面向主動安全的汽車底盤集成控制策略

關(guān)鍵詞：汽車底盤；集成控制；主動安全；控制策略

0 前言

在汽車工程領(lǐng)域，提升車輛的主動安全性成為了當今技術(shù)研究的重要方向。作為汽車底盤的核心組成部分，底盤控制在保障駕駛者及乘客安全方面有著十分重要的作用。隨著智能化技術(shù)的迅速發(fā)展，人們越來越關(guān)注如何通過集成創(chuàng)新的底盤控制策略，在復雜駕駛場景下實施精準干預(yù)，以提升駕駛安全和車輛性能。

汽車底盤作為車輛的重要組成部分，是連接車輛車身和路面的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。汽車底盤由底盤懸掛系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)組成，在車輛的穩(wěn)定性、操控性及安全性能方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。底盤在汽車工程中被賦予了使命，即在不同駕駛環(huán)境和路況下，保持車輛的穩(wěn)定性，提供駕駛者所需的操控感受，同時確保行駛安全［1］。

通過深入理解底盤系統(tǒng)的工作原理和相互關(guān)系，設(shè)計不同駕駛場景的智能控制策略，不僅可以提高車輛的操控穩(wěn)定性、安全性和駕駛樂趣，還可以為汽車行業(yè)的發(fā)展注入新的活力。這將進一步促進汽車技術(shù)的創(chuàng)新和進步，助力推動汽車主動安全性能的高水平發(fā)展。

1 主動安全系統(tǒng)在汽車底盤控制中的應(yīng)用

主動安全系統(tǒng)作為現(xiàn)代汽車安全技術(shù)的重要組成部分，在汽車底盤控制中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過將主動安全技術(shù)與底盤控制策略相融合，可以對車輛行為進行實時監(jiān)測和智能干預(yù)，提高駕駛安全性。

主動安全系統(tǒng)在底盤控制中主要有以下2 項應(yīng)用：① 基于傳感器數(shù)據(jù)和車輛狀態(tài)信息，主動安全系統(tǒng)能夠準確判斷車輛當前的駕駛狀態(tài)和環(huán)境條件。例如，系統(tǒng)通過車速、轉(zhuǎn)向角度、側(cè)傾角等參數(shù)，能夠分析出車輛是否存在側(cè)滑、失控等潛在的危險情況。② 主動安全系統(tǒng)能夠?qū)嵤┲悄芨深A(yù)。通過控制制動力分配、懸掛剛度調(diào)整等手段，及時糾正車輛的不穩(wěn)定行為，確保駕駛者的安全［2］。例如，制動系統(tǒng)可以通過緊急制動分配來避免車輪鎖死，保持車輛的操控性。懸掛系統(tǒng)可以根據(jù)路況實時調(diào)整懸掛剛度，提供更好的懸掛性能，降低車輛的顛簸感，保證車輛的舒適性。

2 現(xiàn)有控制策略存在的問題和局限性

2. 1 傳統(tǒng)底盤控制策略

傳統(tǒng)底盤控制策略主要包括防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、電子穩(wěn)定程序（ESP）等。其中，ABS 通過在緊急制動時控制制動器來避免車輪鎖死，保持操控性；ESP 則通過傳感器監(jiān)測車輛各方面狀態(tài)，主動調(diào)整制動力分配和動力輸出，提升車輛穩(wěn)定性。

2. 2 現(xiàn)有主動安全系統(tǒng)的局限性

盡管現(xiàn)有主動安全系統(tǒng)在汽車底盤控制中發(fā)揮了一定作用，但仍存在一些局限性。一方面，現(xiàn)有主動安全系統(tǒng)往往局限于單一的控制目標，難以綜合考慮多個底盤系統(tǒng)的協(xié)同工作，因此在復雜駕駛情況下控制效果不佳；另一方面，現(xiàn)有主動安全系統(tǒng)的響應(yīng)時間可能會受到限制，系統(tǒng)無法在極短時間內(nèi)做出智能干預(yù)，影響駕駛安全。此外，現(xiàn)有主動安全系統(tǒng)在特定環(huán)境或路況下可能發(fā)生誤判，系統(tǒng)進行錯誤的控制動作，進一步加大了駕駛風險。為了解決這些局限性，就需要研發(fā)更加先進、智能化的底盤控制策略，以提升駕駛安全性能。

