盤轉(zhuǎn)角進一步增大時減小路感力矩的增長斜率，直到成為一條水平直線，這樣就能夠減輕方向盤轉(zhuǎn)角很大時的駕駛員操縱負荷。

綜上，可以考慮采用權(quán)重函數(shù)覆蓋不同的工況，保證汽車不同車速間的反饋力矩的連續(xù)、平滑和舒適。

其中：Tfl表示低速時的反饋力矩；Tfh表示高速時的反饋力矩；v為車速；θsw為方向盤轉(zhuǎn)角；ay為側(cè)向加速度；系數(shù)a1、a2、b1、b2、c1、c2均為大于0的常數(shù)，可根據(jù)駕駛員的偏好進行調(diào)節(jié)以獲取不同的轉(zhuǎn)向手感；K(v)是高速路感和低速路感的加權(quán)函數(shù)。

加權(quán)函數(shù)K(v)設(shè)計為：速度較低時Tfl是主要部分，車速較高時Tfh是主要影響部分。因此，K(v)可采用分段三次函數(shù)，通過參數(shù)匹配滿足了路感的平滑、連續(xù)變化。

其中，v0和v1是低速和高速的分段點。

考慮到手感的連續(xù)、一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，要求：

即

求得

在數(shù)據(jù)擬合法中，最終的目標(biāo)是實現(xiàn)一種讓駕駛員感覺舒適的路感，而不是完全模擬有機械連接的車輛轉(zhuǎn)向路感，所以在低速和高速情況下只考慮了較少的因素，可以看出與實際車輛還是有一定差別的，這種方法可以根據(jù)駕駛員的手感進行靈活調(diào)整，但同時也是它的缺點—適應(yīng)性差，缺乏嚴謹?shù)脑u價指標(biāo)，不同人的主觀評價也有一定的差異。因此，需要綜合考慮不同的因素對其進行修正以獲得良好的手感。

2.摩擦力矩

在SBW系統(tǒng)中，摩擦力矩作為其固有特性不可忽略，具有特別重要的意義。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦?xí)绊戃囕v的行駛性能和轉(zhuǎn)向性能，同時也會影響人的主觀轉(zhuǎn)向感覺。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器由于其結(jié)構(gòu)特點決定了其為最主要的摩擦部件，齒條相對于支撐件以及密封件的相對運動產(chǎn)生摩擦。在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)的機械部件相對于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會產(chǎn)生更大的系統(tǒng)摩擦。轉(zhuǎn)向器摩擦根據(jù)其方式和大小不同而起著正面和負面作用。

（1）負面影響

一般來說，在人機工程操作機構(gòu)中，大的庫侖摩擦?xí)档腿说牟僮魇孢m性。顯然，摩擦?xí)屛⑿〉霓D(zhuǎn)向運動變得困難，尤其是在中位附近液壓伺服助力或者電動伺服助力較小時。由于系統(tǒng)摩擦太大，從中位開始轉(zhuǎn)向(從靜摩擦過渡到動摩擦)變得突，或者有轉(zhuǎn)向黏著感大的摩擦?xí)屲囕v方向盤在車速較低的彎道結(jié)束后不能自動回到中位。大的摩擦還會影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反饋性能。車輛行駛信息和路面信息，這些有用的信息反饋也會因為摩擦而變?nèi)酢?/span>

（2）正面影響

轉(zhuǎn)向器摩擦導(dǎo)致方向盤力矩相對于轉(zhuǎn)向角形成了遲滯特性。這種遲滯特性對于精確的彎道行駛來說是必不可少的。在半徑一定的固定彎道中行駛時，方向盤轉(zhuǎn)角對應(yīng)一個工作點，如果離開這個工作點，增大轉(zhuǎn)向角會感覺到方向盤力矩的增加，減小轉(zhuǎn)向角回打方向盤會明顯感覺到方向盤力矩在減小，這樣的感覺可以讓駕駛?cè)吮３止潭ǖ墓ぷ鼽c，即方向盤精確的角度位置成為可能。大的轉(zhuǎn)向器摩擦當(dāng)然也能抑制干擾信息的反饋傳遞。沖擊和周期性的激勵，例如車輪不平衡、制動力波動等，會因為摩擦而衰減。方向盤的抖動會由于摩擦的存在而減小。

駕駛員能夠感受到的摩擦力矩僅來源于方向盤總成，采用雙曲正切函數(shù)來擬合摩擦力矩，該模型在方向盤角速度為零附近仍能夠很好地描述方向盤總成的摩擦力矩。公式如下：

式中：Cf為摩擦系數(shù)，為曲線上升系數(shù)，用于調(diào)節(jié)曲線上升的快慢使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。為方向盤角速度。tanh函數(shù)是為了避免力矩突變，保證手感連續(xù)絲滑。

3.阻尼力矩

為了消除高速行駛時快速轉(zhuǎn)動方向盤引起的失穩(wěn)現(xiàn)象，并有效避免撒手回正時的超調(diào)和抖動現(xiàn)象，增加一定的阻尼控制力矩。阻尼控制力矩的大小與方向盤角速度成比例關(guān)系，角速度越大則阻尼控制力矩越大。并且阻尼控制力矩的大小應(yīng)隨著車速的增大而增大。公式如下：

其中，Cdamp為阻尼控制力矩調(diào)節(jié)系數(shù)，與車速有關(guān)，可以其進行調(diào)節(jié)來改變阻尼控制力矩的大小。

4.主動回正力矩

傳統(tǒng)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛，方向盤會在轉(zhuǎn)向輪主銷幾何參數(shù)等作用實現(xiàn)主動回正，從而保證車輛的直線行駛性能。SBW系統(tǒng)由于取消了機械連接，無法實現(xiàn)主動回正，因此有必要進行主動回正控制，保證駕駛員撒手后能夠使方向盤主動回到零位。

主動回正力矩是由車速、轉(zhuǎn)角以及方向盤角速度的函數(shù)組成，公式如下：

5.末端限位力矩

SBW系統(tǒng)由于取消了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向機構(gòu)的機械連接，方向盤可以任意無限制地轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)象與汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計相違背。限位方式通常有兩種。一種是憑借硬件結(jié)構(gòu)進行限位，在方向盤上加裝機械限位裝置，將方向盤限制在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)。另一種是利用軟件算法進行限位。采用硬件結(jié)構(gòu)進行機械限位的方式不但增加了系統(tǒng)的成本，而且會使方向盤的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。軟件限位公式如下：

式中：Klim為末端限位控制力矩系數(shù)，固定比例或車速的函數(shù)。為末端限位起始角度，為末端限位終止角度，為末端限位角度行程。

6.慣性力矩

SBW系統(tǒng)的慣性力矩公式如下：

式中，為方向盤的角加速度，Jh為方向盤模塊的轉(zhuǎn)動慣量，Tinteria為方向盤模塊的慣性力矩。