汽車主動懸架與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的集成控制

嚴(yán)斌

（鄭州宇通客車股份有限公司技術(shù)研究部 450000)

1 構(gòu)建系統(tǒng)模型

因汽車姿態(tài)的變化，汽車在制動或者轉(zhuǎn)向的過程中，汽車輪胎在垂直方向的荷載會產(chǎn)生顯著變化，這就會影響汽車的穩(wěn)定與制動等性能。構(gòu)建汽車的動態(tài)荷載數(shù)學(xué)模型，可以促進(jìn)模型準(zhǔn)確性的提升[1]。

為對汽車懸架、制動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間的關(guān)系進(jìn)行研究，構(gòu)建12自由度的汽車模型，12個自由度分別是2個車輪轉(zhuǎn)動、4個垂向運(yùn)動，其他6個自由度分別為汽車側(cè)傾運(yùn)動、俯仰、垂直、橫擺、縱向及橫向。

2 控制策略設(shè)計思路

2.1 主動懸架控制器

使用最優(yōu)的主動懸架控制器，在設(shè)計主動懸架時其性能指標(biāo)應(yīng)當(dāng)包含以下幾個：第一，懸架行程，這會影響汽車的姿態(tài)、布置以及結(jié)構(gòu)等；第二，汽車車身的垂向振動加速度，該指標(biāo)主要體現(xiàn)乘車的舒適程度；第三，汽車輪胎的動荷載，該指標(biāo)體現(xiàn)的是輪胎的接地性。

2.2 設(shè)計制動控制系統(tǒng)的控制器

對制動系統(tǒng)采用較為普遍的邏輯門限制進(jìn)行控制，其控制參數(shù)為滑移率。對當(dāng)前汽車車輪的滑移率進(jìn)行計算，并且將其和之前設(shè)定的門限值做對比，進(jìn)而根據(jù)對比結(jié)果對制動液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行減壓或者增壓。

2.3 設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器

進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制通常使用的是PID控制器，該控制器簡單實(shí)用，應(yīng)用非常廣泛。利用微積分以及比例等計算偏差信號，之后開展加權(quán)計算，獲得相應(yīng)的轉(zhuǎn)向控制信號，進(jìn)而將其輸送給對象模型。

2.4 對協(xié)調(diào)控制器進(jìn)行設(shè)計

對汽車動力集成控制而言，現(xiàn)階段比較好的結(jié)構(gòu)方案是分層控制，分層控制不會對子系統(tǒng)獨(dú)立控制設(shè)計造成影響，還可以將各子系統(tǒng)的優(yōu)勢進(jìn)行整合。協(xié)調(diào)控制器主要功能有以下2點(diǎn)：第一，結(jié)合目前汽車行駛的情況對汽車穩(wěn)定需要的力矩、控制力進(jìn)行計算，進(jìn)而對子系統(tǒng)控制目標(biāo)進(jìn)行修正；第二，提供控制策略之間進(jìn)行切換的指令。

（1）防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、主動懸架一起工作的工況。汽車在制動過程中，其動態(tài)軸荷會產(chǎn)生一定改變，造成汽車制動力矩產(chǎn)生波動，最后對ABS控制系統(tǒng)性能產(chǎn)生不良影響。但是主動懸架控制器能夠降低減振器的阻尼力，對汽車俯仰運(yùn)動具有抑制作用，促使ABS系統(tǒng)控制器一直處于良好的工作狀態(tài)，能夠增加汽車制動性能。

在汽車處于正常行駛情況時，主動懸架控制系統(tǒng)根據(jù)隨機(jī)最優(yōu)的方法實(shí)施控制，將乘坐的舒適性作為目標(biāo)，對汽車垂向動力學(xué)進(jìn)行相應(yīng)的改善。如果處于危險情況，將行駛安全性作為目標(biāo)，協(xié)調(diào)控制器能夠把主動懸架控制從舒適性轉(zhuǎn)為抓地性，進(jìn)而促使汽車車輪的滑移率達(dá)到最優(yōu)，確保汽車的制動性能。

（2）電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、主動懸架一起工作的工況。在轉(zhuǎn)向過程中，汽車會產(chǎn)生傾斜，對汽車車身的姿態(tài)產(chǎn)生一定影響，如果汽車傾側(cè)角過大，極有可能會導(dǎo)致側(cè)翻等問題的發(fā)生。而主動懸架能夠?qū)ζ囓嚿碜藨B(tài)進(jìn)行改善，進(jìn)而使得汽車轉(zhuǎn)向過程中的穩(wěn)定性增加?？梢园哑囓嚿韮A側(cè)角視為主動懸架系統(tǒng)對轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的擾動，協(xié)調(diào)控制器能夠?qū)D(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、傾側(cè)角大小進(jìn)行監(jiān)控，對主動懸架阻尼力、電動助力進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。這樣，就可以使汽車車身的傾側(cè)角、橫擺角速度保持穩(wěn)定，促使車身姿態(tài)維持平直，確保車輛轉(zhuǎn)向性能。同時，也可以降低汽車傾側(cè)角的改變以及垂向加速度，降低道路表面不平造成汽車姿態(tài)的改變，增加車輛的穩(wěn)定性和平順性。

（3）電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、主動懸架和ABS系統(tǒng)一起工作的工況。汽車轉(zhuǎn)彎制動較為常見，制動、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在地面附著力方面存在矛盾，極易造成急轉(zhuǎn)、側(cè)滑等問題的發(fā)生，特別是路面濕滑的時候。這時對制動系統(tǒng)而言，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角會導(dǎo)致車輪產(chǎn)生側(cè)偏角，在縱向力、側(cè)向力的影響下，會影響滑移率、縱向加速度。在側(cè)向力影響下，汽車會產(chǎn)生抱死問題，進(jìn)而對ABS、制動過程的調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響[2]。

3 結(jié)束語

研究汽車主動懸架與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的集成控制，構(gòu)建各個子系統(tǒng)的動力學(xué)模型，結(jié)合汽車輪胎的動態(tài)特點(diǎn)，開展各種控制方法的模擬試驗(yàn)，控制策略能夠增加汽車底盤系統(tǒng)的性能，尤其是汽車制動性能，達(dá)到設(shè)計的目的。

[1]袁傳義,劉成曄,張焱.主動懸架與EPS集成控制系統(tǒng)道路友好性研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012,12(22):5551-5555.

[2]鄒慶,常玉林.汽車主動懸架與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的集成控制[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2008(01):56-58.