3 面向主動安全的底盤集成控制策略研究

3. 1 傳感器數(shù)據(jù)融合

3. 1. 1 不同傳感器數(shù)據(jù)的融合方法

慣性測量單元（IMU）、攝像頭和雷達等傳感器能夠提供多樣化信息，如果再結(jié)合融合方法，數(shù)據(jù)的準確性將得到進一步提高。例如，通過擴展卡爾曼濾波（EKF）算法，再融合IMU 和攝像頭數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛位置、速度的高精度估計。在實際駕駛中，如果融合雷達數(shù)據(jù)，那么當車輛在高速行駛中遇到緊急情況時就可以精準掌握前方障礙物距離和速度，為緊急制動策略提供準確的數(shù)據(jù)輸入。因此，運用不同傳感器數(shù)據(jù)的融合方法是提升底盤集成控制策略精度和可靠性的重要途徑。

3. 1. 2 數(shù)據(jù)融合對底盤控制的影響

通過綜合不同傳感器的信息，底盤控制系統(tǒng)可以更準確地感知車輛狀態(tài)和周圍環(huán)境，從而實現(xiàn)更智能化的干預(yù)［3］。例如，將攝像頭和激光雷達的數(shù)據(jù)融合，車輛行駛可以在城市交通中實現(xiàn)精準的車道保持和避障，提升城市駕駛的安全性和流暢性。

當車輛行駛在低摩擦路面上，在綜合車速、轉(zhuǎn)向角等數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)可以更好地調(diào)整制動力分配，防止車輛側(cè)滑和失控。

3. 2 底盤系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)整

3. 2. 1 底盤參數(shù)的在線調(diào)整方法

基于實時數(shù)據(jù)采集和分析，底盤參數(shù)可以通過多種方法來進行動態(tài)調(diào)整，使車輛適應(yīng)不同駕駛環(huán)境和路況。智能電驅(qū)動底盤平臺是底盤智能化的關(guān)鍵技術(shù)，智能電驅(qū)動底盤平臺包括中央控制器、電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)、車道保持系統(tǒng)（LKS）、自動變道輔助（LCA）系統(tǒng)、智能電池傳感器（IBS）系統(tǒng)等，如圖1 所示。智能電驅(qū)動底盤中央控制器集成了電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）、自適應(yīng)巡航（ACC）系統(tǒng)、自動緊急剎車（AEB）系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航控制（CACC）系統(tǒng)和設(shè)備監(jiān)視（PMC）系統(tǒng)等。

當車輛在濕滑路面上行駛時，底盤系統(tǒng)可以通過實時監(jiān)測車輪的滑動情況，自動調(diào)整制動力分配，防止車輪鎖死或側(cè)滑。當車輛進入高速行駛狀態(tài)，底盤系統(tǒng)可以通過感知車速和懸掛狀態(tài)自動調(diào)整懸掛剛度，提供更好的穩(wěn)定性和乘坐舒適性。根據(jù)實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以根據(jù)車輛狀態(tài)的變化，及時合理調(diào)整底盤參數(shù)，為駕駛者提供更加安全和舒適的駕駛體驗。綜合數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，底盤系統(tǒng)可以在不同條件下實現(xiàn)最佳的性能平衡，為主動安全性能的提升提供有力支持。

3. 2. 2 動態(tài)調(diào)整對底盤控制的優(yōu)化效果

通過實時監(jiān)測車輛狀態(tài)和環(huán)境變化，系統(tǒng)能夠根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動的調(diào)整，實現(xiàn)更精準、適應(yīng)性更強的底盤控制。例如：在緊急避險情況下，底盤系統(tǒng)可以根據(jù)實時傳感器數(shù)據(jù)，快速調(diào)整制動力分配和懸掛剛度，使車輛保持穩(wěn)定并避免失控；在不同路況下，動態(tài)調(diào)整能夠優(yōu)化車輛的懸掛性能，提供更舒適的駕駛體驗。

在實際駕駛測試中，當車輛在濕滑路面急剎車時，系統(tǒng)根據(jù)實時傳感器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)制動力的快速分配調(diào)整，避免了車輪鎖死，確保了駕駛的操控性和安全性。這突顯了動態(tài)調(diào)整在提升底盤控制效能、降低事故風險方面的重要作用，為汽車主動安全性能的提升提供了關(guān)鍵的技術(shù)支持。

