線控汽車底盤控制技術(shù)研究進(jìn)展及展望

劉曉冬

摘要：隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，線控技術(shù)將逐漸在汽車上得到普遍應(yīng)用，笨重的機(jī)械/液壓系統(tǒng)將被精確的電子傳感器和電執(zhí)行元件所代替，傳統(tǒng)汽車的操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)將發(fā)生根本性變化。目前汽車上幾乎所有操縱控制都可以采用線控技術(shù)，線控技術(shù)及線控汽車的研究已經(jīng)成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：線控汽車底盤控制；分析；發(fā)展

線控汽車發(fā)展現(xiàn)狀，以及汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、線控制動(dòng)系統(tǒng)、線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和線控懸架系統(tǒng)的各系統(tǒng)組成、工作原理和控制方法及研究現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，總結(jié)了影響線控汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)信息傳輸、駕駛?cè)艘鈭D與工況辨識(shí)、故障診斷與容錯(cuò)控制、底盤集成控制等技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

一、線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分析

線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要的構(gòu)成部分如下：驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器、加速踏板總成、驅(qū)動(dòng)控制器等。在加速踏板踩下的時(shí)候，駕駛?cè)送ㄟ^(guò)踏板位置的傳感器將相應(yīng)的位置信號(hào)之后順利的完成驅(qū)動(dòng)控制器的傳送。

1.傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車線控驅(qū)動(dòng)控制。汽車動(dòng)力學(xué)控制跟經(jīng)濟(jì)性控制的過(guò)程中，線控油門一般是在對(duì)節(jié)氣門的線控的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。如果是具備ESP的汽車，線控油門還可以發(fā)揮控制穩(wěn)定性的作用，同時(shí)可以發(fā)揮驅(qū)動(dòng)防滑的作用。傳統(tǒng)節(jié)氣門控制方法跟線控油門控制方法有著本質(zhì)的區(qū)別，線控油門控制方法具有非常明顯的精確性。嚴(yán)格按照各種行駛信息來(lái)使用發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，促使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀況實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的改善，促使汽車經(jīng)濟(jì)性以及動(dòng)力性實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的提升。

2.多輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車線控驅(qū)動(dòng)控制分析。隨著社會(huì)的發(fā)展，電機(jī)技術(shù)取得了進(jìn)一步更新發(fā)展，車輛動(dòng)力學(xué)也一樣，取得了非常顯著的成績(jī)，電動(dòng)汽車逐漸趨向多個(gè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)多個(gè)車輪。電機(jī)相比傳統(tǒng)形式的內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)，最為顯著的特征就是響應(yīng)特性非常的好、響應(yīng)的速度非常的快，控制精度非常的高。因?yàn)槎噍喌莫?dú)立的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車其每一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)矩都是獨(dú)立的，同時(shí)也是可以有效的控制控驅(qū)動(dòng)控制分析。隨著社會(huì)的發(fā)展，電機(jī)技術(shù)取得了進(jìn)一步更新發(fā)展，車輛動(dòng)力學(xué)也一樣，取得了非常顯著的成績(jī)，電動(dòng)汽車逐漸趨向多個(gè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)多個(gè)車輪。電機(jī)相比傳統(tǒng)形式的內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)，最為顯著的特征就是響應(yīng)特性非常的好、響應(yīng)的速度非常的快，控制精度非常的高。因?yàn)槎噍喌莫?dú)立的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車其每一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)矩都是獨(dú)立的，同時(shí)也是可以有效的控制的，所以，通過(guò)控制橫擺力矩以及控制驅(qū)動(dòng)力分配，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)可以促使車輛的經(jīng)濟(jì)性以及穩(wěn)定性得到進(jìn)一步的改善。目前，我國(guó)研究的重點(diǎn)為輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制工作，也是四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的有效研究。

二、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用可以從根本上脫離方向盤跟轉(zhuǎn)向車輪兩者之間的機(jī)械連接需要，車輪轉(zhuǎn)向由電信號(hào)來(lái)有效的控制，可以完成汽車轉(zhuǎn)向系角傳遞特性的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可以完成汽車轉(zhuǎn)向系力傳遞特性的實(shí)現(xiàn)，可以完成其他大部分傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能的有效發(fā)揮。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成部分主要有以下幾個(gè)部分：路感模擬系統(tǒng)、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成等。在實(shí)際工作中，如果是傳統(tǒng)的方向盤，那么就能夠使用以下部件代替：開(kāi)關(guān)、操縱桿、按鈕等。相應(yīng)在實(shí)際工作中，最大程度降低駕駛?cè)笋{駛裝有線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)汽車所產(chǎn)生的不適感，目前很多的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在設(shè)置方向盤的過(guò)程中，還是按照實(shí)際情況的需要適當(dāng)?shù)耐瓿闪朔较虮P組件的保留。因?yàn)榫€控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，促使機(jī)械連接顯得多余，車輪轉(zhuǎn)向發(fā)生了本質(zhì)上的轉(zhuǎn)變，例如：一開(kāi)始為傳統(tǒng)的駕駛?cè)丝刂妻D(zhuǎn)變方向，最后使用該項(xiàng)系統(tǒng)之后，轉(zhuǎn)化成為電或液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成方向的控制。在實(shí)際工作中，我們重視系統(tǒng)的安全性，所以一部分線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)擁有兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。例如：我們選擇使用電液復(fù)合硬件冗余控制系統(tǒng)可以促使兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候就可以第一時(shí)間對(duì)其進(jìn)行有效的處理干預(yù)，處理問(wèn)題一般是選擇使用備份驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有利于為汽車基本轉(zhuǎn)向功能提供切實(shí)的保障。如果是四輪的獨(dú)立型的轉(zhuǎn)向電動(dòng)車，那么我們可以在分析其實(shí)際性能的基礎(chǔ)上使用四個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)車輪轉(zhuǎn)向的獨(dú)立控制。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制主要包括以下幾個(gè)部分的內(nèi)容：路感模擬控制、主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制等，線控系統(tǒng)共性問(wèn)題包括容錯(cuò)控制策略。

