面向主動安全的汽車底盤集成控制策略

關鍵詞：汽車底盤；集成控制；主動安全；控制策略

0 前言

在汽車工程領域，提升車輛的主動安全性成為了當今技術研究的重要方向。作為汽車底盤的核心組成部分，底盤控制在保障駕駛者及乘客安全方面有著十分重要的作用。隨著智能化技術的迅速發展，人們越來越關注如何通過集成創新的底盤控制策略，在復雜駕駛場景下實施精準干預，以提升駕駛安全和車輛性能。

汽車底盤作為車輛的重要組成部分，是連接車輛車身和路面的關鍵結構。汽車底盤由底盤懸掛系統、制動系統、動力系統等多個子系統組成，在車輛的穩定性、操控性及安全性能方面發揮著至關重要的作用。底盤在汽車工程中被賦予了使命，即在不同駕駛環境和路況下，保持車輛的穩定性，提供駕駛者所需的操控感受，同時確保行駛安全［1］。

通過深入理解底盤系統的工作原理和相互關系，設計不同駕駛場景的智能控制策略，不僅可以提高車輛的操控穩定性、安全性和駕駛樂趣，還可以為汽車行業的發展注入新的活力。這將進一步促進汽車技術的創新和進步，助力推動汽車主動安全性能的高水平發展。

1 主動安全系統在汽車底盤控制中的應用

主動安全系統作為現代汽車安全技術的重要組成部分，在汽車底盤控制中發揮著關鍵作用。通過將主動安全技術與底盤控制策略相融合，可以對車輛行為進行實時監測和智能干預，提高駕駛安全性。

主動安全系統在底盤控制中主要有以下2 項應用：① 基于傳感器數據和車輛狀態信息，主動安全系統能夠準確判斷車輛當前的駕駛狀態和環境條件。例如，系統通過車速、轉向角度、側傾角等參數，能夠分析出車輛是否存在側滑、失控等潛在的危險情況。② 主動安全系統能夠實施智能干預。通過控制制動力分配、懸掛剛度調整等手段，及時糾正車輛的不穩定行為，確保駕駛者的安全［2］。例如，制動系統可以通過緊急制動分配來避免車輪鎖死，保持車輛的操控性。懸掛系統可以根據路況實時調整懸掛剛度，提供更好的懸掛性能，降低車輛的顛簸感，保證車輛的舒適性。

2 現有控制策略存在的問題和局限性

2. 1 傳統底盤控制策略

傳統底盤控制策略主要包括防抱死制動系統（ABS）、電子穩定程序（ESP）等。其中，ABS 通過在緊急制動時控制制動器來避免車輪鎖死，保持操控性；ESP 則通過傳感器監測車輛各方面狀態，主動調整制動力分配和動力輸出，提升車輛穩定性。

2. 2 現有主動安全系統的局限性

盡管現有主動安全系統在汽車底盤控制中發揮了一定作用，但仍存在一些局限性。一方面，現有主動安全系統往往局限于單一的控制目標，難以綜合考慮多個底盤系統的協同工作，因此在復雜駕駛情況下控制效果不佳；另一方面，現有主動安全系統的響應時間可能會受到限制，系統無法在極短時間內做出智能干預，影響駕駛安全。此外，現有主動安全系統在特定環境或路況下可能發生誤判，系統進行錯誤的控制動作，進一步加大了駕駛風險。為了解決這些局限性，就需要研發更加先進、智能化的底盤控制策略，以提升駕駛安全性能。

3 面向主動安全的底盤集成控制策略研究

3. 1 傳感器數據融合

3. 1. 1 不同傳感器數據的融合方法

慣性測量單元（IMU）、攝像頭和雷達等傳感器能夠提供多樣化信息，如果再結合融合方法，數據的準確性將得到進一步提高。例如，通過擴展卡爾曼濾波（EKF）算法，再融合IMU 和攝像頭數據，能夠實現車輛位置、速度的高精度估計。在實際駕駛中，如果融合雷達數據，那么當車輛在高速行駛中遇到緊急情況時就可以精準掌握前方障礙物距離和速度，為緊急制動策略提供準確的數據輸入。因此，運用不同傳感器數據的融合方法是提升底盤集成控制策略精度和可靠性的重要途徑。

3. 1. 2 數據融合對底盤控制的影響

通過綜合不同傳感器的信息，底盤控制系統可以更準確地感知車輛狀態和周圍環境，從而實現更智能化的干預［3］。例如，將攝像頭和激光雷達的數據融合，車輛行駛可以在城市交通中實現精準的車道保持和避障，提升城市駕駛的安全性和流暢性。

當車輛行駛在低摩擦路面上，在綜合車速、轉向角等數據后，系統可以更好地調整制動力分配，防止車輛側滑和失控。

3. 2 底盤系統的動態調整

3. 2. 1 底盤參數的在線調整方法

基于實時數據采集和分析，底盤參數可以通過多種方法來進行動態調整，使車輛適應不同駕駛環境和路況。智能電驅動底盤平臺是底盤智能化的關鍵技術，智能電驅動底盤平臺包括中央控制器、電動助力轉向（EPS）系統、車道保持系統（LKS）、自動變道輔助（LCA）系統、智能電池傳感器（IBS）系統等，如圖1 所示。智能電驅動底盤中央控制器集成了電子穩定控制系統（ESC）、自適應巡航（ACC）系統、自動緊急剎車（AEB）系統、自適應巡航控制（CACC）系統和設備監視（PMC）系統等。

