車輛SAS 與EPS 集成控制研究概述

謝黎明，張麗萍

（遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

1 研究背景及意義

控制技術(shù)在汽車上得以應(yīng)用是在上個世紀70 年代，其目的是為了使燃油經(jīng)濟性滿足法規(guī)中對排放的限制。從那時起，控制技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于汽車。伴隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的高速發(fā)展,人們對汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的要求也隨之提高。轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)向和懸架系統(tǒng)密切相關(guān)，乘坐舒適性與懸架系統(tǒng)密切相關(guān)。近年來，隨著對SAS 與EPS 進行的研究，汽車的乘坐舒適性和操縱性有了明顯的提高。車輛性能的提高取決于各種子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)。為了進一步提高乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性，并獲得良好的車輛性能，車輛SAS和EPS 的集成控制已成為汽車工程行業(yè)的熱點[1]。

在汽車的底盤系統(tǒng)中，如果任意一個子系統(tǒng)變得可控，這些子系統(tǒng)將對汽車的性能產(chǎn)生非常大的影響。當多個可控子系統(tǒng)共存時，一定存在彼此協(xié)調(diào)的問題，并且整體車輛性能的提高取決于每個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。但是，當每個子系統(tǒng)針對不同的性能指標進行優(yōu)化時，控制子系統(tǒng)的簡單疊加不能實現(xiàn)良好的整體性能。另一方面，如果可以實現(xiàn)子系統(tǒng)之間的硬件，能量和信息的共享，則可以提高系統(tǒng)的管理效率，從而改善車輛的性能。電控集成底盤系統(tǒng)中有許多重要部件，其中就包括車輛SAS 與EPS。它將有助于推動中國汽車底盤集成設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，并在汽車電子技術(shù)知識的自主創(chuàng)新上，提高汽車產(chǎn)品的國際競爭力。具有十分重要的意義。這是一項以緊跟現(xiàn)代汽車發(fā)展為主題的科學(xué)和技術(shù)問題[2]。

2 集成控制發(fā)展趨勢

隨著汽車產(chǎn)業(yè)不斷的發(fā)展與進步，中國的汽車底盤集成控制技術(shù)也有了很大的提高，但與國外相比仍處于發(fā)展階段。并且在1987 年國外就將底盤集成控制應(yīng)用在了汽車上。其中，日本的T.Y.shimura 和Y.Emoto 教授建立轉(zhuǎn)向工況下的汽車動力學(xué)模型，并且將懸架與轉(zhuǎn)向采用模糊控制的方式進行了集成控制，提高了車輛的操縱穩(wěn)定性與平順性。汽車底盤集成控制的研究，可以提升汽車的操縱性，平順性以及安全性，所以其必將成為現(xiàn)在及以后汽車行業(yè)主要的研究內(nèi)容[3]。

3 集成控制工作原理

從圖1 中，可以深入了解集成控制的工作原理。在圖1（a）中對各目標量采用集成控制，可以消除各目標量之間的干擾。使用各目標量的互補功能來實現(xiàn)最佳性能，將圖中球的直徑放大，相應(yīng)的各目標量的性能也會隨之提高；在圖1（b）中從另一個角度說明了車輛集成控制的作用：控制系統(tǒng)A 增大使汽車性能a 隨之增大，但性能b 由于控制A 的影響而略微減小。如果簡單地疊加控制A 和控制B 變?yōu)槁?lián)合控制（A+B），則性能a 和b 的效果可能不如單獨控制。但是如果控制A 和控制B 成為集成控制（AB），則可以消除系統(tǒng)之間的不利干擾，可以利用其功能之間的互補性使汽車實現(xiàn)大于向量之和的性能。因此，考慮子系統(tǒng)之間的交互，避免子系統(tǒng)之間的沖突，合理控制通過資源和數(shù)據(jù)共享協(xié)調(diào)工作的子系統(tǒng)。使之能夠達到汽車綜合性能的最優(yōu)化，成為當前汽車動力學(xué)控制需要解決的重點問題[4]。

圖1 集成控制原理

4 集成控制分類

通過組合現(xiàn)有子控制系統(tǒng)的傳感器和執(zhí)行器來實現(xiàn)汽車集成控制，以實現(xiàn)更好的安全性、舒適性和操縱穩(wěn)定性。汽車集成控制系統(tǒng)分為以下幾種[5]。

4.1 并行式控制結(jié)構(gòu)

對于車輛的各個子系統(tǒng)的聯(lián)合控制，其優(yōu)點在于傳感器和執(zhí)行器的集成以及信息之間的共享。

4.2 集中式控制結(jié)構(gòu)

通過全局多目標優(yōu)化算法統(tǒng)一控制所有信息并統(tǒng)一控制所有子系統(tǒng)執(zhí)行器。

4.3 分層式控制結(jié)構(gòu)

將下層控制器調(diào)整為可以實現(xiàn)子系統(tǒng)的最優(yōu)功能，上層協(xié)調(diào)控制器根據(jù)子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系，來完成對下層控制器的控制。

5 結(jié)語

如果可以實現(xiàn)子系統(tǒng)之間的硬件、能源和信息共享，則可以提高系統(tǒng)的管理效率。同時，提高了汽車的行駛安全性，乘坐舒適性和經(jīng)濟性。開展SAS 與EPS 的集成控制研究，將有助于推動我國汽車底盤集成設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，對于提高我國汽車產(chǎn)品的國際競爭力具有十分重要的意義。