3. 3 主動干預(yù)控制

3. 3. 1 底盤控制策略的主動干預(yù)方法

底盤控制策略的主動干預(yù)方法是指通過智能控制系統(tǒng)及時對車輛行為進行干預(yù)，以提高駕駛安全性。例如，當車輛出現(xiàn)失控趨勢時，系統(tǒng)可以根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)，主動調(diào)整制動力分配和轉(zhuǎn)向角度，糾正車輛的方向，防止失控［4］。在實際駕駛場景中，主動干預(yù)控制方法可以實現(xiàn)迅速應(yīng)對，由此可見，數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策為駕駛者創(chuàng)造了更可靠的駕駛環(huán)境。

3. 3. 2 后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

在主動干預(yù)控制中，加裝后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是有效提高駕駛安全性的關(guān)鍵，如圖2 所示。該系統(tǒng)通過智能控制后輪的轉(zhuǎn)向角度，使車輛在高速和低速行駛時的操控更靈活。例如：在低速轉(zhuǎn)彎時，適度的后輪轉(zhuǎn)向可以縮小轉(zhuǎn)彎半徑，增加操控性；而在高速行駛時，后輪逆向轉(zhuǎn)向能夠提升穩(wěn)定性。經(jīng)過試驗驗證，后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠在不同駕駛情況下提升操控性和安全性，為主動干預(yù)控制的未來發(fā)展提供了有力支持。

4 未來的發(fā)展方向和挑戰(zhàn)

4. 1 智能化技術(shù)在底盤控制中的應(yīng)用

借助先進傳感器與數(shù)據(jù)分析，智能化系統(tǒng)能實時感知車輛狀態(tài)和道路狀況，從而實現(xiàn)精準駕駛干預(yù)。例如，結(jié)合車速、轉(zhuǎn)向角等數(shù)據(jù)，智能化底盤控制可實時調(diào)整制動力分配，提升車輛穩(wěn)定性。已有試驗結(jié)果表明，智能化技術(shù)在實際道路情境中能夠顯著提升駕駛安全性，在底盤控制領(lǐng)域擁有廣闊的發(fā)展前景［5］。

4. 2 復雜駕駛場景下的底盤控制

未來，應(yīng)重點研究復雜駕駛場景下的底盤控制。如果自動駕駛與復雜路況相結(jié)合，智能底盤控制則需要應(yīng)對多變的道路、天氣和交通狀況。通過整合高級感知技術(shù)和智能決策算法，底盤控制可以適應(yīng)城市擁堵、惡劣天氣等復雜環(huán)境，保障駕駛安全。已有研究表明，在交通流密集的城市道路上，智能底盤控制能夠優(yōu)化車輛穩(wěn)定性與行駛效率，在復雜場景下凸顯出巨大潛力［6］。

4. 3 安全性與車輛性能之間的平衡

未來的研究關(guān)注點也可放在如何在安全性與車輛性能之間尋求平衡。在強調(diào)駕駛安全的同時，也應(yīng)看到過于保守的底盤控制可能影響車輛性能和駕駛體驗。因此，應(yīng)著重研究開發(fā)智能化策略，在確保安全的同時最大限度地保持車輛的操控穩(wěn)定性和駕駛樂趣。通過數(shù)據(jù)驅(qū)動方法研究證明，在高速駕駛與緊急情況下，如果能夠平衡車輛性能與安全性，就可以提升車輛的整體性能，這也為未來底盤控制的發(fā)展指明了方向。

5 結(jié)語

綜上所述，研究主動安全的底盤集成控制策略具有重要意義。通過傳感器數(shù)據(jù)融合、底盤參數(shù)的動態(tài)調(diào)整，以及智能化技術(shù)在主動干預(yù)控制中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)更精準、適應(yīng)性更強的底盤控制，為駕駛者提供更高水平的安全性能。當然，未來的發(fā)展還需要關(guān)注在復雜駕駛場景下的挑戰(zhàn)，以及安全性與車輛性能之間的平衡。通過持續(xù)的研究和努力，汽車底盤控制技術(shù)的不斷推進創(chuàng)新，可以為駕駛者創(chuàng)造更安全、舒適的出行環(huán)境。