淺析汽車底盤協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)

田橙

摘 要：對(duì)于汽車底盤而言，只有不斷完善其子系統(tǒng)，才能充分增強(qiáng)其局部功能。而借助于電子控制技術(shù)能充分起到增強(qiáng)汽車底盤的作用。汽車本身屬于一個(gè)有機(jī)整體，各系統(tǒng)之間需要協(xié)調(diào)配合，才能實(shí)現(xiàn)集成化控制。因此，從控制系統(tǒng)入手，探討了如何實(shí)現(xiàn)良好的底盤模型設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：汽車；底盤；協(xié)調(diào)控制；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.118

現(xiàn)階段，汽車底盤的集成控制系統(tǒng)在不斷完善，也得到了有效擴(kuò)展。集成控制系統(tǒng)能有效控制整個(gè)車體，因此，只有不斷完善、優(yōu)化集成控制系統(tǒng)，才能使汽車的運(yùn)行更加穩(wěn)定、操控性更強(qiáng)，從而充分保障駕駛者的安全。

1 動(dòng)力系統(tǒng)模型

汽車底盤包含諸多子系統(tǒng)。在電子控制技術(shù)的作用下，汽車底盤的局部性能均獲得了有效提升。其中，ABS屬于單功能系統(tǒng)，較為典型。要想使汽車底盤的性能不斷提升，設(shè)計(jì)人員需要完善動(dòng)力模型的設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)不同子系統(tǒng)之間的聯(lián)系。現(xiàn)階段，汽車的電子系統(tǒng)逐步完善，通過有效構(gòu)建系統(tǒng)集成，動(dòng)力系統(tǒng)模型得到了充分的發(fā)展。底盤控制系統(tǒng)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

從動(dòng)力學(xué)方面考慮，對(duì)于行駛系統(tǒng)而言，要想不斷完善動(dòng)力模型，就要嚴(yán)格控制懸架和輪胎的設(shè)計(jì)。在汽車行駛的過程中，懸架和輪胎的平滑性、操作穩(wěn)定性將對(duì)駕駛者造成很大的影響。對(duì)于ASS系統(tǒng)而言，其本身具有不同的動(dòng)力模型，分別為二自由度和四自由度模型。目前，六自由度和八自由度模型已被開發(fā)出來。此外，對(duì)于懸架而言，應(yīng)具有良好的邏輯控制，并不斷提升其協(xié)調(diào)性。

2 控制器

汽車底盤的發(fā)展分為以下3個(gè)階段：①發(fā)展之初，汽車底盤只具備單控制功能；②汽車底盤的線控技術(shù)得到了有效發(fā)展；③近年來，集成控制系統(tǒng)得到了完善。

通過合理運(yùn)用MPC控制器和MIMO系統(tǒng)，能提升汽車底盤的穩(wěn)定性，但在協(xié)調(diào)性方面仍有所欠缺。而在監(jiān)督系統(tǒng)的作用下，能充分發(fā)揮協(xié)調(diào)機(jī)制的作用。對(duì)于AFS和DYC系統(tǒng)而言，二者需要高度的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。可通過目標(biāo)函數(shù)合理確定控制器的目標(biāo)函數(shù)、橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角、前輪附加轉(zhuǎn)角等。此外，只有完善權(quán)重系數(shù)，車輛才能保持較為良好的行駛狀態(tài)。

在不敏感控制量方面，需要加大懲罰系數(shù)，并有效解決反饋矩陣等方面的問題。只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)、有效的計(jì)算。如果車輛處于較為穩(wěn)定的行駛狀態(tài)，則在中央差速器的作用下，能實(shí)現(xiàn)有效的轉(zhuǎn)向控制，從而真正實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向補(bǔ)償。中央差速器的相關(guān)數(shù)值如表1所示。

3 主動(dòng)懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

主動(dòng)懸架系統(tǒng)在汽車行駛的過程中起著較為關(guān)鍵的作用。可從步動(dòng)電機(jī)、阻尼減震器、節(jié)流口液壓等方面改善主動(dòng)懸架系統(tǒng)。減震器阻尼能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，傳感器可記錄其變化，從而反映車體情況和路況，并通過相應(yīng)的消息路由器實(shí)現(xiàn)多種信息的有效融合，生成最終決策。此外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理設(shè)計(jì)步進(jìn)方向、步距角。

4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在直流電機(jī)的作用下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能提供充足的轉(zhuǎn)向助力，還能有效調(diào)整助力轉(zhuǎn)向方面的參數(shù)。通過運(yùn)用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可使駕駛者更加有效地控制車輛，并緩解其疲勞感。對(duì)于最終決策而言，可通過消息路由器將信息傳遞至懸架。

5 系統(tǒng)工況分析

5.1 勻速行駛工況

如果車輛保持勻速行駛，則轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)的控制作用均能有效實(shí)現(xiàn)。對(duì)于懸架而言，借助主動(dòng)控制器能提升車輛行駛的平順性。對(duì)于上層控制器而言，不需要協(xié)調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)。

5.2 階躍行駛工況

按照相關(guān)試驗(yàn)要求和規(guī)定，一旦車輛即將達(dá)到最高車速，或達(dá)到最高車速的70%，則通過階躍轉(zhuǎn)角能實(shí)現(xiàn)有效的協(xié)調(diào)控制作用。在控制性能指標(biāo)方面，通過協(xié)調(diào)控制，可有效控制車輛的垂直加速度。因此，通過科學(xué)、有效的協(xié)調(diào)控制，能充分改善汽車的性能。

5.3 緊急制動(dòng)工況

在緊急制動(dòng)工況下，一旦汽車的制動(dòng)出現(xiàn)問題，則可能引發(fā)較為嚴(yán)重的安全事故。因此，應(yīng)充分協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)，從而完善制動(dòng)系統(tǒng)的控制性能。

5.4 轉(zhuǎn)向制動(dòng)工況

在轉(zhuǎn)向制動(dòng)工況下，很難保障汽車的穩(wěn)定性。而在應(yīng)用轉(zhuǎn)向制動(dòng)系統(tǒng)的情況下，車身的垂直度、俯仰側(cè)傾方面的衰減較為明顯。由此可見，通過合理運(yùn)用轉(zhuǎn)向制動(dòng)系統(tǒng)，能有效提高汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的穩(wěn)定性。

6 結(jié)束語

本文從汽車的控制系統(tǒng)入手，探討了如何設(shè)計(jì)良好的動(dòng)力系統(tǒng)模型。對(duì)于汽車底盤而言，只有具備良好的集成控制系統(tǒng)，才能真正地將車體控制落實(shí)到位，車輛的行駛才能更加穩(wěn)定，車輛的操縱性才能得到增強(qiáng)，從而保障駕駛者的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]宗長富，陳國迎，梁赫奇，等.基于模型預(yù)測(cè)控制的汽車底盤協(xié)調(diào)控制策略[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011（2）.

[2]陳無畏，祝輝.基于狀態(tài)識(shí)別的整車操縱性和平順性的協(xié)調(diào)控制[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011（6）.

[3]汪洪波，陳無畏，楊柳青，等.基于博弈論和功能分配的汽車底盤系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2012（22）.

[4]劉顯貴，陳無畏，羅善明，等.基于微粒群算法的汽車底盤控制系統(tǒng)集成優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015（6）.

[5]沈嘯，吳文滔.淺析汽車底盤協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（11）.

〔編輯：張思楠〕