基于汽車底盤集成控制與最新技術的探析

鞏梅

鄭州交通技師學院 河南省鄭州市 450016

隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車已經(jīng)進入了千家萬戶，汽車底盤是組成汽車的重要構件，可以依據(jù)駕駛人員的操作進行加減速、轉向等運動。而汽車底盤的集成控制成為了目前其發(fā)展的主要趨勢，主要體現(xiàn)在底盤集成控制對象、底盤集成控制策略、底盤集成控制網(wǎng)絡和重構控制技術上。一個好的汽車底盤集成控制技術對于汽車駕駛的安全穩(wěn)定性和舒適性都有較好的提升，因此，汽車底盤集成控制技術成為了目前科研的主要方向。汽車底盤集成控制系統(tǒng)一般包括全電路制動系統(tǒng)（BBW）、汽車懸架控制系統(tǒng)（ADC、ARC等）、汽車轉向控制系統(tǒng)（RWS、ESPⅡ等）等，以及目前正在研發(fā)的各種汽車底盤線控技術。自1980年代以來，汽車科研人員研制了非常多的汽車底盤集成控制系統(tǒng)，如防抱死系統(tǒng)（ABS）、電子穩(wěn)定程序（ESP）、主動前輪轉向（AFS）等，這些汽車底盤集成控制系統(tǒng)的問世，對于推動汽車工業(yè)的智能化起到了關鍵作用，如今的汽車底盤集成控制系統(tǒng)正在向著集成化、智能化、信息化的方向快速的發(fā)展。

日本作為較早研究底盤集成控制系統(tǒng)的國家之一，在1987年研制的日產(chǎn)ARC—X車上就有了集成控制系統(tǒng)。博世公司正在開發(fā)車輛動力學管理系統(tǒng)VDM，該系統(tǒng)是在車輛動力學控制系統(tǒng)VDC 的基礎上增加了轉向和懸架控制系統(tǒng)，通過控制策略將所需的橫擺力矩合理分配到制動、轉向和懸架控制系統(tǒng)中。同樣德爾福公司開發(fā)了類似的統(tǒng)一底盤控制系統(tǒng)UCC。

1 汽車底盤集成控制結構分析

就目前的技術發(fā)展，可以將汽車底盤的集成控制分為集中控制和協(xié)調控制兩種。

1.1 集中控制

集中控制就是使用一個可以將傳感器和網(wǎng)絡資源等信息匯集的控制系統(tǒng)，通過單一的運算，完成汽車系統(tǒng)的整體優(yōu)化功能。集中控制的集成度比較高，改進了傳統(tǒng)上，汽車各系統(tǒng)獨自進行操作的形式。經(jīng)過實踐研究，集中控制系統(tǒng)可以起到更好的制動、轉向等功能，減少了駕駛員的操作行為，達到了集成化的要求。

1.2 協(xié)調控制

協(xié)調控制主要是在集中控制的基礎上完善的，集中控制存在其自身的問題，因其集成了各系統(tǒng)的控制要求，這就導致系統(tǒng)的靈活性受到影響，也比較容易受到外界的干擾。因此，各系統(tǒng)的獨立優(yōu)化和資源開發(fā)為汽車底盤的集成控制提供了一個發(fā)展方向。協(xié)調控制的功能是介乎集中控制和各系統(tǒng)獨立控制之間的一種控制模式。該系統(tǒng)可以最大限度的發(fā)揮各系統(tǒng)模塊的控制優(yōu)勢，通過協(xié)調器將不同的系統(tǒng)功能進行整合。協(xié)調控制器接收汽車實時的運行狀態(tài)和駕駛員的操作意圖，將控制命令分解到中間層，再由中間層發(fā)布到各系統(tǒng)之中。協(xié)調控制的核心是如何將總的控制任務合理分配到各個子系統(tǒng)中，研究工作也主要圍繞分配原則的設計展開。

2 汽車底盤擬解決的關鍵技術分析

汽車底盤集成控制技術決定了未來汽車的發(fā)展方向，是汽車向著集成化、智能化發(fā)展的關鍵因素。就目前而言，汽車底盤的研究處于一個瓶頸階段，集成度和操作性都難以在短期內進行提升。完全實現(xiàn)汽車底盤集成控制，需要在以下三個方面進行技術突破：

2.1 傳感器共享

目前，汽車底盤的控制系統(tǒng)逐漸的增多，這樣不同系統(tǒng)傳感器的數(shù)量也相應的增加，造成汽車在生產(chǎn)過程中的困難，同時也會使得汽車的制造成本較大幅度的上升。汽車底盤中使用的傳感器主要有轉向盤、加速度、輪速、油壓等方面的傳感器。在目前的技術背景下，很多的系統(tǒng)中使用了相同性能的傳感器，這些完全是可以通過汽車底盤的集成控制，達到資源共享，使得傳感器的數(shù)量大大的減少，降低智能化汽車的制造成本。另外，傳感器數(shù)據(jù)共享的研究也可以達到數(shù)據(jù)融合的目的，這樣對于提高傳感器數(shù)據(jù)的準確性具有很大的幫助，傳感器數(shù)據(jù)的綜合分析，可以使得汽車底盤的集成控制系統(tǒng)對當前的車況做出合理的評估，最終幫助駕駛者做出正確的決策。

