基于汽車底盤集成控制與最新技術(shù)的探析

鞏梅

鄭州交通技師學(xué)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(jìn)入了千家萬戶，汽車底盤是組成汽車的重要構(gòu)件，可以依據(jù)駕駛?cè)藛T的操作進(jìn)行加減速、轉(zhuǎn)向等運(yùn)動(dòng)。而汽車底盤的集成控制成為了目前其發(fā)展的主要趨勢(shì)，主要體現(xiàn)在底盤集成控制對(duì)象、底盤集成控制策略、底盤集成控制網(wǎng)絡(luò)和重構(gòu)控制技術(shù)上。一個(gè)好的汽車底盤集成控制技術(shù)對(duì)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(shù)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(dòng)系統(tǒng)（BBW）、汽車懸架控制系統(tǒng)（ADC、ARC等）、汽車轉(zhuǎn)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(shù)。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(dòng)前輪轉(zhuǎn)向（AFS）等，這些汽車底盤集成控制系統(tǒng)的問世，對(duì)于推動(dòng)汽車工業(yè)的智能化起到了關(guān)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(dòng)力學(xué)管理系統(tǒng)VDM，該系統(tǒng)是在車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)VDC 的基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)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(dòng)、轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)分析

就目前的技術(shù)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(diào)控制兩種。

1.1 集中控制

集中控制就是使用一個(gè)可以將傳感器和網(wǎng)絡(luò)資源等信息匯集的控制系統(tǒng)，通過單一的運(yùn)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(jìn)了傳統(tǒng)上，汽車各系統(tǒng)獨(dú)自進(jìn)行操作的形式。經(jīng)過實(shí)踐研究，集中控制系統(tǒng)可以起到更好的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等功能，減少了駕駛員的操作行為，達(dá)到了集成化的要求。

1.2 協(xié)調(diào)控制

協(xié)調(diào)控制主要是在集中控制的基礎(chǔ)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(dǎo)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(dú)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(gè)發(fā)展方向。協(xié)調(diào)控制的功能是介乎集中控制和各系統(tǒng)獨(dú)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(shì)，通過協(xié)調(diào)器將不同的系統(tǒng)功能進(jìn)行整合。協(xié)調(diào)控制器接收汽車實(shí)時(shí)的運(yùn)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(diào)控制的核心是如何將總的控制任務(wù)合理分配到各個(gè)子系統(tǒng)中，研究工作也主要圍繞分配原則的設(shè)計(jì)展開。

2 汽車底盤擬解決的關(guān)鍵技術(shù)分析

汽車底盤集成控制技術(shù)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(guān)鍵因素。就目前而言，汽車底盤的研究處于一個(gè)瓶頸階段，集成度和操作性都難以在短期內(nèi)進(jìn)行提升。完全實(shí)現(xiàn)汽車底盤集成控制，需要在以下三個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)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(yīng)的增加，造成汽車在生產(chǎn)過程中的困難，同時(shí)也會(huì)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(zhuǎn)向盤、加速度、輪速、油壓等方面的傳感器。在目前的技術(shù)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(dá)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(dá)到數(shù)據(jù)融合的目的，這樣對(duì)于提高傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(duì)當(dāng)前的車況做出合理的評(píng)估，最終幫助駕駛者做出正確的決策。

2.2 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在目前汽車制造信息化水平越來越高的背景下，對(duì)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?；诖耍嚳臻g中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。Lin 總線、CAN總線技術(shù)等技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了汽車集成控制之中。在今后的汽車制造中，一個(gè)多層次的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)將會(huì)應(yīng)用到其中，這些平臺(tái)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(zhǔn)確性、容量以及故障處理等問題都是亟需解決的技術(shù)難題。

2.3 集成控制結(jié)構(gòu)和算法

在目前的汽車底盤集成化設(shè)計(jì)中，模型匹配控制、滑?？刂啤⒛：刂坪涂刂品峙涞认冗M(jìn)的技術(shù)應(yīng)用其中，這些先進(jìn)的技術(shù)有些還不是特別成熟。未來的汽車的發(fā)展會(huì)是非線性的控制結(jié)構(gòu)，使用有最佳性能和較高魯棒性的算法，同時(shí)還要保證汽車底盤集成控制結(jié)構(gòu)與算法的同步性，保證集成控制的穩(wěn)定輸出和實(shí)時(shí)監(jiān)控的能力。

