汽車底盤電控技術現狀與發展研究

殷國鑫,石昊昱,雷 鈞,韋 峰（云南交通職業技術學院,昆明 650500）

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汽車底盤電控技術現狀與發展研究

殷國鑫,石昊昱,雷 鈞,韋 峰
（云南交通職業技術學院,昆明 650500）

摘 要：對于汽車最為重要的部分之一，汽車底盤扮演了非常重要的角色。電控技術在汽車底盤中運用廣泛，當前汽車底盤常見的電控系統主要有：自動變速器、防抱死制動系統、電控防滑驅動系統、懸架系統、轉向控制系統、汽車電子穩定系統（ESP）。用高速局域網絡CAN將兩個或多個底盤電子控制系統結合起來,對底盤實現多層面控制,將成為現代汽車底盤電控技術的重要發展趨勢。

關鍵詞：汽車底盤；電控技術；現狀與發展

1 汽車底盤電控理論基礎

對于汽車最為重要的部分之一，汽車底盤扮演了非常重要的角色。汽車底盤電控技術已經取得了巨大的發展，不論在汽車行駛安全性、動力性還是在乘坐舒適度方面都發揮著不可替代的作用。據統計，全球市場對汽車電控系統需求量最大的是兼具安全性和舒適性的電子系統，其中大部分是電子底盤控制系統。汽車底盤使得駕駛者可作出加速、減速以及轉向運動。在整個駕駛過程中，駕駛員通過汽車中的轉向盤、制動踏板、油門對整個行駛過程進行有效控制。駕駛員一系列的操作通過前輪的轉向角及車輪上的驅動力矩或制動力矩進行具體的執行，真正起作用的是輪胎的縱向力和側向力。

2 汽車底盤常見的電控系統

伴隨著人們對車輛的穩定性、安全性能和乘坐舒適性等方面逐漸提出更多的要求，為了進一步提高汽車的易操作性、經濟性、動力性和安全性能，電子控制技術已經廣泛應用到了汽車底盤中。

2.1 電控自動變速器

電控自動變速器的應用使得汽車在行駛過程中能夠根據實際行駛情況進行變速器的檔位自動變換，具有駕駛更加省力、發動機壽命更長、起步加速更加平穩、有效避免過載以及發動機熄火等優點。目前，市面上的自動變速器主要有一下三種：電控機械式自動變速器、液力-機械式自動變速器、電控機械式無級變速器（CVT）。

電子控制在自動變速器上的應用實現了汽車行駛過程中的自動補償調節，自動變速器電子控制通過動力傳動控制模塊接收來自汽車上各種傳感器的電子信號輸入，根據汽車的使用工況對這些信息處理來決定液力自動變速器運行工況。按照這些工況，來控制變速器的升檔和降檔及換檔感覺。自動變速器主要運用電子氣動換擋裝置，傳統汽車利用機械換擋桿與變速器構件進行連接，而利用這種電子控制裝置取代機械裝置，通過氣動伺服閥氣缸以及電磁閥來進行控制，能夠簡化操作者的手動操控，同時發揮汽車最佳的安全性能和動力性能。

2.2 防抱死制動系統

防抱死制動系統簡稱為ABS，是英文“Anti-lock Brake System”的縮寫。防抱死制動系統在汽車制動中起到了重要的作用，對制動器動力進行制動控制，防止車輪抱死，保證汽車車輪與地面之間的附著力保持最大值狀態。ABS主要有以下幾個優點：一是減少汽車輪胎路損情況，二是當汽車處于緊急制動情況下時依然能夠進行方向的操縱，三是在汽車緊急制動過程中游俠防止車輛甩尾以及側滑的發生，四是最大限度縮短制動距離以及制動時間。

針對ABS的研究，重點是其系統控制方法的研究。針對自動剎車防抱死系統的控制策略主要是運用邏輯門限值進行控制的方法，不需要具體建立數學模型。在這種控制方法下，能有效地進行系統的非線性控制，通過控制汽車的滑移率門限值和車輪的角加速度與減速度進行車輛制動控制，實現汽車的自動剎車防抱死技術[3]。

2.3 電控防滑驅動系統

電控防滑驅動系統最主要的作用是調節汽車驅動車輪牽引力，以此來控制驅動車輪滑轉，又被稱為牽引力控制系統（Traction Control System），簡稱為TCS。如果汽車在弱附著或者軟附著的界面進行加速或起步，由于只能從界面獲得很低的附著力，小于車輪獲得的驅動力，車輪往往會發生滑轉，這種情況會導致車輛的加速性能和起步穩定性大打折扣。而電控防滑驅動系統能夠分析車輪的滑轉情況和運動狀態，對施加到車輪上的驅動力矩進行控制，對發動機動力輸出進行及時控制火勢對滑轉的車輪施以制動力，通過TCS的控制能夠有效降低驅動輪的滑轉幾率，以此避免汽車行駛穩定性以及牽引力的下降，從而能夠保障車輛在弱附著或者軟附著的界面的行駛穩定性和牽引通過性。

