汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)研究

鄭士杭

徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省徐州市 221006

1 引言

當(dāng)前，汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)日趨完善，其科學(xué)性和有效性日益增強(qiáng)。然而，汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)尚未完全發(fā)展成熟，還存在部分問(wèn)題，對(duì)汽車(chē)整體性能以及安全性造成了不良影響。因此，有必要深入考察汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并積極探究汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，采取有針對(duì)性的措施對(duì)汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，有效增強(qiáng)汽車(chē)整體性能和安全性。

2 汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)概述

在汽車(chē)系統(tǒng)中，汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)占據(jù)著至關(guān)重要的地位，該技術(shù)主要將駕駛員所發(fā)出的各項(xiàng)操作命令作為依據(jù)，對(duì)汽車(chē)進(jìn)行剎車(chē)、減速等。汽車(chē)駕駛員通過(guò)底盤(pán)操作裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)底盤(pán)運(yùn)動(dòng)的有效控制。汽車(chē)底盤(pán)相應(yīng)的決定因素主要包括前輪轉(zhuǎn)向角、車(chē)輪滑動(dòng)指數(shù)、制定力矩以及車(chē)輪偏倚角度等。對(duì)汽車(chē)底盤(pán)控制方法進(jìn)行綜合分析和科學(xué)設(shè)計(jì)，要基于路面附著系數(shù)，并結(jié)合車(chē)輪滑動(dòng)率以及車(chē)輪偏倚角度進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輪向力的有效控制，且能增加車(chē)輪對(duì)地面的實(shí)際附著力，能促進(jìn)汽車(chē)安全性能的大幅度提升，并實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)駕駛員安全的有效保障[1]。

3 汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)現(xiàn)狀

3.1 汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)

3.1.1 主要控制參數(shù)

汽車(chē)啟動(dòng)會(huì)在一定程度上引發(fā)車(chē)輪滑動(dòng)，當(dāng)滑動(dòng)率為30%時(shí)，汽車(chē)呈現(xiàn)出最大的制動(dòng)力指數(shù)。同時(shí)，地面對(duì)車(chē)輪施加了最大的制動(dòng)力。若要繼續(xù)對(duì)制動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行保持，汽車(chē)車(chē)輪相應(yīng)的滑動(dòng)率將出現(xiàn)急速增加，制動(dòng)力指數(shù)則會(huì)漸趨減弱。因此，當(dāng)汽車(chē)車(chē)輪滑動(dòng)率不小于30%時(shí)，其制動(dòng)力指數(shù)會(huì)在一定區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)浮動(dòng)。若要保持制動(dòng)力指數(shù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，必須降低車(chē)輪滑動(dòng)率，使之低于30%。側(cè)向力指數(shù)與滑動(dòng)率指數(shù)二者呈現(xiàn)出反比例關(guān)系。當(dāng)滑動(dòng)率指數(shù)減小時(shí)，側(cè)向力指數(shù)將會(huì)增加。若車(chē)輪完全處于抱死狀態(tài)，則側(cè)向力指數(shù)將趨近于0。若側(cè)向力指數(shù)完全為0，則汽車(chē)拐彎能力將完全喪失。若后車(chē)輪出現(xiàn)側(cè)向力為0的情況，將導(dǎo)致汽車(chē)喪失穩(wěn)定性，甚至失去控制[2]。因此，該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將汽車(chē)滑動(dòng)率有效控制在相應(yīng)區(qū)域內(nèi)，確保汽車(chē)的穩(wěn)定性。

3.1.2 控制原理

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)主要包括制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置、電子控制單元以及輪速傳感器等構(gòu)件。輪速傳感器在各類(lèi)構(gòu)件中占據(jù)著核心地位，負(fù)責(zé)精確測(cè)量車(chē)輪實(shí)際轉(zhuǎn)速，并將測(cè)量結(jié)果向電子控制單元進(jìn)行傳輸。傳統(tǒng)的電磁式傳感器，無(wú)需借助外部電源，即可實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)作。即使未對(duì)電源進(jìn)行接通，仍能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效產(chǎn)生。但僅在較高車(chē)速行駛狀態(tài)下，電磁傳感器才能實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)作。若降低運(yùn)行車(chē)速，所輸出的信號(hào)也會(huì)隨之出現(xiàn)減弱，將影響電磁式傳感器對(duì)信號(hào)的正常接收，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的正常工作造成不良影響。若汽車(chē)行駛速度加大，將產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的信號(hào)，造成電磁傳感器難以有效接收實(shí)際信號(hào)，造成信號(hào)接收出現(xiàn)錯(cuò)誤[3]?；谏鲜霾蛔悖?dāng)前汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)霍爾式輪速傳感器的應(yīng)用日漸增多。

