汽車(chē)底盤(pán)集成控制最新技術(shù)探討

摘 要：文章簡(jiǎn)要介紹了汽車(chē)底盤(pán)集成控制技術(shù)中兩種較為常見(jiàn)的基本結(jié)構(gòu)和發(fā)展趨勢(shì)，并深入探討了目前國(guó)內(nèi)外最新的一些汽車(chē)底盤(pán)技術(shù)，以期為今后的汽車(chē)底盤(pán)優(yōu)化設(shè)計(jì)與研發(fā)工作提供可靠的參考建議。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)底盤(pán)；集成控制技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；多目標(biāo)

引言

汽車(chē)底盤(pán)的核心功能是根據(jù)駕駛員的判斷意識(shí)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行相應(yīng)的控制，如加速行駛、緩速慢行、轉(zhuǎn)向等等。目前汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)最主要的發(fā)展方向是集成控制，主要體現(xiàn)為對(duì)集成控制的對(duì)象、策略、網(wǎng)絡(luò)以及技術(shù)等方面的研究，對(duì)于汽車(chē)的舒適性能與制動(dòng)性能有著重要的影響作用。汽車(chē)底盤(pán)集成控制主要包括制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、油門(mén)系統(tǒng)等等。自上世紀(jì)八十年代以來(lái)，人們一直致力于研究如何讓汽車(chē)底盤(pán)的各項(xiàng)指標(biāo)更加均衡，進(jìn)而提高汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)的整體性能，成功研發(fā)出了多種底盤(pán)主動(dòng)控制系統(tǒng)。如今，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)達(dá)，汽車(chē)底盤(pán)控制技術(shù)正不斷朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化的方向發(fā)展著。

1 汽車(chē)底盤(pán)集成控制結(jié)構(gòu)

目前，國(guó)際上最常采用的控制結(jié)構(gòu)主要有以下兩種：

1.1 集中控制

所謂的集中控制是指將底盤(pán)系統(tǒng)中的所有信息全部匯總到一個(gè)控制單元內(nèi)，進(jìn)行集中處理，利用全局優(yōu)化算法對(duì)所有的執(zhí)行器實(shí)施統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的有效管理。在這種控制方式下，只需一個(gè)集中控制器便可對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，具有很高的集成度，能夠有效縮短車(chē)輛的制動(dòng)距離，減小側(cè)偏角，主動(dòng)降低駕駛員的人為輸入，進(jìn)而有效保證了汽車(chē)底盤(pán)的獨(dú)立控制效果。

1.2 協(xié)調(diào)控制

除了集中控制，我們還應(yīng)采取必要的協(xié)調(diào)控制手段，這主要是因?yàn)椋阂环矫妫刂葡到y(tǒng)如果是一個(gè)完全獨(dú)立的個(gè)體很有可能會(huì)產(chǎn)生一些不可預(yù)期的干涉，進(jìn)而影響到其極限性能；另一方面，集中控制本身就具有其固有的缺點(diǎn)。因此，可以先對(duì)子控制模塊進(jìn)行獨(dú)立研發(fā)，然后再采取協(xié)調(diào)控制的方式。可見(jiàn)，協(xié)調(diào)控制是一種介于獨(dú)立控制與集成控制之間的一種控制結(jié)構(gòu)，其最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠充分利用各個(gè)子控制模塊，借助協(xié)調(diào)控制器實(shí)現(xiàn)汽車(chē)底盤(pán)各個(gè)模塊之間的協(xié)調(diào)工作。協(xié)調(diào)控制器會(huì)根據(jù)汽車(chē)當(dāng)前的行使?fàn)顟B(tài)以及駕駛?cè)说囊庾R(shí)判斷，將總操作命令分散傳達(dá)至中間層的每個(gè)控制器，隨后這些控制器會(huì)控制相應(yīng)的執(zhí)行器作出反應(yīng)。簡(jiǎn)而言之，協(xié)調(diào)控制器的作用是將總控制任務(wù)按一定的要求分配至子系統(tǒng)中，因此，相關(guān)研究也主要是圍繞如何設(shè)計(jì)出更加科學(xué)合理的分配原則而展開(kāi)。

