汽車底盤控制關(guān)鍵技術(shù)分析

劉文虎

（隴南師范高等專科學(xué)校，隴南 742500）

經(jīng)濟社會的發(fā)展帶動了汽車技術(shù)的不斷革新，汽車外觀、內(nèi)飾以及控制系統(tǒng)均發(fā)生了巨大改變。對于汽車行業(yè)來說，安全性能是最基本的條件，除此之外，汽車的舒適度、節(jié)能環(huán)保等也是未來汽車發(fā)展中需要考慮的重要因素。作為汽車關(guān)鍵技術(shù)之一，底盤控制技術(shù)對于汽車安全性能影響較大，基于此，著重介紹了目前快速發(fā)展的汽車底盤集成控制系統(tǒng)類別，并對未來汽車底盤控制技術(shù)的發(fā)展進行 展望。

1 汽車底盤控制系統(tǒng)原理

目前，汽車發(fā)展趨向于智能化、電動化方向，汽車底盤控制技術(shù)作為汽車發(fā)展需考慮的重要組成部分，其主要是根據(jù)駕駛員的相關(guān)操作來完成汽車加速、減速及調(diào)轉(zhuǎn)方向等工作，對汽車整體穩(wěn)定性影響較大。駕駛員通過操縱汽車中的轉(zhuǎn)向盤、油門和制動踏板等元件來控制汽車，而這些操縱的執(zhí)行量主要依靠前輪的轉(zhuǎn)向角以及車輪的驅(qū)動力矩或制動力矩，以及輪胎的縱向力和側(cè)向力。汽車底盤控制設(shè)計的基本原理是在給定路面附著系數(shù)和車輪法向力的前提下，對車輪滑動率和車輪側(cè)偏角進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和控制，從而達(dá)到間接調(diào)控輪胎的縱向力和側(cè)向力的目的，最大限度地利用輪胎和路面之間的附著力，達(dá)到提高汽車的主動安全性、機動性和舒適性的目的。

2 汽車底盤控制關(guān)鍵技術(shù)

2.1 并行式控制

并行式控制如圖1所示，首先傳感器接收外部環(huán)境情況，然后將接收到的信號傳遞給各子控制系統(tǒng)的控制器，各控制器對子系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)發(fā)射信號，之后執(zhí)行機構(gòu)向汽車傳輸執(zhí)行相關(guān)操作的命令，最后汽車做出反應(yīng)。從圖1可以看出，各子系統(tǒng)的相關(guān)工作由各自對應(yīng)的控制器控制，子系統(tǒng)之間相互獨立，各自負(fù)責(zé)不同的工作，因此協(xié)同性較低。另外，不同子系統(tǒng)所對應(yīng)的生產(chǎn)廠家有所差異，這些廠家不同的系統(tǒng)開發(fā)模式也決定了子系統(tǒng)的相容性受到限制，使得汽車難以達(dá)到最佳的動力學(xué)性能。

圖1 并行式控制結(jié)構(gòu)

2.2 集合式控制

傳統(tǒng)并行式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)難以滿足汽車發(fā)展需求，因此集合式控制技術(shù)應(yīng)運而生，其包括系統(tǒng)的控制構(gòu)架、軟件構(gòu)架以及電子構(gòu)架3個組成部分。集合式控制結(jié)構(gòu)能夠使各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，但也意味著該系統(tǒng)內(nèi)部比較復(fù)雜，各子系統(tǒng)之間需要配合完成工作，可見集合式控制系統(tǒng)是軟件和硬件、信息和指令、控制和功能算法的集合體。

集合式控制結(jié)構(gòu)包含全局控制器和子系統(tǒng)控制器兩種類型的控制器，兩者發(fā)揮的作用存在一定差異。全局控制器也稱為主控制器，是最高級的處理器，主要有兩大功能。（1）全局控制器可向下一級控制器發(fā)送相關(guān)控制命令，檢測汽車的運行狀態(tài)。集合式控制結(jié)構(gòu)的開發(fā)模式與并行式結(jié)構(gòu)不同，集合式控制在開發(fā)時是從整體角度出發(fā)，自上而下循序漸進式開發(fā)，所以相對于并行式控制結(jié)構(gòu)，集合式控制系統(tǒng)的集成度較高。（2）集合式控制結(jié)構(gòu)采用的是集成控制系統(tǒng)，相對于并行式結(jié)構(gòu)其容錯能力較強。

