汽車底盤集成及其控制技術(shù)研究

孔博 王麗琴

摘 要：隨著近些年以來(lái)汽車行業(yè)的崛起，汽車在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全性、舒適性、有效性、節(jié)能性成為電子控制系統(tǒng)和技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的主要項(xiàng)目之一。眾所周知，整車綜合性能的改進(jìn)和提高要憑借子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作來(lái)完成，汽車底盤集成控制手段作為提升車輛性能的手段之一，在車輛工程研究領(lǐng)域具有非常重要的作用。作為車輛工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究話題，底盤集成控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以有效調(diào)動(dòng)底盤各個(gè)系統(tǒng)的工作性能，使底盤各系統(tǒng)在協(xié)調(diào)穩(wěn)定的條件下運(yùn)行，從而極大程度的提高了整車的綜合控制性能和標(biāo)準(zhǔn)。本文立足于汽車底盤集成及其控制技術(shù)這個(gè)話題展開(kāi)討論，車輛運(yùn)行的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：汽車底盤集成控制；集成控制背景；集成控制技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.053

0 引言

汽車底盤的整體性性能是通過(guò)駕駛員在駕駛過(guò)程中對(duì)汽車所進(jìn)行的控制意識(shí)，如轉(zhuǎn)向、加速、減速、緩行等的調(diào)控的來(lái)實(shí)現(xiàn)的。汽車底盤控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的核心目標(biāo)是向集成控制方向發(fā)展，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)集成控制的對(duì)象、手段、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等內(nèi)容的控制，對(duì)于提高汽車在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的指定性和舒服程度起著舉足輕重的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車底盤控制技術(shù)正在朝著集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化的方向發(fā)展。

1 汽車底盤集成控制背景概述

1.1 汽車集成控制思想的提出

控制技術(shù)在汽車領(lǐng)域的最早應(yīng)用起源于上世紀(jì)七十年代，在燃油經(jīng)濟(jì)性、排放合理性方面出臺(tái)了相應(yīng)了法律規(guī)定，由此拉開(kāi)了控制技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用帷幕：驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)（TCS）、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制（TRC）、主動(dòng)懸架系統(tǒng)（ASS）等控制技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提升了我國(guó)汽車的性能，與此同時(shí)，汽車底盤技術(shù)也在創(chuàng)新的道路上取得了跨越式的發(fā)展。

在現(xiàn)代學(xué)術(shù)界通常把研究的重點(diǎn)內(nèi)容集中于車輛底盤控制系統(tǒng)中的懸架，轉(zhuǎn)向，驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)系統(tǒng)等方面，由于這些因素彼此之間并沒(méi)有必然的聯(lián)系，因此在進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的時(shí)候，把研究的焦點(diǎn)集中于實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的控制目標(biāo)，但是并沒(méi)有過(guò)多關(guān)注這些系統(tǒng)被糅合進(jìn)車輛運(yùn)動(dòng)控制中對(duì)其他子系統(tǒng)的帶來(lái)的影響結(jié)果。

1.2 汽車底盤集成控制研究的發(fā)展

有關(guān)汽車的集成控制理論，上世紀(jì)末期的理論成果頗多。美國(guó)的Y.Ghoneim和w.Lin從汽車穩(wěn)定性基本特征出發(fā)，提出了比例微分控制和狀態(tài)反饋控制理論措施，從根本上實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)防抱死和驅(qū)動(dòng)控制的集成控制目標(biāo)。轉(zhuǎn)向工況下的車輛動(dòng)力學(xué)模型是日本的T.Y.shimura和Y.Em.to所提出來(lái)的理論，該模糊控制達(dá)到了對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和主動(dòng)懸架的集成控制的目標(biāo)，對(duì)于汽車的操縱性和平順性進(jìn)行了調(diào)控，從整體上達(dá)到了完美的效果。英國(guó)學(xué)者R.Sharp提出了基于雙向作用的多目標(biāo)集成控制理論，這種理論被應(yīng)用在汽車底盤系統(tǒng)的主動(dòng)控制中。德國(guó)研究者Chtler設(shè)計(jì)出了一整套ABS/ASR和ASS等內(nèi)在集成系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了汽車垂向、側(cè)向、縱向的有效集成控制。Cherouat.H通過(guò)設(shè)計(jì)多變量的協(xié)調(diào)控制技術(shù)對(duì)汽車底盤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集成控制，在這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，構(gòu)建成一整套動(dòng)力學(xué)制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)模型。