3 汽車底盤集成控制最新技術(shù)探析

3.1 全電路制動(dòng)系統(tǒng)（BBW）

全電路制動(dòng)系統(tǒng)是一種新型的制動(dòng)操作系統(tǒng)，其采用的是嵌入式的總線控制技術(shù)，全電路制動(dòng)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(jìn)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(dá)到精確制動(dòng)的效果，大大的提高汽車運(yùn)行過程中的安全性。全電路制動(dòng)系統(tǒng)主要是以電力作為資源，構(gòu)造做法簡(jiǎn)單，非常便于其與汽車的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行鏈接和集成，對(duì)于模塊化的汽車制造表現(xiàn)出很好的適用性。全電路制動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

3.2 后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（RWS）

后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要對(duì)于汽車后輪的橫拉桿起到作用，通過對(duì)其側(cè)向運(yùn)動(dòng)的影響讓汽車順利完成轉(zhuǎn)向。后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的集成控制結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的區(qū)別主要在于其后輪的橫拉桿是否由同一個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。整體式的結(jié)構(gòu)只要一個(gè)位移傳感器就可以實(shí)現(xiàn)后輪的順利轉(zhuǎn)向角。而分離式的結(jié)構(gòu)則必須需要兩個(gè)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(zhuǎn)向系統(tǒng)因?yàn)槠浜?jiǎn)單的構(gòu)造，是目前研發(fā)和應(yīng)用的一個(gè)主要方向。為了提高后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性，在結(jié)構(gòu)中，安裝了轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向是可以被鎖定的，最大限度的保障了汽車運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

圖1 全電路制動(dòng)系統(tǒng)示意圖

3.3 車輪懸架控制系統(tǒng)

主動(dòng)懸架阻尼器控制系統(tǒng)（ADC）由電子控制單元、CAN、4個(gè)車輪垂直加速度傳感器、4個(gè)車身垂直加速度傳感器和4個(gè)阻尼器比例閥組成。電子控制系統(tǒng)在這個(gè)結(jié)構(gòu)中起到了關(guān)鍵的作用，其可以根據(jù)傳感器反饋的信號(hào)，及時(shí)的調(diào)整懸架的阻尼系數(shù)，這樣就可以聯(lián)合的對(duì)汽車的運(yùn)行高度進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整。在汽車各種不同路況、車況中，總能保持在當(dāng)前狀態(tài)下最優(yōu)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能和舒適性，提高駕駛者的駕駛體驗(yàn)感。

4 綜合線控技術(shù)

綜合線控技術(shù)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(hào)替代以前由機(jī)械控制傳動(dòng)。這不僅是傳動(dòng)系統(tǒng)的變革，這對(duì)于汽車運(yùn)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(jī)械設(shè)計(jì)理念。綜合線控技術(shù)將汽車的操作方式進(jìn)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(luò)覆蓋，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的將汽車的運(yùn)行狀況反饋到控制單元。而且綜合線控技術(shù)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(shù)進(jìn)行基本的操作，就如ABS系統(tǒng)一樣，在其發(fā)生故障時(shí)，仍能具備剎車輔助的功能。綜合線控技術(shù)要求汽車必須具備網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)輸出的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，這是高技術(shù)發(fā)展的必要前提條件。

5 結(jié)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(shù)分析了目前汽車底盤集成控制技術(shù)升級(jí)所需要解決的三個(gè)關(guān)鍵問題，最后介紹了目前汽車底盤集成控制的最新技術(shù)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(guān)鍵的就是汽車底盤技術(shù)的提升，在信息化程度越來越高今天，汽車底盤技術(shù)只有集合更多的網(wǎng)絡(luò)共享資源和先進(jìn)的控制設(shè)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。