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)實際情況的基礎(chǔ)上，有針對性的詳細的概述了線控汽車底盤控制技術(shù)相關(guān)方面。對那部分影響線控汽車發(fā)展的關(guān)健技術(shù)進行綜合分析。在分析全線控汽車的基礎(chǔ)上，有針對性的提出了分層式集成控制系統(tǒng)框架的構(gòu)建，進一步完成框架內(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)展實際情況

國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。在二十世紀五十～六十年代，很多研發(fā)公司就想要將原有的機械連接轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向車輪之間用的控制信號，上述就是提到的早期線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原型。在1990年，德國奔馳公司開始在分析實際技術(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概念車的以下幾個部分使用：轉(zhuǎn)向、制動、懸架、車身控制等。電子驅(qū)動概念車R129由德國克萊斯勒開發(fā)，概念車R129實現(xiàn)了完全使用操縱桿控制，其脫離了加速踏板、制動踏板、轉(zhuǎn)向盤的設(shè)置，完成了線控驅(qū)動（Drive-by-wire）技術(shù)。BMW Z22概念車由德國寶馬汽車公司開發(fā)，其主要使用以下幾種技術(shù)：線控換擋技術(shù)、線控制動技術(shù)（Brake-by-wire）、線控驅(qū)動（Drive-by-wire）技術(shù)[ 1 ]。對線控汽車的研究中國還處于一個初級階段，主要是因為其起步非常的晚，相比國外來說差的距離較大。

在實際工作中，中國各高校研究線控系統(tǒng)還是相對比較早的，但是其大部分是針對線控系統(tǒng)理論的。同濟大學(xué)在2004年期間于上海國際工業(yè)博覽會完成了四輪獨立驅(qū)動微型電動車春暉三號的展示，其配備線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[ 2 ]。詳細如下圖所示：

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械連接需要，車輪轉(zhuǎn)向由電信號來有效的控制，可以完成汽車轉(zhuǎn)向系角傳遞特性的實現(xiàn)，同時可以完成汽車轉(zhuǎn)向系力傳遞特性的實現(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，還是按照實際情況的需要適當?shù)耐瓿闪朔较虮P組件的保留。

因為線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實現(xiàn)，促使機械連接顯得多余，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，最后使用該項系統(tǒng)之后，轉(zhuǎn)化成為電或液壓驅(qū)動系統(tǒng)來完成方向的控制。

在實際工作中，我們重視系統(tǒng)的安全性，所以一部分線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會擁有兩套驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)中的一套驅(qū)動系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)問題的時候就可以第一時間對其進行有效的處理干預(yù)，處理問題一般是選擇使用備份驅(qū)動系統(tǒng)，有利于為汽車基本轉(zhuǎn)向功能提供切實的保障。如果是四輪的獨立型的轉(zhuǎn)向電動車，那么我們可以在分析其實際性能的基礎(chǔ)上使用四個轉(zhuǎn)向電機，實現(xiàn)各個車輪轉(zhuǎn)向的獨立控制。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制主要包括以下幾個部分的內(nèi)容：路感模擬控制、主動轉(zhuǎn)向控制等，線控系統(tǒng)共性問題包括容錯控制策略[ 4 ]。詳細分析如下：

1）路感模擬控制分析。因為取消了機械連接，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要模擬生成路感。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實質(zhì)上指的就是方向盤力感，這對于駕駛汽車的駕駛?cè)藖碚f是非常重要的一個信息來源，通過信息判斷做出正確的選擇。

路感反映的實際內(nèi)容包括以下幾個方面：首先是路面的實際變化情況，其次是汽車的實際運動狀態(tài)。主要在方向盤施加執(zhí)行機構(gòu)，主要有電動元件、彈簧元件等，執(zhí)行機構(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)生動力學(xué)原理的基礎(chǔ)上，完成設(shè)計計算。第二種方法是嚴重按照那部分傳統(tǒng)經(jīng)驗完成設(shè)計。

2）主動轉(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就是可以完成自由的設(shè)計，設(shè)計的內(nèi)容為轉(zhuǎn)向車輪到方向盤的轉(zhuǎn)向角傳動比大小。

