關于汽車底盤電控系統集成控制策略

王鵬

摘要：為解決汽車底盤電控系統集成控制問題，本文在介紹汽車底盤各子系統運行可能產生的沖突基礎上，提出集成控制策略與俯仰角與動位移的控制方法，以期為相關人員提供參考，使各子系統都能正常動作，充分發揮各自作用功能。

關鍵詞：汽車底盤;電控系統;集成控制

中圖分類號：U463.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0223-02

0? 引言

汽車底盤集成了很多電控系統，包括ABS系統、ESP系統與ASS系統，如何對這些子系統進行集成控制，避免不同子系統運行過程中產生相互干擾和影響，需研究并提出一套合理可行的集成控制策略。

1? 子系統沖突

1.1 動作耦合與影響

汽車正常行駛狀態下，ABS系統與ESP系統均不動作，只有ASS系統動作，對車輛平順性進行調節。由于只有一個系統動作，所以各子系統之間無耦合與影響。而汽車在直線制動狀態下，ABS系統與ASS系統動作;汽車在轉彎狀態下，ESP系統與ASS系統動作;汽車在轉彎減速或制動狀態下，ESP系統、ASS系統與ABS系統均動作。主要有兩個及以上子系統同時動作，則就會存在相互耦合與影響。由于曲線制動包含了直線制動與轉彎兩種工況，所以以下分析這種工況條件下的系統耦合及影響[1]。

汽車行駛時，ASS系統始終處在工作狀態，通過懸架調節使車輛保持平順;若駕駛員為轉向盤作出一定轉角，則ESP系統自動調節轉向力，使車輛開始曲線行駛，使車輛橫擺，系統檢測到衡擺值后，對橫擺動作予以控制。ASS系統的主要作用在于改變側傾剛度，進而影響到質心側偏角及橫擺角速度。此時如果前方存在障礙需要立即制動，則ABS系統開始動作，控制車輛的制動。在ABS系統啟動后，會使車輛產生一定俯仰，對前后懸架系統的懸架力分配造成影響，進而影響到懸架系統振動狀態，使懸架系統的振動加速度及撓度都發生變化。而ASS系統動作后，由于對懸架系統的振動加速度與動撓度進行調節會使車輪產生上下跳動，所以會使車輛接地性能發生變化，進而引起車輛動載荷改變。對于車輛動載荷，它是對制動力起決定作用的因素[2]。ABS系統主要功能為對滑移率進行調節，最大限度利用制動力，避免車輪抱死。ABS系統啟動后，由于不同車輪制動力矩存在差別，所以可能會使車輛出現附加橫擺，此時ESP系統通過控制質心側偏角與橫擺力矩為制動橫擺的控制提供輔助，使車輛處在穩定狀態。ESP系統動作時，可能會使車輪發生抱死，但ABS系統的介入卻能避免車輪抱死。各子系統動作時的相互耦合及影響見圖1。

1.2 控制執行器干涉

ASS系統通過對簧載和非簧載質量之間存在的做動力調節使車輛保持平順。ABS系統通過對制動力調節系統完成制動力矩的增加、保持或減小，對制動器的動作進行控制，避免車輪抱死。ESP系統以制動器為主要執行機構，通過對制動力的適當調節使車輪適當制動，進而實現對橫擺力矩及質心側偏角的有效控制，避免車輛失控。汽車的ABS系統與ESP系統都以制動器為主要執行機構，但這兩個子系統的輸入信息及控制目標要求完全不同，這就會使這兩個子系統存在一定矛盾。如果矛盾出現，將在接線情況下導致車輛性能失控，嚴重時將由于子系統相互影響，導致車輛失穩，產生交通事故[3]。

1.3 系統冗余分析

如果各子系統之間只是單純的組合運用，分別獨立控制，則ABS系統與ESP系統都要讀取車速信號，而ABS系統與ESP系統都要通過自身制動控制系統為制動器傳輸制動信號，這樣就會引起傳感器與線束冗余[4]。

2? 集成控制策略

2.1 集成控制結構

根據分布式集成控制相關理論，建立不同子系統之間的協調機制，通過協調減小不同子系統相互影響，避免沖突和矛盾的發生，進而保證車輛行駛性能對集成控制而言，是核心所在。本次提出如圖2所示的集成控制結構。

從圖2可以看出，對象層級由ESP系統、ASS系統和ABS系統的作動器組成，與各子系統的執行機構相對應;執行層級由ESP系統、ASS系統和ABS系統的電控系統組成，與各子系統的獨立控制策略相對應;協調級用于信息傳遞，為總判器提供各子系統實際控制狀態，總判器根據報告的各子系統狀態完成裁決之后，通過分派器分派至不同子系統的協調器，最終通過協調器使各子系統分別執行經裁決以后的控制，以此重復循環[5]。