2 汽車(chē)底盤(pán)集成控制發(fā)展趨勢(shì)

日本是世界上較早開(kāi)始研究汽車(chē)底盤(pán)集成控制技術(shù)的國(guó)家之一，至今已掌握相當(dāng)成熟的理論水平與實(shí)踐研究水平，早在1987年，日本就研制出一款配有集成控制系統(tǒng)的汽車(chē)。豐田公司的實(shí)驗(yàn)車(chē)上裝備了四輪驅(qū)動(dòng)、四輪轉(zhuǎn)向、主動(dòng)懸架等控制系統(tǒng)，控制器能夠根據(jù)駕駛員的指令，結(jié)合車(chē)輛運(yùn)行的規(guī)律控制執(zhí)行器作出對(duì)應(yīng)的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)均衡、優(yōu)化整車(chē)性能指標(biāo)的最終目的。

國(guó)內(nèi)公司在車(chē)身電子穩(wěn)定系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，研發(fā)出了二代ESP系統(tǒng)，集成了制動(dòng)防抱死系統(tǒng)、彎道輔助照明系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)等多個(gè)子控制系統(tǒng)。其中一些基礎(chǔ)的控制能力可以由對(duì)應(yīng)的底層系統(tǒng)獨(dú)立處理完成，而轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性能等較為復(fù)雜的功能則由總控制層管理。ESPII可以利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取有關(guān)ABS、AFS以及ESP等系統(tǒng)的所有信息，發(fā)出控制指令。ESPII相較于ESP而言，在性能方面有了很大改善，制動(dòng)距離縮短，駕駛員轉(zhuǎn)向輸入減少，進(jìn)一步提升了車(chē)輛整體的穩(wěn)定性能。

世界知名汽車(chē)零配件供應(yīng)商博世公司對(duì)于汽車(chē)底盤(pán)技術(shù)也進(jìn)行了相關(guān)研究，由其開(kāi)發(fā)的VDM系統(tǒng)在原先動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了懸架和轉(zhuǎn)向控制單元，能夠?qū)⑺璧臋M擺力矩按要求分配至底盤(pán)的各個(gè)子控制模塊當(dāng)中。

3 汽車(chē)底盤(pán)最新技術(shù)

3.1 全電路制動(dòng)系統(tǒng)

全電路制動(dòng)系統(tǒng)是一種新研發(fā)出來(lái)的制動(dòng)模式，整體上采用嵌入總線技術(shù)，能夠與牽引力控制系統(tǒng)、主動(dòng)防撞系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等多個(gè)涉及到汽車(chē)安全的子模塊控制系統(tǒng)之間形成一種互相協(xié)調(diào)配合的工作方式。全電路制動(dòng)系統(tǒng)還可以?xún)?yōu)化微處理器的傳統(tǒng)控制算法，得出更加精確的數(shù)據(jù)，從而能夠更為科學(xué)、合理地控制、調(diào)整汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的工作過(guò)程，縮短制動(dòng)距離，提高整車(chē)制動(dòng)效果，有效加強(qiáng)了車(chē)輛制動(dòng)時(shí)的安全穩(wěn)定性能。該制動(dòng)系統(tǒng)的工作能源主要來(lái)自于電能，利用電磁鐵或者電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器工作，所以，從整體上來(lái)看，全電路制動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝、維修、趨于模塊化等獨(dú)特的有點(diǎn)。