3.2 牽引力控制系統(tǒng)

3.2.1 主要控制參數(shù)

若汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪增大了實(shí)際驅(qū)動(dòng)力，則驅(qū)動(dòng)輪會(huì)出現(xiàn)相對(duì)滑轉(zhuǎn)。通常，適宜將驅(qū)動(dòng)輪實(shí)際滑動(dòng)率有效控制在20%以下，在此狀態(tài)下，所獲得的地面驅(qū)動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)最大。牽引力控制系統(tǒng)主要對(duì)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率實(shí)施控制。其運(yùn)作有賴(lài)于防抱死制動(dòng)系統(tǒng)所提供的基礎(chǔ)條件，該系統(tǒng)需有效控制防抱死制動(dòng)系統(tǒng)相應(yīng)的壓力調(diào)節(jié)裝置[4]。另外，還要有效協(xié)調(diào)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)的電子管理系統(tǒng)，才能有效保障該系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2.2 控制原理

多數(shù)汽車(chē)內(nèi)配置的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)與牽引力控制系統(tǒng)二者完成了ECU共享。但是，在后者的軟件部分，對(duì)測(cè)量、分析以及控制監(jiān)督模塊進(jìn)行了添加。牽引力控制系統(tǒng)，主要借助ECU接受傳感器信號(hào)，并基于對(duì)信號(hào)的識(shí)別分析，對(duì)當(dāng)前車(chē)輛的實(shí)際行駛狀態(tài)進(jìn)行判斷。若識(shí)別信號(hào)后，判斷驅(qū)動(dòng)輪滑動(dòng)率大于了標(biāo)準(zhǔn)界限，則系統(tǒng)將對(duì)針對(duì)性較強(qiáng)的控制命令進(jìn)行輸出，以實(shí)現(xiàn)對(duì)超出部分的有效改進(jìn)。通常，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將指令發(fā)出。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括兩部分：一部分是發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，另一部分是驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置。前者主要對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪二者呈現(xiàn)出的對(duì)稱(chēng)性進(jìn)行有效控制。若兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪所呈現(xiàn)出的滑動(dòng)率均對(duì)規(guī)定界限超出，則應(yīng)對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行減小。發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)即通過(guò)調(diào)節(jié)，同步將兩驅(qū)動(dòng)輪所呈現(xiàn)出的驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行減弱，有效實(shí)現(xiàn)預(yù)期滑轉(zhuǎn)率。若地面存在相對(duì)較小的附著力，將降低發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)的輸出力矩為負(fù)值。在制動(dòng)力矩作用下，驅(qū)動(dòng)輪會(huì)對(duì)滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行改變。若驅(qū)動(dòng)輪呈現(xiàn)出較大的滑轉(zhuǎn)率，難以將汽車(chē)方向有效控制在規(guī)定范圍內(nèi)。此時(shí)，該系統(tǒng)將通過(guò)壓力調(diào)節(jié)裝置對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)所實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行有效加大，以實(shí)現(xiàn)對(duì)滑轉(zhuǎn)率的有效減少?；谏鲜龇治隹芍撓到y(tǒng)需借助壓力調(diào)節(jié)裝置，才能實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。系統(tǒng)對(duì)壓力調(diào)節(jié)裝置所輸出的信號(hào)進(jìn)行接收，并對(duì)信號(hào)實(shí)施科學(xué)計(jì)算和綜合分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)控制指令進(jìn)行制定，并將指令對(duì)壓力調(diào)節(jié)裝置相應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)行輸入。

3.2.3 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制

汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，作為一種電子傳感技術(shù)，主要對(duì)車(chē)輪方向進(jìn)行有效控制，主要由以下部分構(gòu)成：①車(chē)前輪動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)方向盤(pán)實(shí)施輕便操作以及自動(dòng)回位。②車(chē)前輪動(dòng)力疊加系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、系統(tǒng)齒輪以及渦輪動(dòng)力結(jié)構(gòu)等構(gòu)成。電子計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)的自動(dòng)制動(dòng)。③車(chē)后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要借助后輪實(shí)現(xiàn)車(chē)軸的有效轉(zhuǎn)向，能有效增強(qiáng)前輪動(dòng)力以及汽車(chē)穩(wěn)定。

3.2.4 汽車(chē)懸架系統(tǒng)

