智能汽車技術及汽車動力學控制系統研究

王世軍

摘 要：隨著經濟的發展和科學技術水平的顯著提高，人們生活水平在直線提升的同時，對于交通工具提出了更高的要求，智能汽車便應運而生，汽車的操縱穩定性也受到越來越多的重視。汽車動力學穩定性控制系統（DSC），是需要進行重點突破的汽車主動安全控制系統。本文系統分析了智能汽車的特點，對汽車動力學控制系統進行了深入探析。

關鍵詞：智能汽車；汽車動力學控制系統；關鍵技術

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A

時代的發展、科技的進步，促使人們對于汽車的總體水平提出了更高的要求，尤其是在操控性能和安全穩定性能方面。為此，汽車制造企業進行了深入研究和諸多嘗試，以先進的科學技術為依托，研制出制動防抱死系統，也就是ABS系統，來維護汽車的安全穩定，目前被廣泛應用于市場。而汽車動力學穩定性控制系統（DSC）是保證汽車主動安全控制系統的又一項新技術，其性能要高于ABS系統。

一、智能汽車的定義和主要特點

智能汽車是一個集環境感知、規劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統，它集中運用了計算機、現代傳感、信息融合、通信、人工智能及自動控制等技術，是典型的高新技術綜合體。通俗來講，智能汽車就是以普通汽車為基礎，以先進的科學技術為依托，加上傳感器、控制器、執行器等高新技術裝置，使車輛在不需要人的手動操作的條件下，可以自動感知環境，判斷出當前所處環境安全與否，并能根據人的意愿抵達目的地。

智能汽車最大的特點是可以實現無人駕駛。在計算機科學、模式識別、圖像處理等多種智能領域的協同作用下，智能汽車具備了與人類類似的環境感知能力，并且通過傳感器、攝像機、自動操縱系統等裝置，智能汽車可以在不需要人類操控的情況下，完成汽車啟動、加速、減速、剎車、停車，甚至繞行障礙物等一系列程序。即便在車水馬龍、道路狀況不佳的環境下，智能汽車也能通過智能系統，選擇最優路徑，以安全、合理的方案只會汽車完成自動行駛。除了可以自動駕駛，智能汽車還具有自動跟蹤、自動學習等特點。

二、智能汽車的發展歷程

早在20世紀80年代，美國率先提出了自動駕駛汽車的概念。20世紀90年代，美國、德國、意大利等發達國家，在智能汽車方面的研發上取得了較大的進展。2005年，美國甚至主辦了一屆智能汽車大賽。與這些西方發達國家相比，我國受到歷史因素和經濟、科技實力限制，對于智能汽車的研發起步較晚，取得的成果也不夠豐富。隨著我國科技水平的顯著提高和電子技術的創新發展，智能汽車逐漸走入人們的日常生活，國內汽車行業對于汽車動力學控制系統的研究也日益深入，運用的都是相同的科學技術，其設計理念和性能也都是一致的。

三、智能汽車研究設計所需的關鍵技術

導航定位技術是智能汽車行駛中最為需要的技術之一，它是通過傳感器、GPS等提供的數據，來選擇行駛路線、判斷障礙物與車輛之間的關系，從而確定智能汽車的位置、行駛狀態，確保汽車安全準確行駛。決策控制器的設計技術：智能汽車會利用傳感器等裝置去感知環境，并做出科學的計算分析，除此之外的行為選擇、路徑規劃等都在決策控制的范疇。就現今人們對于決策控制的研究來看，研究方向主要為側向控制系統決策和縱向控制系統決策。其中，控制智能汽車按照提前設定好的路徑安全行駛，屬于側向控制系統范疇，而控制智能汽車的行駛速度則屬于縱向控制系統的研究對象。智能汽車通過傳感器準確獲取外界和自身性能的信息后，才能確保車輛安全行駛，但任何事情都沒有絕對性，傳感器也無法保證它采集的所有信息都是可靠的準確的，所以，采用多路傳感器數據融合技術十分必要，它可以有效提高智能汽車決策控制系統的準確性。

此外，制動防抱死系統，也就是ABS，對于智能汽車的研究設計提供了重要的技術支持。導致汽車不穩定的原因主要分為兩種，一種是汽車本身的不穩定性，一種是駕駛員面對突發狀況時做出的錯誤操作。良好的汽車動力學控制系統，能夠很好地識別誤操作并給予正確的控制。作為最先出現的汽車主動安全控制系統，ABS通過瞬時開斷電磁閥來控制制動壓力，調節輪胎的滑移角度、力度等，以此實現車輪與地面的附著達到最佳狀態。

