探討線控汽車底盤控制技術(shù)分析及發(fā)展

摘 要：本次研究在分析汽車底盤控制技術(shù)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性的詳細(xì)的概述了線控汽車底盤控制技術(shù)相關(guān)方面。對(duì)那部分影響線控汽車發(fā)展的關(guān)健技術(shù)進(jìn)行綜合分析。在分析全線控汽車的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性的提出了分層式集成控制系統(tǒng)框架的構(gòu)建，進(jìn)一步完成框架內(nèi)容的分析以及研究，在上述的基礎(chǔ)上期望促使線控汽車研究以及未來的發(fā)展提供一系列的參考。

關(guān)鍵詞：線控汽車底盤控制；分析；發(fā)展

一、線控汽車發(fā)展實(shí)際情況

國(guó)外線控汽車研究方面是比較早的，發(fā)展至今已經(jīng)有很悠久的歷史。在二十世紀(jì)五十～六十年代，很多研發(fā)公司就想要將原有的機(jī)械連接轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向車輪之間用的控制信號(hào)，上述就是提到的早期線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原型。在1990年，德國(guó)奔馳公司開始在分析實(shí)際技術(shù)的基礎(chǔ)上深入有效的研究前輪線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，促使前輪線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以在概念車（F400 Carving）上完成安裝。線控技術(shù)在F400 Carving概念車的以下幾個(gè)部分使用：轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、懸架、車身控制等。電子驅(qū)動(dòng)概念車R129由德國(guó)克萊斯勒開發(fā)，概念車R129實(shí)現(xiàn)了完全使用操縱桿控制，其脫離了加速踏板、制動(dòng)踏板、轉(zhuǎn)向盤的設(shè)置，完成了線控驅(qū)動(dòng)（Drive-by-wire）技術(shù)。BMW Z22概念車由德國(guó)寶馬汽車公司開發(fā)，其主要使用以下幾種技術(shù)：線控?fù)Q擋技術(shù)、線控制動(dòng)技術(shù)（Brake-by-wire）、線控驅(qū)動(dòng)（Drive-by-wire）技術(shù)[ 1 ]。對(duì)線控汽車的研究中國(guó)還處于一個(gè)初級(jí)階段，主要是因?yàn)槠淦鸩椒浅５耐恚啾葒?guó)外來說差的距離較大。

在實(shí)際工作中，中國(guó)各高校研究線控系統(tǒng)還是相對(duì)比較早的，但是其大部分是針對(duì)線控系統(tǒng)理論的。同濟(jì)大學(xué)在2004年期間于上海國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)完成了四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)微型電動(dòng)車春暉三號(hào)的展示，其配備線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[ 2 ]。詳細(xì)如下圖所示：

二、汽車線控系統(tǒng)原理分析、控制分析

（一）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[ 3 ]。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)行過程中出現(xiàn)問題的時(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)共性問題包括容錯(cuò)控制策略[ 4 ]。詳細(xì)分析如下：

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)藖碚f是非常重要的一個(gè)信息來源，通過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)向的過程中產(chǎn)生一定程度的方向盤力矩[ 5 ]。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。

目前來說，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。

（二）線控制動(dòng)系統(tǒng)分析

線控制動(dòng)系統(tǒng)包括很多個(gè)方面：電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（Electronic-mechanical brake）；電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)（Electronic porking brake）；電液線控制動(dòng)系（Electro hydraulic brake）等[ 6 ]。目前，在寶馬E65已經(jīng)使用了電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)。完全線控制動(dòng)系統(tǒng)在寶馬（BMW）中的使用，其存在非常明顯的成本以及可靠性等問題，就目前來說，量產(chǎn)車中還沒有使用該項(xiàng)系統(tǒng)。寶馬（BMW）中使用的是BMW跟傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)兩者之間出現(xiàn)的過渡產(chǎn)品。其可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)輪缸壓力精確地獨(dú)立的控制，同時(shí)還具有系統(tǒng)響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，可以促使車輛制動(dòng)穩(wěn)定性得到有效的提升。

（三）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^踏板位置的傳感器將相應(yīng)的位置信號(hào)之后順利的完（下轉(zhuǎn)第18頁(yè)）（上接第16頁(yè)）成驅(qū)動(dòng)控制器的傳送[ 7 ]。

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)來說，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)來說，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。

三、結(jié)語(yǔ)

相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車在控制來說，線控汽車具有非常顯著的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)還具備有效的優(yōu)勢(shì)，但是傳統(tǒng)汽車完成操縱控制的方法是使用機(jī)械系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)，這相對(duì)于線控技術(shù)來說非常的安全、穩(wěn)定以及成熟。跟飛機(jī)之間存在明顯的區(qū)別，汽車具有一個(gè)非常復(fù)雜的行駛環(huán)境，所以想要在汽車上有效的使用線控技術(shù)那么就需要格外的重視以及關(guān)注穩(wěn)定性以及安全性。

線控技術(shù)的使用，一般都是通過以下幾個(gè)方面的電氣部件來實(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，未來車輛的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)趨向線控底盤集成控制。同時(shí)汽車設(shè)計(jì)工作也會(huì)呈現(xiàn)本質(zhì)性的轉(zhuǎn)變。

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作者簡(jiǎn)介：

鄧平堯（1983-），男，漢族，江西修水人，本科，助教，研究方向：汽車檢測(cè)與維修。