2.2 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡技術

在目前汽車制造信息化水平越來越高的背景下，對于汽車底盤集成控制的數(shù)據(jù)處理要求也是十分苛刻的，傳統(tǒng)的單一的數(shù)據(jù)處理方式早已不能滿足功能需求更多的汽車要求。基于此，汽車空間中的網(wǎng)絡技術得到了快速的發(fā)展。Lin 總線、CAN總線技術等技術已經(jīng)應用到了汽車集成控制之中。在今后的汽車制造中，一個多層次的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡平臺將會應用到其中，這些平臺可以讓汽車在安全駕駛、制造成本等方面得到大大的提升。目前，網(wǎng)路系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準確性、容量以及故障處理等問題都是亟需解決的技術難題。

2.3 集成控制結構和算法

在目前的汽車底盤集成化設計中，模型匹配控制、滑模控制、模糊控制和控制分配等先進的技術應用其中，這些先進的技術有些還不是特別成熟。未來的汽車的發(fā)展會是非線性的控制結構，使用有最佳性能和較高魯棒性的算法，同時還要保證汽車底盤集成控制結構與算法的同步性，保證集成控制的穩(wěn)定輸出和實時監(jiān)控的能力。

3 汽車底盤集成控制最新技術探析

3.1 全電路制動系統(tǒng)（BBW）

全電路制動系統(tǒng)是一種新型的制動操作系統(tǒng)，其采用的是嵌入式的總線控制技術，全電路制動系統(tǒng)起到的作用不是單一的，可以與ABS、TCS、ESP、ACC等主要的汽車安全控制系統(tǒng)進行同步，體現(xiàn)了系統(tǒng)控制的集成化。通過電子控制器，可以達到精確制動的效果，大大的提高汽車運行過程中的安全性。全電路制動系統(tǒng)主要是以電力作為資源，構造做法簡單，非常便于其與汽車的主要結構進行鏈接和集成，對于模塊化的汽車制造表現(xiàn)出很好的適用性。全電路制動系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

3.2 后輪轉向系統(tǒng)（RWS）

后輪轉向系統(tǒng)主要對于汽車后輪的橫拉桿起到作用，通過對其側向運動的影響讓汽車順利完成轉向。后輪轉向系統(tǒng)的集成控制結構由傳感器、控制單元和執(zhí)行層組成，其根據(jù)作用形式不同可以分為整體式和分離式兩種。這兩種執(zhí)行層結構的區(qū)別主要在于其后輪的橫拉桿是否由同一個控制系統(tǒng)進行調節(jié)。整體式的結構只要一個位移傳感器就可以實現(xiàn)后輪的順利轉向角。而分離式的結構則必須需要兩個或者更多的位移傳感器才能完成這樣的功能。就目前而言，整體式的后輪轉向系統(tǒng)因為其簡單的構造，是目前研發(fā)和應用的一個主要方向。為了提高后輪轉向系統(tǒng)的安全性，在結構中，安裝了轉角傳感器和位移傳感器，這就保障了汽車在故障的情況下，其后輪的轉向是可以被鎖定的，最大限度的保障了汽車運行的安全穩(wěn)定性。

圖1 全電路制動系統(tǒng)示意圖

3.3 車輪懸架控制系統(tǒng)

主動懸架阻尼器控制系統(tǒng)（ADC）由電子控制單元、CAN、4個車輪垂直加速度傳感器、4個車身垂直加速度傳感器和4個阻尼器比例閥組成。電子控制系統(tǒng)在這個結構中起到了關鍵的作用，其可以根據(jù)傳感器反饋的信號，及時的調整懸架的阻尼系數(shù)，這樣就可以聯(lián)合的對汽車的運行高度進行實時的調整。在汽車各種不同路況、車況中，總能保持在當前狀態(tài)下最優(yōu)的運轉性能和舒適性，提高駕駛者的駕駛體驗感。

4 綜合線控技術

綜合線控技術的創(chuàng)新可以使得汽車朝著更為智能化的方向發(fā)展，其可以使用電子信號替代以前由機械控制傳動。這不僅是傳動系統(tǒng)的變革，這對于汽車運行的穩(wěn)定性和安全性都有很好的幫助，符合目前最新的機械設計理念。綜合線控技術將汽車的操作方式進行革新，體現(xiàn)了新的電氣化控制思路。但是全面的線控集成需要汽車具備良好且穩(wěn)定的網(wǎng)絡覆蓋，能夠及時準確的將汽車的運行狀況反饋到控制單元。而且綜合線控技術要求功能的多樣性，包括汽車在出現(xiàn)故障的情形下，依然可以使用線控技術進行基本的操作，就如ABS系統(tǒng)一樣，在其發(fā)生故障時，仍能具備剎車輔助的功能。綜合線控技術要求汽車必須具備網(wǎng)絡數(shù)據(jù)輸出的穩(wěn)定性和實時性，這是高技術發(fā)展的必要前提條件。

5 結語

本文首先介紹了汽車底盤集成控制的主要形式，然后通過技術分析了目前汽車底盤集成控制技術升級所需要解決的三個關鍵問題，最后介紹了目前汽車底盤集成控制的最新技術發(fā)展。汽車制造正朝著電子化、智能化的方向發(fā)展，這其中最為關鍵的就是汽車底盤技術的提升，在信息化程度越來越高今天，汽車底盤技術只有集合更多的網(wǎng)絡共享資源和先進的控制設備模塊，才能在成本、智能化、安全穩(wěn)定性等方面得到快速的發(fā)展。