車輛SAS 與EPS 集成控制研究概述

謝黎明，張麗萍

（遼寧工業大學 汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

1 研究背景及意義

控制技術在汽車上得以應用是在上個世紀70 年代，其目的是為了使燃油經濟性滿足法規中對排放的限制。從那時起，控制技術開始廣泛應用于汽車。伴隨著現代汽車技術的高速發展,人們對汽車的行駛平順性和操縱穩定性的要求也隨之提高。轉向穩定性與轉向和懸架系統密切相關，乘坐舒適性與懸架系統密切相關。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之間的協調。為了進一步提高乘坐舒適性和行駛穩定性，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的熱點[1]。

在汽車的底盤系統中，如果任意一個子系統變得可控，這些子系統將對汽車的性能產生非常大的影響。當多個可控子系統共存時，一定存在彼此協調的問題，并且整體車輛性能的提高取決于每個子系統的協調。但是，當每個子系統針對不同的性能指標進行優化時，控制子系統的簡單疊加不能實現良好的整體性能。另一方面，如果可以實現子系統之間的硬件，能量和信息的共享，則可以提高系統的管理效率，從而改善車輛的性能。電控集成底盤系統中有許多重要部件，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計技術的發展，并在汽車電子技術知識的自主創新上，提高汽車產品的國際競爭力。具有十分重要的意義。這是一項以緊跟現代汽車發展為主題的科學和技術問題[2]。

2 集成控制發展趨勢

隨著汽車產業不斷的發展與進步，中國的汽車底盤集成控制技術也有了很大的提高，但與國外相比仍處于發展階段。并且在1987 年國外就將底盤集成控制應用在了汽車上。其中，日本的T.Y.shimura 和Y.Emoto 教授建立轉向工況下的汽車動力學模型，并且將懸架與轉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，所以其必將成為現在及以后汽車行業主要的研究內容[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最佳性能，將圖中球的直徑放大，相應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 變為聯合控制（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大于向量之和的性能。因此，考慮子系統之間的交互，避免子系統之間的沖突，合理控制通過資源和數據共享協調工作的子系統。使之能夠達到汽車綜合性能的最優化，成為當前汽車動力學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

通過組合現有子控制系統的傳感器和執行器來實現汽車集成控制，以實現更好的安全性、舒適性和操縱穩定性。汽車集成控制系統分為以下幾種[5]。

4.1 并行式控制結構

對于車輛的各個子系統的聯合控制，其優點在于傳感器和執行器的集成以及信息之間的共享。

4.2 集中式控制結構

通過全局多目標優化算法統一控制所有信息并統一控制所有子系統執行器。

4.3 分層式控制結構

將下層控制器調整為可以實現子系統的最優功能，上層協調控制器根據子系統之間的相互關系，來完成對下層控制器的控制。

5 結語

如果可以實現子系統之間的硬件、能源和信息共享，則可以提高系統的管理效率。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計技術的發展，對于提高我國汽車產品的國際競爭力具有十分重要的意義。