當車輛在濕滑路面上行駛時，底盤系統可以通過實時監測車輪的滑動情況，自動調整制動力分配，防止車輪鎖死或側滑。當車輛進入高速行駛狀態，底盤系統可以通過感知車速和懸掛狀態自動調整懸掛剛度，提供更好的穩定性和乘坐舒適性。根據實時數據，系統可以根據車輛狀態的變化，及時合理調整底盤參數，為駕駛者提供更加安全和舒適的駕駛體驗。綜合數據驅動的方法，底盤系統可以在不同條件下實現最佳的性能平衡，為主動安全性能的提升提供有力支持。

3. 2. 2 動態調整對底盤控制的優化效果

通過實時監測車輛狀態和環境變化，系統能夠根據數據驅動的調整，實現更精準、適應性更強的底盤控制。例如：在緊急避險情況下，底盤系統可以根據實時傳感器數據，快速調整制動力分配和懸掛剛度，使車輛保持穩定并避免失控；在不同路況下，動態調整能夠優化車輛的懸掛性能，提供更舒適的駕駛體驗。

在實際駕駛測試中，當車輛在濕滑路面急剎車時，系統根據實時傳感器數據，實現制動力的快速分配調整，避免了車輪鎖死，確保了駕駛的操控性和安全性。這突顯了動態調整在提升底盤控制效能、降低事故風險方面的重要作用，為汽車主動安全性能的提升提供了關鍵的技術支持。

3. 3 主動干預控制

3. 3. 1 底盤控制策略的主動干預方法

底盤控制策略的主動干預方法是指通過智能控制系統及時對車輛行為進行干預，以提高駕駛安全性。例如，當車輛出現失控趨勢時，系統可以根據傳感器數據，主動調整制動力分配和轉向角度，糾正車輛的方向，防止失控［4］。在實際駕駛場景中，主動干預控制方法可以實現迅速應對，由此可見，數據驅動的決策為駕駛者創造了更可靠的駕駛環境。

3. 3. 2 后輪轉向系統

在主動干預控制中，加裝后輪轉向系統是有效提高駕駛安全性的關鍵，如圖2 所示。該系統通過智能控制后輪的轉向角度，使車輛在高速和低速行駛時的操控更靈活。例如：在低速轉彎時，適度的后輪轉向可以縮小轉彎半徑，增加操控性；而在高速行駛時，后輪逆向轉向能夠提升穩定性。經過試驗驗證，后輪轉向系統能夠在不同駕駛情況下提升操控性和安全性，為主動干預控制的未來發展提供了有力支持。

4 未來的發展方向和挑戰

4. 1 智能化技術在底盤控制中的應用

借助先進傳感器與數據分析，智能化系統能實時感知車輛狀態和道路狀況，從而實現精準駕駛干預。例如，結合車速、轉向角等數據，智能化底盤控制可實時調整制動力分配，提升車輛穩定性。已有試驗結果表明，智能化技術在實際道路情境中能夠顯著提升駕駛安全性，在底盤控制領域擁有廣闊的發展前景［5］。

4. 2 復雜駕駛場景下的底盤控制

未來，應重點研究復雜駕駛場景下的底盤控制。如果自動駕駛與復雜路況相結合，智能底盤控制則需要應對多變的道路、天氣和交通狀況。通過整合高級感知技術和智能決策算法，底盤控制可以適應城市擁堵、惡劣天氣等復雜環境，保障駕駛安全。已有研究表明，在交通流密集的城市道路上，智能底盤控制能夠優化車輛穩定性與行駛效率，在復雜場景下凸顯出巨大潛力［6］。

4. 3 安全性與車輛性能之間的平衡

未來的研究關注點也可放在如何在安全性與車輛性能之間尋求平衡。在強調駕駛安全的同時，也應看到過于保守的底盤控制可能影響車輛性能和駕駛體驗。因此，應著重研究開發智能化策略，在確保安全的同時最大限度地保持車輛的操控穩定性和駕駛樂趣。通過數據驅動方法研究證明，在高速駕駛與緊急情況下，如果能夠平衡車輛性能與安全性，就可以提升車輛的整體性能，這也為未來底盤控制的發展指明了方向。

5 結語

綜上所述，研究主動安全的底盤集成控制策略具有重要意義。通過傳感器數據融合、底盤參數的動態調整，以及智能化技術在主動干預控制中的應用，可以實現更精準、適應性更強的底盤控制，為駕駛者提供更高水平的安全性能。當然，未來的發展還需要關注在復雜駕駛場景下的挑戰，以及安全性與車輛性能之間的平衡。通過持續的研究和努力，汽車底盤控制技術的不斷推進創新，可以為駕駛者創造更安全、舒適的出行環境。