淺析汽車底盤(pán)協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)

沈 嘯 吳文滔

（1.吉林科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130123；2.遼寧省北鎮(zhèn)市中等職業(yè)技術(shù)專業(yè)學(xué)校，遼寧 北鎮(zhèn) 121300）

目前，底盤(pán)的集成控制系統(tǒng)已經(jīng)擴(kuò)展到整個(gè)車體的控制，甚至已經(jīng)出現(xiàn)了涵蓋人-車-路閉環(huán)系統(tǒng)的概念模型。因此，汽車底盤(pán)電子控制系統(tǒng)的優(yōu)化是研究的重點(diǎn)。本文主要針對(duì)汽車底盤(pán)控制系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型以及系統(tǒng)之間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系進(jìn)行了研究，對(duì)底盤(pán)動(dòng)力學(xué)模型及其具體模型改進(jìn)的進(jìn)行了重點(diǎn)分析。

1 底盤(pán)動(dòng)力系統(tǒng)模型

汽車底盤(pán)的很多子系統(tǒng)的局部性能都可以利用電子控制技術(shù)來(lái)改善，由此而產(chǎn)生的四類控制技術(shù)，其中ABS是比較典型的單功能控制系統(tǒng)。為構(gòu)建底盤(pán)的動(dòng)力模型，優(yōu)化汽車底盤(pán)各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，結(jié)合目前汽車電子系統(tǒng)和集成系統(tǒng)的模型發(fā)展情況，建立底盤(pán)集成控制動(dòng)力學(xué)模型。如圖1所示。

針對(duì)底盤(pán)控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)關(guān)系，懸架和輪胎是決定行駛系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型的關(guān)鍵，關(guān)系到汽車行駛的平滑性和操作穩(wěn)定性。ASS系統(tǒng)具備二自由度和四自由度兩種動(dòng)力模型。隨著對(duì)車體舒適度的考慮，經(jīng)過(guò)研究，隨后出現(xiàn)了六、八自由度動(dòng)力學(xué)模型。因此，本文首先構(gòu)建了輪胎模型的10自由度非線性車輛模型，并依此優(yōu)化了汽車底盤(pán)主動(dòng)轉(zhuǎn)向，主動(dòng)懸架的邏輯控制以及制動(dòng)控制，最終通過(guò)模型檢測(cè)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)功能。

圖1 底盤(pán)控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)關(guān)系

2 控制器穩(wěn)定性協(xié)調(diào)

總結(jié)汽車底盤(pán)的發(fā)展歷史，其主要包括三個(gè)階段：?jiǎn)慰刂乒δ芟到y(tǒng)、線控技術(shù)、集成控制系統(tǒng)。綜合考慮，最終選用了汽車底盤(pán)的集成控制技術(shù)。

MPC控制器可以對(duì)MIMO系統(tǒng)進(jìn)行處理，但并不具備協(xié)調(diào)功能，本文選用常用的監(jiān)督系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行機(jī)制協(xié)調(diào)。AFS與DYC的協(xié)調(diào)表現(xiàn)在目標(biāo)函數(shù)中，包括橫擺角速度偏差、質(zhì)心側(cè)偏角偏差、前輪附加轉(zhuǎn)角、附加橫擺力矩的權(quán)重系數(shù)。綜合考慮各個(gè)因素，最合理的途徑是通過(guò)車輛狀態(tài)對(duì)權(quán)重系數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，對(duì)于不敏感的控制量加大懲罰系數(shù)，最后計(jì)算反饋矩陣。對(duì)于車輛在穩(wěn)態(tài)時(shí)，利用中央差速器轉(zhuǎn)向控制來(lái)補(bǔ)償懸架導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向。中央差速器的具體數(shù)值如表1所示。

表1 中央差速器扭矩分配說(shuō)明

3 主動(dòng)懸架系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)

本文以自動(dòng)懸架為研究對(duì)象，利用步進(jìn)電機(jī)改變液壓阻尼減振器的節(jié)流口，自動(dòng)調(diào)節(jié)減振器的阻尼。觀察傳感器的記錄情況分析車體與路況，經(jīng)過(guò)綜合處理后，可以自動(dòng)分析最優(yōu)的控制模型，傳導(dǎo)到智能系統(tǒng)。消息路由器可將多種信息源融合成最終的決策，并依此設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方向和步距角，達(dá)成懸架自動(dòng)適應(yīng)路況的目標(biāo)。

4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文利用直流電機(jī)提供轉(zhuǎn)向助力調(diào)整電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向。與懸架智能體結(jié)構(gòu)相比，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向智能體的不同是利用轉(zhuǎn)向的直流電機(jī)代替步進(jìn)電機(jī)，主要是對(duì)加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的動(dòng)力大小和方向進(jìn)行控制。最終的決策可利用消息路由器傳遞給懸架，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等智能體，達(dá)成各個(gè)汽車子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，緩解駕駛員的駕駛強(qiáng)度。

結(jié)語(yǔ)

（1）基于汽車動(dòng)力學(xué)理論，提出一種底盤(pán)水平動(dòng)力學(xué)和垂直動(dòng)力學(xué)協(xié)調(diào)控制的控制邏輯，主動(dòng)懸架的優(yōu)化，可以改善主動(dòng)轉(zhuǎn)向和主動(dòng)制動(dòng)的控制效果。協(xié)調(diào)控制可以有效提高車輛行駛的主動(dòng)性，從而提升汽車的安全性能。

（2）通過(guò)設(shè)計(jì)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)模型，總體分析了轉(zhuǎn)向、懸架兩個(gè)系統(tǒng)間耦合關(guān)系。優(yōu)化了分級(jí)式底盤(pán)綜合控制系統(tǒng)，結(jié)果表明，集成控制方式能有效地改善汽車的操作穩(wěn)定性，安全性。利用主控制單元的協(xié)調(diào)分配，協(xié)調(diào)控制個(gè)子系統(tǒng)的工作，使汽車動(dòng)力學(xué)性能達(dá)到最佳，為汽車底盤(pán)設(shè)計(jì)打下了一定的理論基礎(chǔ)。

[1]陳禎福.汽車底盤(pán)控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車工程.2006，28（2）.

[2]喻凡，李道飛.車輛動(dòng)力學(xué)集成控制綜述[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào).2008，39（6）.

[3]朱冰，李幼德，趙健，等.基于多變量頻域控制方法的車輛底盤(pán)集成控制[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào).2010，41（1）：14-17.

[4]宗長(zhǎng)福,劉凱.汽車線控驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展[J].汽車技術(shù),2006,(3):1-5.