3 集合式控制結(jié)構(gòu)的分層

集合式控制結(jié)構(gòu)實際上是一種分層結(jié)構(gòu)，將汽車底盤的控制系統(tǒng)分為上層協(xié)調(diào)系統(tǒng)與下層控制系統(tǒng)。上層協(xié)調(diào)系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收駕駛員的相關(guān)信息，并向下層控制系統(tǒng)下達(dá)命令，根據(jù)其反饋的相關(guān)決策進行修正；下層控制系統(tǒng)所涉及的子系統(tǒng)較多，主要包含懸架、轉(zhuǎn)向及制動等，根據(jù)上層傳輸?shù)男畔⒗眠@些子系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)，通過不同層次之間的共同作用，使得汽車達(dá)到最優(yōu)的性能指標(biāo)。一般來說，分層結(jié)構(gòu)主要分為硬件層、信息層、目標(biāo)層、協(xié)調(diào)層、功能層和執(zhí)行層6層結(jié)構(gòu)。其工作的流程為：首先，信息層利用傳感器來采集汽車運行信息，將采集到的信息傳遞給目標(biāo)層；其次，目標(biāo)層根據(jù)駕駛員發(fā)出的控制命令來確定相應(yīng)目標(biāo)，與協(xié)調(diào)層協(xié)同工作，給不同的子系統(tǒng)分配其相應(yīng)的工作任務(wù)；最后，功能層接受任務(wù)命令并發(fā)揮功能完成目標(biāo)控制。

4 汽車底盤控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 第二代ESP系統(tǒng)

車輪制動力及主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制對于汽車底盤穩(wěn)定性至關(guān)重要，兩者都對汽車底盤控制效果有一定影響。第二代ESP系統(tǒng)是將上述幾種控制系統(tǒng)的優(yōu)勢結(jié)合的新一代控制系統(tǒng)，其基礎(chǔ)運行系統(tǒng)已實現(xiàn)完全智能化，可利用網(wǎng)絡(luò)控制子系統(tǒng)，并將子系統(tǒng)做出的決策反饋給高層次的控制系統(tǒng)，之后高層次控制系統(tǒng)將任務(wù)指令傳輸給下層控制系統(tǒng)，以達(dá)到精準(zhǔn)的控制效果。

4.2 GCC全方位底盤控制系統(tǒng)

在汽車底盤控制系統(tǒng)中，GCC全方位底盤控制系統(tǒng)的層次較高，其主要是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，利用控制器接收信號了解汽車的運行狀況。GCC控制系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)與汽車底盤控制系統(tǒng)連接，然后發(fā)出控制信號及最高層次的控制指令，接著執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的操作給各控制器發(fā)布的執(zhí)行命令，對汽車底盤控制系統(tǒng)的運行情況進行實時檢測，最終由監(jiān)測的信息來判斷汽車當(dāng)前的行駛狀態(tài)。

5 結(jié)語

汽車底盤控制系統(tǒng)對于汽車的安全性能影響較大，本文主要針對汽車底盤控制技術(shù)進行闡述，介紹了汽車底盤控制系統(tǒng)的原理、并行式控制、集合式控制及集合式控制結(jié)構(gòu)分層等關(guān)鍵技術(shù)，并對并行式控制與集合式控制系統(tǒng)進行對比，體現(xiàn)出集合式控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，最后對汽車底盤控制技術(shù)未來的發(fā)展趨勢進行展望。相信隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，汽車底盤控制系統(tǒng)將繼續(xù)趨于智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，更快速地傳遞駕駛員的操作指令，充分發(fā)揮底盤控制系統(tǒng)的作用，確保汽車行駛安全性。