1.路感模擬控制分析。因?yàn)槿∠藱C(jī)械連接，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要模擬生成路感。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上指的就是方向盤力感，這對(duì)于駕駛汽車的駕駛?cè)藖?lái)說(shuō)是非常重要的一個(gè)信息來(lái)源，通過(guò)信息判斷做出正確的選擇。路感反映的實(shí)際內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：首先是路面的實(shí)際變化情況，其次是汽車的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。主要在方向盤施加執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要有電動(dòng)元件、彈簧元件等，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用促使其在駕駛?cè)宿D(zhuǎn)向的過(guò)程中產(chǎn)生一定程度的方向盤力矩。目前分析相關(guān)文獻(xiàn)以及研究結(jié)果的基礎(chǔ)上得到一共有2種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬方法。第一種是在路感的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)原理的基礎(chǔ)上，完成設(shè)計(jì)計(jì)算。第二種方法是嚴(yán)重按照那部分傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)完成設(shè)計(jì)。

2.主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制。汽車轉(zhuǎn)向由線控技術(shù)控制其具備最為顯著的特點(diǎn)就是可以完成自由的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容為轉(zhuǎn)向車輪到方向盤的轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比大小。目前來(lái)說(shuō)，存在很多的系統(tǒng)主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制措施，同時(shí)也存在大量的設(shè)計(jì)方法，一般情況下，會(huì)按照汽車的穩(wěn)定性以及汽車的操縱性劃分主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制措施劃分為以下兩個(gè)部分：首先是制定相應(yīng)的主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略，促使汽車穩(wěn)定性得到最大程度的提升；其次制定相應(yīng)的主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略，促使汽車操縱性得到最大程度的提升。

三、線控汽車發(fā)展展望

線控汽車相對(duì)于傳統(tǒng)汽車在控制方面具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)，但傳統(tǒng)汽車由于采用機(jī)械和液壓系統(tǒng)對(duì)汽車進(jìn)行操縱控制，相對(duì)于線控技術(shù)成熟、穩(wěn)定、安全。不同于飛機(jī)，汽車行駛環(huán)境復(fù)雜，因此線控技術(shù)要想在汽車上完全應(yīng)用需要充分考慮安全性和穩(wěn)定性問(wèn)題。線控技術(shù)主要通過(guò)電池、電機(jī)、傳感器、信號(hào)線、電線等電氣部件實(shí)現(xiàn)，而電池蓄能、電機(jī)功率和扭矩特性、傳感器精度、電線和信號(hào)線的行駛安全等問(wèn)題都是汽車線控技術(shù)應(yīng)用急需解決的問(wèn)題。隨著汽車電子的發(fā)展，高性能的電池、電機(jī)和傳感器的不斷出現(xiàn)，更為成熟有效的安全保障技術(shù)將為線控汽車的普及奠定良好基礎(chǔ)。線控技術(shù)的發(fā)展將使傳統(tǒng)汽車各個(gè)系統(tǒng)逐漸由線控系統(tǒng)取代，線控底盤集成控制將成為車輛未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，汽車設(shè)計(jì)終將發(fā)生根本性變革，因此在2004年世界工程師汽車論壇上，人們就汽車線控技術(shù)的發(fā)展前景提出了未來(lái)的汽車將會(huì)是4個(gè)輪子加1個(gè)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想?；诰€控技術(shù)，通過(guò)智能控制方法，變?nèi)诉m應(yīng)車的現(xiàn)狀為車適應(yīng)人，最終實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)車輛的安全、智能駕駛。目前新能源電動(dòng)汽車是應(yīng)用線控技術(shù)的一個(gè)理想載體。迫于能源與環(huán)境的壓力，隨著線控技術(shù)、高速車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和傳感器、處理器性能的提高，車輛集成控制與線控、多傳感器信息融合系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)性化特性設(shè)計(jì)、節(jié)能與環(huán)保的全線控電動(dòng)汽車將成為線控汽車研究與發(fā)展的重要方向。

總之，線控技術(shù)的使用，一般都是通過(guò)以下幾個(gè)方面的電氣部件來(lái)實(shí)現(xiàn)的：電機(jī)、傳感器、電池、信號(hào)線等。促使線控技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展，促使線控系統(tǒng)逐漸取代傳統(tǒng)汽車各個(gè)系統(tǒng)，發(fā)揮非常顯著的現(xiàn)實(shí)意義，未來(lái)車輛的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)趨向線控底盤集成控制。

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