目前來說，存在很多的系統(tǒng)主動轉(zhuǎn)向控制措施，同時也存在大量的設(shè)計方法，一般情況下，會按照汽車的穩(wěn)定性以及汽車的操縱性劃分主動轉(zhuǎn)向控制措施劃分為以下兩個部分：首先是制定相應(yīng)的主動轉(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）線控制動系統(tǒng)分析

線控制動系統(tǒng)包括很多個方面：電子機械制動系統(tǒng)（Electronic-mechanical brake）；電子駐車制動系統(tǒng)（Electronic porking brake）；電液線控制動系（Electro hydraulic brake）等[ 6 ]。目前，在寶馬E65已經(jīng)使用了電子駐車制動系統(tǒng)。完全線控制動系統(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系統(tǒng)。寶馬（BMW）中使用的是BMW跟傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)兩者之間出現(xiàn)的過渡產(chǎn)品。其可以實現(xiàn)各個輪缸壓力精確地獨立的控制，同時還具有系統(tǒng)響應(yīng)速度快等優(yōu)勢，可以促使車輛制動穩(wěn)定性得到有效的提升。

（三）線控驅(qū)動系統(tǒng)分析

線控驅(qū)動系統(tǒng)主要的構(gòu)成部分如下：驅(qū)動執(zhí)行器、加速踏板總成、驅(qū)動控制器等。在加速踏板踩下的時候，駕駛?cè)送ㄟ^踏板位置的傳感器將相應(yīng)的位置信號之后順利的完（下轉(zhuǎn)第18頁）（上接第16頁）成驅(qū)動控制器的傳送[ 7 ]。

1）傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車線控驅(qū)動控制。汽車動力學(xué)控制跟經(jīng)濟性控制的過程中，線控油門一般是在對節(jié)氣門的線控的基礎(chǔ)上實現(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，同時可以發(fā)揮驅(qū)動防滑的作用。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。嚴格按照各種行駛信息來使用發(fā)動機的空燃比進行精確調(diào)節(jié)，促使發(fā)動機燃燒狀況實現(xiàn)進一步的改善，促使汽車經(jīng)濟性以及動力性實現(xiàn)進一步的提升。2）多輪獨立驅(qū)動電動汽車線控驅(qū)動控制分析。隨著社會的發(fā)展，電機技術(shù)取得了進一步更新發(fā)展，車輛動力學(xué)也一樣，取得了非常顯著的成績，電動汽車逐漸趨向多個電機獨立驅(qū)動多個車輪。電機相比傳統(tǒng)形式的內(nèi)燃機來說，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。因為多輪的獨立的驅(qū)動電動汽車其每一個驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)矩都是獨立的，同時也是可以有效的控制控驅(qū)動控制分析。

隨著社會的發(fā)展，電機技術(shù)取得了進一步更新發(fā)展，車輛動力學(xué)也一樣，取得了非常顯著的成績，電動汽車逐漸趨向多個電機獨立驅(qū)動多個車輪。電機相比傳統(tǒng)形式的內(nèi)燃機來說，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。因為多輪的獨立的驅(qū)動電動汽車其每一個驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)矩都是獨立的，同時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)動力分配，驅(qū)動控制系統(tǒng)可以促使車輛的經(jīng)濟性以及穩(wěn)定性得到進一步的改善。目前，我國研究的重點為輪轂電機電動汽車驅(qū)動控制工作，也是四輪獨立驅(qū)動的有效研究。

三、結(jié)語

相當于傳統(tǒng)汽車在控制來說，線控汽車具有非常顯著的現(xiàn)實意義，同時還具備有效的優(yōu)勢，但是傳統(tǒng)汽車完成操縱控制的方法是使用機械系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)，這相對于線控技術(shù)來說非常的安全、穩(wěn)定以及成熟。跟飛機之間存在明顯的區(qū)別，汽車具有一個非常復(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方面的電氣部件來實現(xiàn)的：電機、傳感器、電池、信號線等。促使線控技術(shù)得到進一步的發(fā)展，促使線控系統(tǒng)逐漸取代傳統(tǒng)汽車各個系統(tǒng)，發(fā)揮非常顯著的現(xiàn)實意義，未來車輛的發(fā)展趨勢將會趨向線控底盤集成控制。同時汽車設(shè)計工作也會呈現(xiàn)本質(zhì)性的轉(zhuǎn)變。

參考文獻：

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作者簡介：

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