汽車底盤協調控制設計的優化策略

吳蒙

摘 要：隨著我國社會經濟水平的不斷提升，汽車產業也得到了快速的發展，越來越多的科學技術被應用到汽車生產過程中。在汽車產業快速發展的同時，汽車市場的競爭力也變得越來越激烈，面對市場激烈的競爭力，汽車產業要不斷保障汽車的品質和安全性，從而提高企業自身的競爭力。汽車產品由最初的機械結構發展到當今融合了機械、電子、控制等學科和技術的產品，功能和可靠性都有了極大的提高，其中涉及到懸架、制動以及轉向等功能的底盤協調控制系統，關系到汽車的舒適性、操作穩定性和行駛安全性。本文通過運用多體理論構建了主動懸架系統模型和底盤動力學模型，探討了電子控制技術對汽車底盤的作用，并對汽車底盤協調控制提出了相應的優化策略。

關鍵詞：汽車底盤;協調控制;優化策略

近些年來隨著汽車的全面普及，交通安全事故也在逐年的增加，人們對于汽車的安全性的要求也越來越高，為了進一步提升汽車自身的安全性能，汽車行業應該加強對于汽車底盤協調控制設計的重視。隨著機械制造以及電子控制技術的快速發展，汽車的生產制造融合了越來越多先進的技術，汽車也在朝著智能化的方向發展，傳統的單系統已經無法滿足汽車安全的需求，對于汽車底盤系統的設計越來越趨向于集成系統。通過對汽車底盤協調控制系統設計進行相應的優化，能夠更好的增強汽車的功能以及提高汽車的可靠性。

一、汽車底盤協調控制相關研究現狀

汽車底盤控制系統具有一定的復雜性，從單一系統控制到集中協調控制，其控制方法一直在不斷的改進，汽車底盤的控制也變得越來越智能化，汽車的舒適度、穩定性以及安全性都得到了極大的提高。根據不同系統作用方式的不同，汽車底盤控制系統包括垂直控制、側向控制以及縱向控制，每個大的控制系統下又包含著很多小的系統。

二、關于汽車底盤動力系統模型和控制器穩定性協調

（一）通過利用電子控制技術，可以對汽車底盤的多個子系統的部分性能進行有效的改善，在多種控制技術當中，ABS（制動防抱死系統）控制技術是一種比較典型的單功能控制技術。通過目前汽車發展的實際情況來看，電子系統和集成系統是汽車發展的重要構成系統，想要建立底盤的動力模型，對汽車底盤的各個子系統之間的聯系進行優化，就要建立相應的底盤集成控制動力學模型[1]。

通過相應理論我們可以得知，汽車的懸架和輪胎對于汽車行駛系統的動力學模型具有關鍵性的作用，汽車運行的平滑性和操作穩定性也與之相關。一般ASS（主動懸架）系統具有二自由度和四自由度兩種動力模型，隨著汽車產業的不斷發展，為提高汽車的舒適度，研究人員又構建了六自由度和八自由度動力模型。在本文中，通過建立輪胎模型的十自由度的非線性的車輛模型，對汽車底盤主動轉向、主動懸架的邏輯以及制動控制進行了優化，并對底盤系統的協調功能進行了相應的檢測。

（二）從汽車底盤發展的歷程來看，其主要經歷了單控制功能系統、線控系統以及集成系三個階段，尤其是近些年來，集成控制系統不斷得到了完善，越來越多的被應用到汽車底盤控制系統當中。通過利用MPC控制器和MIMO系統，能夠有效的提升汽車底盤的穩定性，但在汽車底盤的協調性方面作用不大，所以通常使用比較常用的監督系統對汽車底盤進行機制協調[2]。

通過促使AFS（主動前輪轉向系統）和DFC系統高度的協調和統一，再利用相應的目標函數對相應的參數進行合理的控制，才能夠保持汽車良好的行駛狀態，對于其中不敏感的控制量要通過加大懲罰系數來改善，對于處在穩定行使狀態的車輛，通過中央差速器的作用，可以對汽車實現有效的轉向控制。

三、關于汽車主動懸架系統和轉向系統的設計

（一）汽車的懸架對于汽車行駛系統的動力學模型具有關鍵性的作用，汽車運行的平滑性和操作穩定性也與之相關，而主動懸架系統對汽車的行使發揮著關鍵的作用。對主動懸架系統的改善可以從步動電機、阻尼減震器以及節流口液壓等方面開展，通過自動調節減震器的阻尼，對傳感器記錄的變化情況進行分析，得出車體的情況和路況，并通過消息路由器進行相關信息的融合，從而形成最終的決策。消息路由器還可以幫助設計步進電機的步進方向和步距角，使懸架能夠自動適應路況。

（二）通過直流電機的作用，轉向系統能夠為汽車提供充足的轉向動力，對助力轉向方面的參數進行有效的調整。汽車駕駛員借助電動助力轉向系統的作用，能夠對加在轉向盤上的動力大小和方向進行控制，從而更加有效的控制車輛的行使，各個子系統之間能夠協調配合，在一定程度上緩解駕駛員的疲勞。

四、關于汽車底盤協調控制的相關策略

（一）對汽車底盤采用分布式協調控制

分布式協調控制也可以稱作分層遞進控制，其是將高層先進方式與準確度不高的簡便手段進行有效的融合，從而實現分層傳遞的目的，對不同的系統進行更好的控制。通過使用這種協調控制方式，可以對各項資源進行整合和利用，其也可以促進不同系統之間的交流，從而更有利于系統之間進行協調控制。

（二）建立完善的總判決制度

目前的情況是我國在汽車集成系統的建設上還存在著一些問題，這也影響到多個系統進行控制和工作制度的協調，通過對集成系統中的問題進行研究，可以在實際工作中建立起更加完善科學的判決制度，并實現對整體系統的科學控制。只有系統之間能夠進行相互配合，汽車整體系統建設才能得到更好的控制，充分發揮出集成系統的保障性作用。

（三）提升制動子系統的協調控制

通過利用變移率滑膜變結構控制算法，對制動子系統中的系統感應器等進行科學合理的設計，提升汽車制動系統之間的協調控制。在對汽車系統進行制動的環節中，需要掌握傳感器采集的汽車狀態運動相關參數信息，并對汽車滑移率進行更加科學的計算，還要對必要的滑移率進行對比，以便更好的提升汽車自身制動性能，保障汽車的安全運行。

五、總結

綜上所述，通過應用汽車動力學相關理論，我們得出一種底盤水平動力學和垂直動力學協調控制的控制邏輯，通過對主動懸架的優化可以進一步改善汽車的主動轉向和控制的效果。通過相應系統之間的協調控制可以有效的提升汽車行駛的主動性以及安全性能。通過對轉向和懸架兩個系統的分析，對分級式底盤控制系統進行優化，集成控制方式能夠對汽車的操作穩定性、安全性進行有效的改善，利用相應的機制對各個子系統進行協調控制，從而達到最佳的汽車動力學性能。對汽車底盤協調設計控制進行優化，也能夠更加有效的保障駕駛者的安全。

參考文獻

[1]田橙.淺析汽車底盤協調控制的優化設計[J].科技與創新，2016（05）：118+120.

[2]沈嘯，吳文滔.淺析汽車底盤協調控制的優化設計[J].中國新技術新產品，2013（11）：140.

（作者單位：江鈴汽車股份有限公司）