四、研發動力學控制系統的必要性

近年來我國交通網絡日漸發達，汽車總量也逐年遞增。得益于現代汽車動力性的日漸強大，車速也較之從前有了質的飛躍。但由于我國車輛駕駛者的綜合素質參差不齊，一些駕駛人員的駕駛水平較低，嚴重影響車輛的安全行駛，對其他車輛和駕駛員的安全也造車威脅。基于對這一因素的考慮，研發汽車動力學穩定性控制系統，提高智能汽車操作的穩定性勢在必行。

五、汽車動力學控制系統研究的基本原理

我們通常所說的對于汽車動力學控制系統研究，其主要研究對象是汽車的穩定性和可控性，也就是通過對穩定狀態的控制，避免汽車進入不可控制的不穩定狀態。當汽車處于穩定可控的狀態下時，質心偏側角往往處于相對較大的狀態，車輪的側向力已接近輪胎與地面的附著力極限，此時如果只依靠方向盤來控制汽車的穩定性，并不能達到良好的保證車輛穩定性的效果。此時，縱向力匹配來產生橫擺力矩的控制方法更為有效。使用此方法，可以使車輛的運動狀態達到最理想的穩定值。下面是測試其穩定性的具體方法：首先，利用傳感器歲汽車的運行狀態進行科學檢測，記錄數值，包括側偏角大小、左輪與右輪的速度差、橫擺角速度等等，當實際數據與名義數據存在較大差距時，可通過模糊邏輯控制器計算出所需要控制的橫擺力矩，以此來改善汽車操縱的穩定性。

六、車輛動力學模型的建立

在進行智能汽車動力學系統的測試之前，建立精確度高的動力學模型十分必要。動力學模型普遍采用的是兩輪的模型參數，它可以比較全面的考慮車輛的運動控制。在動力學控制系統研究中，兩輪模型的應用最為普遍。科研人員在此模型基礎上，還進一步開發了例如側偏角估算法等算量和參數。在測試汽車動力學體統時，兩輪模型的應用較為廣泛，但在分析方針環節時，四輪多自由度汽車仿真模型則更適用。

七、車輛動力學系統的控制策略

車輛的動力性能對于車輛的行駛安全具有極為重要的作用，當汽車行駛在路面上時，經常要進行轉向，為了確保行駛安全，進行車輛的動力學控制十分必要。上文中做過分析，橫擺力矩是影響車輛動力學穩定性的直接因素，所以可以通過控制以下兩個方面，來進行動力學的控制：

第一個方面是，通過減小車輛驅動力的方式，使輪胎側向附著力增大，這樣一來就可以有效提升車輛對于外界側向力的抵抗能力。

另一個方面是，通過加大車輛的橫擺力矩，借助方向盤的轉角控制、驅動力和制動力的控制，使車輛行駛的穩定性增強。驅動力控制是指通過減小驅動力的方式，使得側向力潛能得以提升，這種控制只能在驅動條件下應用，而且控制效果一般，并不是十分明顯。制動力控制分為兩種情況，第一種是在驅動條件下，給驅動輪施加適當的制動力，另外一種情況是在制動條件下，減小制動力。相比于驅動力控制，制動力的應用潛能更為巨大，應用范圍也更廣泛。

寶馬、捷豹等汽車公司將汽車動力學控制系統稱之為汽車動力學穩定控制，也就是DSC。該系統在保證車輛橫向穩定性方面發揮了重要作用，當車輛發生轉向不足或過度時，汽車的轉角傳感器、輪速傳感器等會向系統發出信號，此時，系統會通過控制車輪進行制動，使汽車在變換車道或是過彎時能夠更加平穩而安全。

結語

加強在汽車動力學控制系統的研究，對于提高我國在人工智能、電機控制等領域的技術水平具有重要意義，極大地提高我國智能汽車的發展速度。同時，智能汽車的不斷發展，可以有效改善城市交通擁堵、交通事故頻發等問題，在未來智能交通的發展中發揮重要作用。

參考文獻

[1]龍志軍.智能汽車及智能汽車控制系統的研究[J].當代農機，2015（12）：67-69.

[2李躍鋒.淺議智能汽車技術及汽車動力學控制系統[J].民營科技，2016（8）：26-26.