汽車(chē)懸架系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子控制動(dòng)力學(xué)的有效突破，主要包括以下兩類(lèi)：（1）懸架阻尼電子控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能促進(jìn)汽車(chē)整體性能的有效提高，且能實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直動(dòng)力以及汽車(chē)振動(dòng)的有效降低，進(jìn)而有效保障汽車(chē)的安全穩(wěn)定，并增強(qiáng)汽車(chē)的舒適度。（2）橫向主動(dòng)調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器借助反饋數(shù)據(jù)實(shí)施自動(dòng)分析，并對(duì)橫向穩(wěn)定桿相應(yīng)的力矩以及初始角度進(jìn)行科學(xué)設(shè)定，有助于動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)際性能的大幅度提高，并實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)動(dòng)力的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

4 汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 第二代ESP系統(tǒng)

若要增強(qiáng)對(duì)汽車(chē)的穩(wěn)定控制，必須對(duì)車(chē)輪制動(dòng)力進(jìn)行嚴(yán)格控制。同時(shí)，要對(duì)主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)向。第二代ESP系統(tǒng)充分運(yùn)用了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，優(yōu)化整合了上述各類(lèi)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)際控制效果顯著增強(qiáng)。將層次更高的控制系統(tǒng)設(shè)置于原有系統(tǒng)上，能有效保障第二代ESP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正常良好運(yùn)行，借助電子控制單元，將計(jì)算結(jié)果對(duì)層次更高的控制系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，并對(duì)下層控制系統(tǒng)傳輸具體的控制指令。

4.2 GCC全方位底盤(pán)控制系統(tǒng)

GCC全方位底盤(pán)控制系統(tǒng)層出更高，借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，控制單元能有效對(duì)傳感器所發(fā)出的傳輸信號(hào)進(jìn)行有效接受，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)行駛實(shí)際情況的全面了解?？刂茊卧柚W(wǎng)絡(luò)，有效連接汽車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng)，并對(duì)層次最高的控制指令進(jìn)行發(fā)布，由GCC對(duì)控制指令進(jìn)行執(zhí)行，在對(duì)汽車(chē)駕駛員具體操作意向進(jìn)行初步判斷的基礎(chǔ)上，由各控制單元對(duì)命令進(jìn)行執(zhí)行，對(duì)汽車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果作為依據(jù)，對(duì)當(dāng)前汽車(chē)的實(shí)際行駛狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。GCC控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)各控制系統(tǒng)各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)的優(yōu)化整合，并對(duì)不同任務(wù)進(jìn)行有效開(kāi)展，對(duì)底盤(pán)控制系統(tǒng)進(jìn)行有效協(xié)調(diào)，有效保持汽車(chē)行駛處于最佳狀態(tài)，有效保障汽車(chē)的安全穩(wěn)定行駛。

4.3 汽車(chē)底盤(pán)線控技術(shù)以及智能化

汽車(chē)底盤(pán)線控技術(shù)，是指操縱與執(zhí)行機(jī)構(gòu)二者間不存在機(jī)械聯(lián)合以及能量傳遞。汽車(chē)駕駛員對(duì)指令進(jìn)行及時(shí)發(fā)出和有效操縱，并借助傳感元件有效傳遞信息，并借助網(wǎng)絡(luò)將信息對(duì)各類(lèi)汽車(chē)部件進(jìn)行傳遞。執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)外來(lái)能源對(duì)指令進(jìn)行有效操縱，并由電子控制器對(duì)具體過(guò)程以及相應(yīng)結(jié)果進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。另外汽車(chē)結(jié)構(gòu)在整體上涵蓋諸多系統(tǒng)，各系統(tǒng)間的配合協(xié)作將日益增強(qiáng)，且呈現(xiàn)出智能化發(fā)展趨勢(shì)。底盤(pán)控制技術(shù)智能化，將增強(qiáng)與感應(yīng)系統(tǒng)的緊密聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)所處環(huán)境的智能識(shí)別，并對(duì)境況相應(yīng)的處置狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)識(shí)別。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)中發(fā)展現(xiàn)狀中，汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)、汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制以及汽車(chē)懸架系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)則體現(xiàn)為第二代ESP系統(tǒng)、GCC全方位底盤(pán)控制系統(tǒng)以及汽車(chē)底盤(pán)線控技術(shù)以及智能化得到了良好的發(fā)展應(yīng)用，汽車(chē)的安全性和穩(wěn)定性得到了顯著增強(qiáng)。