2.4 懸架系統

懸架系統是連接車輪與車身之間全部部件以及零件的總稱。懸架系統主要由減振器、彈簧(例如螺旋彈簧、板簧、扭桿等等)以及導向機構這三個部分共同組成。懸架系統能夠有效的降低、抑制車輪與車體之間的振動與動載，保證汽車在行駛過程中的平順性以及穩定性。

電子控制懸架系統包括主動懸架和半主動懸架兩種，主動懸架能夠有效改善汽車的乘坐舒適度和安全性能，成為汽車電控懸架系統的 主要發展目標。電控主動懸架又包括電控主動液壓懸架和電控空氣懸架這兩種。電控主動液壓懸架通過伸縮液壓減震器，根據車載電腦計算的懸架加速度使得車輛在行駛過程中保持平衡。電控空氣懸架通過感應路面狀況以及自身受到的作用力，能夠及時進行空氣減震器的摩擦和剛度的控制，以保證整個過程中車輛始終保持在可接受的范圍之內發生適度震動。[5]這兩種主動懸架都是通過對減振器阻尼以及懸架剛度進行調節控制，抑制車身的震動，同時能夠調節車身的高度，對被動懸架局限區域進行突破，令汽車懸架特性能夠與道路狀況相適應，從而保證了汽車行駛過程的平順性以及操縱穩定性。

2.5 汽車電子穩定系統（ESP）

汽車電子穩定系統簡稱為ESP，是Electronic Stability Programme的縮寫。汽車電子穩定系統可以幫助汽車駕駛者有效避免汽車出現的不穩定狀況。ESP是基于ABS系統開發而來的，可以對緊急駕駛工況例如駕駛員慌亂反應等進行有效識別，同時通過向單個車輪施以制動并對發動機控制系統進行有效干預，以此保證汽車的穩定性。汽車電子穩定系統能夠對理想轉向角、輪速差異、側向力以及橫擺角度等信號進行有效綜合，并對汽車失控狀態快速判斷，并及時發揮作用使汽車穩定下來。

汽車電子穩定系統利用傳感器感知以及算法分析將監測到的汽車的實際運動狀態與操作員期望獲得的車輛運動狀態進行比較，當二者相差過大時，便會主動進行控制，主要是調節施加在車輪上的縱向的作用力，改變橫擺力矩，從而使汽車發生適當的橫擺運動，使車輛調整到操作員期望獲得的車輛運動狀態。尤其是當車輛行駛在彎道上時，如圖所示，為了使車輛調整到操作員期望獲得的車輛運動狀態，ESP系統會控制車輪的前后軸的側向力，改變汽車的橫擺力矩，使汽車發生橫擺，實現方向的有效控制[5]。

3 汽車底盤電控技術發展趨勢

汽車底盤各個電控系統之間相互聯系并相互依賴，彼此之間相互影響。汽車控制效果的不斷優化、資源不斷節約以及控制系統可靠性不斷提高將成為未來汽車的重要發展方向。

雖然電控自動變速器、防抱死制動系統（ABS）、電控防滑驅動系統（TCS）、懸架系統、轉向控制系統和汽車電子穩定系統（ESP）等這些電子控制技術得到了廣泛應用和研究，為汽車電控技術的進一步發展，為了打開一個廣闊的前景，對提高車輛的性能也發揮了不可替代的作用，然而汽車畢竟作為一個整體，其性能將依賴于各個系統的共同運轉，如果依然保持現在這樣各個系統獨立工作的狀態，任由不同的系統之間互相影響和制約，無疑不利于汽車整體性能的提升，每個電控系統也在互相的約束下無法發揮最大的效率。這樣一來，汽車（特別是汽車底盤）中各電控系統的集成了成為了當下研究的焦點。

考慮到未來汽車發展勢必要求汽車整體性能的提升，汽車（特別是汽車底盤）中各電控系統的集成將成為不可避免的發展方向。因此，利用高速局域網絡CAN將汽車電控系統進行有效結合，實現汽車底盤多層面控制將成為現代汽車底盤電控技術的重要發展趨勢。

參考文獻：

[1]DennerV. Automobilelektronik derZukunft[C]. Euroforum Elek-tronik-Systeme im Automobi,l,2005.

[2]Rieth P. Der zweite Draht zum Bremspedal[J]. Automobilelek-tronik,2003(04).

[3]鄧文華.汽車ABS與半主動懸架系統協調控制研究[D].昆明理工大學,2014.

[4]呂濟明.汽車TCS系統建模及控制邏輯研究[D].吉林大學,2005.

[5]洪亮，嚴世榕.汽車底盤電控技術中的動力學問題[J].福州大學機械工程學院,2009.

[6]李剛.汽車底盤控制技術的現狀綜述[J].吉林大學,2011.

[7]王平平.汽車底盤控制技術的現狀與發展趨勢研究[J].科技創業家,2010.

作者簡介：殷國鑫（1986-），男，云南昆明人，本科，講師，研究方向：汽車運用技術。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.180