國(guó)內(nèi)的學(xué)者李君和喻凡提出了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與制動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)與制動(dòng)系統(tǒng)的集成控制理論，提高了汽車的動(dòng)力學(xué)功能。2004年，北京理工大學(xué)汽車動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室引入了轎車ABS/ASR/ACC集成電控技術(shù)，通過(guò)捷達(dá)GTX樣車的試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了控制單元硬件電路和軟件邏輯的整合，所研制出來(lái)的集成電控系統(tǒng)功能優(yōu)越，在實(shí)用性和擴(kuò)展性方面做出了卓越的貢獻(xiàn)，為轎車的安全控制裝置集成化研究奠定了基礎(chǔ)。

2 車輛底盤集成控制技術(shù)研究

2.1 底盤集成控制結(jié)構(gòu)研究

2.1.1 集成控制

集成控制通過(guò)一系列有序的單元呈現(xiàn)一切信息動(dòng)態(tài)，其中涵蓋傳感器等信息，這一動(dòng)態(tài)信息的實(shí)現(xiàn)是經(jīng)過(guò)多個(gè)目標(biāo)的計(jì)算過(guò)程實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的規(guī)范化控制，這種控制技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)集成控制，通過(guò)一個(gè)集成控制器技術(shù)的研發(fā)成功，取代了各個(gè)子系統(tǒng)控制器，促進(jìn)了控制集成技術(shù)的發(fā)展。

2.1.2 協(xié)調(diào)控制

協(xié)調(diào)控制是集成控制與各子系統(tǒng)控制之間所形成的一種控制模式，這種模式是在因地制宜的基礎(chǔ)上，對(duì)原有的控制模塊進(jìn)行充分利用，在各個(gè)子模塊的序列中添加協(xié)調(diào)控制器，達(dá)到協(xié)調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)工作的目標(biāo)。協(xié)調(diào)控制器會(huì)準(zhǔn)確探究出車輛運(yùn)行當(dāng)中的狀態(tài)，對(duì)駕駛員工作狀態(tài)中的意識(shí)進(jìn)行識(shí)別，以及對(duì)控制感知命令進(jìn)行分散識(shí)別，傳達(dá)到中間層的各個(gè)控制器，之后由中間層面的控制器對(duì)各個(gè)子執(zhí)行器實(shí)行管理控制。

2.2 底盤主動(dòng)控制系統(tǒng)探索

底盤主動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為以下幾個(gè)內(nèi)容：橫向的轉(zhuǎn)向和橫擺力矩控制、縱向的制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)控制、垂向的懸架控制等要素。

汽車底盤控制系統(tǒng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)力度不斷完善，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中注重輪胎與地面的接觸力度。由于汽車的運(yùn)動(dòng)軌跡并不相同，因此控制系統(tǒng)之間的關(guān)系并不是彼此孤立的，而是相互制約，相互依存的關(guān)系。對(duì)于執(zhí)行器的控制而言，各個(gè)子系統(tǒng)都對(duì)其有制約作用，比如制動(dòng)器在工作過(guò)程中，會(huì)受到駕駛員的意識(shí)、電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP、防抱死系統(tǒng)ABS等諸多因素的制約和影響。且同一個(gè)控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要借助于其他數(shù)個(gè)控制體系達(dá)成，比如轉(zhuǎn)向過(guò)程中的穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)是借助于主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向AFS、主動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向ARS以及ESP等要素來(lái)完成的，除此之外，也同時(shí)反饋控制時(shí)間、相位的實(shí)現(xiàn)時(shí)間、系統(tǒng)、傳感器的冗余度等因素存在著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通公路行業(yè)開(kāi)始不斷壯大，汽車作為經(jīng)常應(yīng)用的交通工具，是人們的日常生活中必不可少的元素，從改革開(kāi)放以來(lái)對(duì)汽車底盤集成控制的研究課題一直沒(méi)有停滯，研究者把關(guān)注的焦點(diǎn)聚焦于如何引入先機(jī)技術(shù)，使汽車底盤的各項(xiàng)功能達(dá)到均衡狀態(tài)，從而從根本上提升汽車底盤體系的整體性能。本文針對(duì)汽車底盤集成及其控制技術(shù)這一課題展開(kāi)討論，為推動(dòng)我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程做出理論探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈曉峰. 電動(dòng)汽車底盤多目標(biāo)集成控制研究[D].吉林大學(xué)，2016.

[2]陳文才.淺談汽車底盤集成及其控制技術(shù)[J].湖北成人教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，16（05）：136-137.

[3]貝紹軼，趙景波，劉海妹.汽車底盤集成系統(tǒng)的重構(gòu)控制技術(shù)評(píng)述[J].傳感器與微系統(tǒng)，2017，29（04）：1-4.