面向主動安全的汽車底盤集成控制策略研究

湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 陳林 別玉娟

面向主動安全的汽車底盤集成控制策略研究

湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 陳林 別玉娟

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展以及人們生活水平的提高，汽車逐漸走向千家萬戶，汽車在作為現(xiàn)代交通工具給人們帶來便捷與享受的同時，也在時刻出現(xiàn)著安全事故，可以說汽車的安全問題是關乎所有人的重要問題。當前汽車底盤電控系統(tǒng)正在不斷發(fā)展，汽車在駕駛的安全性和舒適程度上都有提高，但是這一發(fā)展多少都是某一性能上的單一的發(fā)展模式，整個系統(tǒng)的統(tǒng)一性沒有得到考量和提高，甚至有時簡單的技術(shù)相加還會造成整體性能的降低。針對這一問題，筆者在本文中主要探討了面向主動安全的汽車底盤集成控制策略，提出了總體的策略架構(gòu)，旨在通過本文的研究為汽車安全性能的提高提供整體的發(fā)展思路，促進駕駛的安全性提高。

主動安全；底盤集成控制；策略

汽車在現(xiàn)代社會的發(fā)展中越來越普及，已經(jīng)應用到各個家庭和單位，為人們的出行提供著便利，但汽車交通事故也嚴重威脅著人們的生命財產(chǎn)安全，因此汽車安全問題也成為了當今社會的熱點話題之一，是值得研究的一項重要內(nèi)容。

1 何為汽車主動安全

在提高汽車安全的技術(shù)方面具有不同的劃分標準，其中一種劃分就是主動安全和被動安全。被動安全是指在汽車發(fā)生事故后對汽車中的乘員進行保護的一種技術(shù)和措施，而主動安全則是防止汽車發(fā)生事故的一種技術(shù)和措施，因此主動安全具有預防性，相比被動安全更加具有意義和重要性，對主動安全的研究也因此更加重要。

汽車底盤主動安全系統(tǒng)在電子、傳感、網(wǎng)絡等技術(shù)的促進下逐漸發(fā)展起來，并形成了縱向控制、側(cè)向控制和垂向控制這三大類系統(tǒng)。在技術(shù)的推動下，汽車底盤控制系統(tǒng)的裝車率日益提高，在各個性能上的技術(shù)提高也都在研究和應用中，但是整體性能的提高并不明顯，甚至有時還會受到技術(shù)之間耦合作用的影響，不能對整體的安全起到更有效的作用，因此為了控制集成系統(tǒng)中技術(shù)之間的沖突，將耦合作用加以合理利用，使系統(tǒng)中的功能得到更有效的強化，面向主動安全的汽車底盤集成控制還要進行策略上的科學研究，為提高整體安全性能做出科學的指引。

2 汽車底盤集成控制策略研究

汽車底盤集成控制對于汽車安全是一項有效的保障，面向主動安全的汽車安全技術(shù)發(fā)展也將在今后很長一段時間內(nèi)朝著這一方向發(fā)展，本文也是結(jié)合這一內(nèi)容進行重點分析研究。

2.1 制動與轉(zhuǎn)向的集成控制

在汽車底盤集成控制策略中，制動與轉(zhuǎn)向的集成占有十分重要的地位，而實現(xiàn)制動與轉(zhuǎn)向的集成成為一項重要技術(shù)，目前最普遍和有效的方式就是最優(yōu)控制技術(shù)的應用，但是這一控制方法的實現(xiàn)需要精確的控制模型，實踐中存在的問題就在于汽車是一個復雜的非線性系統(tǒng)，在汽車工程中對于模型需要盡量的簡化處理，這就使得精確的模型無法保證，應用效果自然也無法保證。汽車投入使用后在運行狀態(tài)下一直都是處于動態(tài)行使中，行駛環(huán)境、汽車自身的參數(shù)等都是變化的，有時甚至是難以把握的，所謂的最優(yōu)控制也無法時刻保持最優(yōu)。對此筆者認為可以運用模型預測控制（MPC）方法，設計基于MPC的集成控制器，實現(xiàn)ESC系統(tǒng)和AFS系統(tǒng)的集成。[1]模型預測控制能夠克服模型誤差和不確定環(huán)境干擾帶來的影響，具有良好的在線實時表現(xiàn)性，當前這一技術(shù)方法在電力、化工、能源等多領域都有較好的應用，成為未來重點發(fā)展和推廣的技術(shù)之一。

2.2 主動懸架控制

在制動和轉(zhuǎn)向集成控制的基礎上還要融入主動懸架控制，這樣才能形成一體化的汽車底盤集成控制系統(tǒng)。因為前面所述的制動和轉(zhuǎn)向集成控制主要是通過影響縱向力和側(cè)向力的方式來直接改變汽車操控中的穩(wěn)定性的一種作用力；懸架控制則是通過改變車輪垂直載荷來影響縱向力和側(cè)向力的一種工作機制，也是保證汽車操控穩(wěn)定性的一種作用力。懸架控制調(diào)節(jié)車輪垂直載荷往往是在縱向力和側(cè)向力達到附著極限時起作用，改變前后軸的等效側(cè)偏剛度也是在大側(cè)向加速度時效果明顯，因此懸架控制發(fā)揮威力時汽車都工作在非線性區(qū)。筆者認為可以通過設計綜合滑模變結(jié)構(gòu)控制和輪胎力，實現(xiàn)最優(yōu)分配算法的制動、轉(zhuǎn)向和懸架集成控制?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制（Sliding Mode Variable Structure Control，簡稱SMVSC），是一種非線性控制算法，可以克服系統(tǒng)參數(shù)變化和外部擾動，具有很強的魯棒性，非常適用于像汽車這類復雜系統(tǒng)的動力學控制。[2]

3 汽車底盤集成控制策略的測試研究

上文關于汽車底盤集成控制策略的研究，是經(jīng)過實踐總結(jié)和技術(shù)研究進行的探索，對于這一策略是否具有有效性還需要組織科學的測試實驗與研究進行驗證，但是對于此類技術(shù)的測試往往需要具備高標準的條件，在此筆者僅介紹制動與轉(zhuǎn)向的集成控制和懸架控制的試驗平臺搭建工作：第一，基于Matlab/xPC Target技術(shù)設計開發(fā)汽車底盤集成控制硬件在環(huán)試驗臺，包括駕駛模擬系統(tǒng)、實時仿真系統(tǒng)和ESC液壓制動系統(tǒng)，滿足了開展駕駛員在環(huán)的制動、轉(zhuǎn)向和懸架集成控制試驗的需求；第二，圍繞集成控制硬件在環(huán)試驗臺的網(wǎng)路拓撲結(jié)構(gòu)；第三，結(jié)合ISO標準，選擇駕駛員在環(huán)的緊急雙移線工況，對制動、轉(zhuǎn)向和懸架集成控制算法進行硬件在環(huán)試驗驗證。在上述搭建的平臺上進行汽車底盤集成控制策略的試驗，結(jié)果表明汽車的穩(wěn)定性控制效果明顯提高，上述策略的研究應用具有科學的價值和意義。

[1]楊建森,李飛,丁海濤,郭孔輝,郝寶青.基于廣義預測控制的汽車橫擺穩(wěn)定性控制[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2012(01).

[2]楊建森,郭孔輝,丁海濤,郝寶青,李飛.基于模型預測控制的汽車底盤集成控制[J].吉林大學學報(工學版),2011(S2).