2.2 總判器的判決機制

建立判決機制的主要目的為對各子系統之間的沖突和矛盾進行調節，確保汽車行駛性能始終處在最佳。

在汽車正常行駛過程中，ASS系統單獨動作，使車輛保持平順，此時需確保該子系統調控參數都處于理想值的附近，包括懸架系統動撓度與垂向加速度[6]。

在汽車直線制動過程中，ABS系統與ASS系統一同動作，保證車輛安全，要在避免車輪抱死的同時，確保滑移率處于最優值的附近，為盡可能減小ABS系統啟動后導致的車身俯仰，以免對前后懸架系統的懸架力分配造成太大影響，還需要對俯仰角進行控制，使其達到最小。另外，為避免由于車輪的動荷載降低使地面制動力減小，還要對動位移進行控制，使其處在允許的范圍內，使車輛良好接地[7]。

在汽車轉彎行駛過程中，ESP系統與ASS系統一同動作，確保車輛處在穩定狀態。此時要使橫擺角速度與質心側偏角均處于理想范圍之內。為了使車輛轉彎行駛過程中不會由于ESP系統控制使車輪被抱死，ABS系統也應介入調控。為避免車輪上下跳動導致ABS系統動作受到影響，需要對動位移進行控制，使其處在允許范圍之內，保證車輛有良好接地性。

在汽車轉彎制動過程中，ESP系統、ASS系統和ABS系統一同動作，保證車輛行駛安全與穩定。首先要確保橫擺角速度與質心側偏角都處在允許范圍之內，其次則要防止車輪抱死，使滑移率處于最優值的附近。另外，還要減小ABS系統啟動后導致的車身俯仰及動位移，因此還要對俯仰角及動位移進行控制。

根據以上目標，將判決規則確定如下：

①當汽車轉向盤的轉角為0，且制動踏板力也為0時，汽車正常行駛，ASS系統動作，ESP系統與ABS系統不動作，將懸架系統的動撓度及振動加速度控制作為主要目標。

②當汽車轉向盤的轉角為0，但制動踏板力不為0時，汽車處在直線制動的狀態，ABS系統與ASS系統動作，ESP系統不動作，此時要有控制器對俯仰角及動位移產生的變化進行監控，將滑移率的控制作為主要目標，并確保俯仰角與動位置均處在允許范圍之內。

③當汽車轉向盤的轉角不為0，但制動踏板力為0時，汽車處在轉彎的狀態，ESP系統與ASS系統動作，ABS系統不動作，將質心側偏角與橫擺角速度控制作為主要目標，并應防止車輪抱死，使動位移處于允許范圍之內。

④當汽車轉向盤的轉角不為0，且制動踏板力也不為0時，汽車處在轉彎+制動的狀態，ESP系統、ASS系統與ABS系統均動作，需將滑移率、橫擺角速度與質心側偏角三者的控制作為主要目標，并確保俯仰角與動位移均處于允許的范圍之內。

2.3 優先級設置

為避免ABS系統和ESP系統一同動作時導致執行器干涉，遵循安全性大于一切的基本原則，將系統的優先級確定為：優先防止車輪被抱死，然后對質心側偏角與橫擺角速度進行控制[8]。

2.4 冗余降解

為防止系統冗余，可采用CAN總線實現通訊，車輛的各類實時信息都通過傳感器傳輸至CAN，然后各控制系統都在CAN中獲得控制參數，同時將控制指令傳輸至CAN，最后通過CAN為機械執行機構發送控制指令。

3? 俯仰角與動位移的控制

如果車輛產生俯仰，則可通過對前后懸架系統垂向力的調節來控制，同樣，動位移也可以通過對懸架系統垂向力的調節來控制。

控制俯仰時，如果車身處于俯的狀態，則懸架系統的作動力會由于受到路面激勵因素持續相應而產生正負變化，此時應使左前與右前方懸架系統向上的作動力增大，向下的作動力則減小;左后與右后方懸架系統向上的作動力減小，向下的作動力則增大。如果車身處于仰的狀態，此時應使左前與右前方懸架系統向上的作動力減小，向下的作動力則增大;左后與右后方懸架系統向上的作動力增大，向下的作動力則減小。增大或減小的比例需要根據俯仰程度確定。

控制動位移時，為避免車輛產生太大的跳動，當動位移處于允許范圍內時，ASS系統的懸架作動力保持不變;而如果動位移增大，則要以動位移的方向為依據，若正向偏大，應使懸架系統向下的作動力增大，向上的作動力應減小;若負向偏大，應使懸架系統向下的作動力減小，向上的作動力應增大。同樣，增大或減小的比例需要根據動位移偏離程度確定。

4? 結語

綜上所述，根據不同子系統動作時存在的耦合及影響，理清不同子系統之間存在矛盾的影響因素，然后結合分布式集成控制相關理論，建立一個完善的集成控制結構。并以此為基礎明確集成控制的總判規則，同時按照具體的控制要求，提出最終的集成控制策略。

參考文獻：

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[8]俞珊湖，樓喬卡，傅雪芹.關于汽車底盤電控技術現狀與發展的研究[J].科技與創新，2017，12（05）：61.