3.2 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)，通常會(huì)存在著不足轉(zhuǎn)向的情況，一般情況下，對(duì)于民用車(chē)輛而言，輕微的不足轉(zhuǎn)向讓車(chē)輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)更加穩(wěn)定平順；而當(dāng)車(chē)輛在高速狀態(tài)下轉(zhuǎn)彎時(shí)，有極大地可能性會(huì)產(chǎn)生過(guò)度轉(zhuǎn)向，具有一定的危險(xiǎn)性，利用后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠明顯地降低這種行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)。汽車(chē)后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部件組成，其主要功能是根據(jù)車(chē)輛行駛狀態(tài)自動(dòng)地讓后輪的橫拉桿相對(duì)于車(chē)身作側(cè)向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使兩個(gè)車(chē)輪之間產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)向角。通常情況下，后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)兩個(gè)后輪的橫拉桿調(diào)節(jié)機(jī)制分為兩種：如果橫拉桿是由同一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，則為整體式；如果兩后輪的橫拉桿分別由兩個(gè)不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，則為分離式。對(duì)于整體式執(zhí)行機(jī)構(gòu)而言，只需一個(gè)位移傳感器即可確定汽車(chē)兩個(gè)后輪間的轉(zhuǎn)向角，而分離式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)則至少需要兩個(gè)位移傳感器，涉及到的其他相關(guān)元件較多，情況分析復(fù)雜，所以目前國(guó)際上主流的研發(fā)方向是整體式后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3.3 汽車(chē)懸架控制系統(tǒng)

汽車(chē)主動(dòng)懸架阻尼控制系統(tǒng)主要由車(chē)輪以及車(chē)身的垂直加速度傳感器、阻尼器比例閥、電子控制單元等組成。工作機(jī)制是，電子控制單元根據(jù)車(chē)輛的行使?fàn)顟B(tài)和傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得到四個(gè)車(chē)輪各自懸架阻尼器的最佳的阻尼系數(shù)，利用阻尼器比例閥對(duì)實(shí)際系數(shù)作相應(yīng)調(diào)整，直至最優(yōu)狀態(tài)，從而為駕駛員及乘客提供更加舒適、穩(wěn)定、安全的乘坐體驗(yàn)。

3.4 汽車(chē)底盤(pán)的線控技術(shù)

底盤(pán)線控技術(shù)是指利用電子信號(hào)的傳輸來(lái)取代傳統(tǒng)的由氣動(dòng)或液壓等形式來(lái)連接汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)的各個(gè)部分，如油門(mén)拉線、剎車(chē)油路、轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等等。嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，汽車(chē)底盤(pán)線控不僅僅是取代傳統(tǒng)的連接方式，更重要的意義在于改變了原來(lái)的操縱機(jī)構(gòu)和操縱方式，進(jìn)一步改變了汽車(chē)內(nèi)部的傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)。線控技術(shù)的研發(fā)促進(jìn)了汽車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng)由機(jī)械化向電子化的轉(zhuǎn)變，對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性以及可靠性有較高的要求。此外，汽車(chē)底盤(pán)線控還會(huì)設(shè)置一些冗余功能，目的在于當(dāng)車(chē)輛發(fā)生故障時(shí)，該裝置仍可繼續(xù)發(fā)揮最基本的功能，充分保障了車(chē)輛在行駛時(shí)的安全可靠性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)生產(chǎn)力水平的不斷提高，人們對(duì)于車(chē)輛的舒適性能與安全性能的要求也越來(lái)越高，這就要求我們不斷提高對(duì)汽車(chē)底盤(pán)集成控制系統(tǒng)的研發(fā)水平，在基于兩種基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，不斷創(chuàng)新拓展設(shè)計(jì)思路，使汽車(chē)底盤(pán)技術(shù)的研究朝著網(wǎng)絡(luò)化、集成化、電子化的方向發(fā)展。此外，伴隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，在電子技術(shù)、信息技術(shù)以及線控技術(shù)的輔助推動(dòng)下，未來(lái)的汽車(chē)底盤(pán)集成控制技術(shù)必將越來(lái)越智能化，車(chē)輛也會(huì)由傳統(tǒng)意義上的交通、運(yùn)輸工具逐漸演變?yōu)榫哂谐休d功能的“機(jī)器人”。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：楊瑞蔚（1977，10-），男，籍貫：廣西鐘山，學(xué)歷：本科，工作單位：柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：汽車(chē)工程技術(shù)。