启飞汽车

摘要

    本文针对电动汽车底盘一体化控制的发展研究, 结合理论实践, 在简要阐述目前电动汽车底盘一体化集成控制发展现状的基础上, 深入分析了实现电动汽车底盘一体化控制的关键技术, 并提出发展趋势。得出电动汽车底盘一体化控制技术的应用是实现汽车电动化和智能化控制关键的结论, 希望对相关单位有一定帮助。
    国内外大量研究表明, 实现电动汽车底盘一体化控制对提高汽车行驶的安全性有重要意义, 同时也是实现汽车电动化和智能化控制的主要途径。因此, 目前很多汽车生产生产厂家, 都把发展研究的重点放在电动汽车底盘一体化控制技术的研究中, 我国对此方面研究的起步比较晚, 和西方发达国家相比, 还存在不小的差距, 在这样的基础上, 开展电动汽车底盘一体化控制技术的发展研究就显得尤为重要。

一、电动汽车底盘一体化控制发展现状

    随着科学技术的不断发展, 汽车的电动化和智能化是未来汽车发展的主要趋势, 也是目前众多汽车生产厂家发展追求的主要目标。比如:在前几年, 新能源汽车大户特斯拉公司决定和谷歌相互合作, 开始研制自动驾驶电动汽车, 开启了汽车电动化和智能化研究的新课题。但汽车要想实现电动化和智能化控制, 对汽车底盘系统也提出了更高的要求。需要汽车底盘控制系统具有更高的可靠性、控制更加简洁便捷, 在降低汽车控制难度的基础上, 避免发生功能耦合现象。
    发展至今, 电动汽车底盘一体化控制技术仍然是各大汽车生产厂家主要的研究话题, 但传统汽车底盘系统和结构非常复杂, 难以满足兼顾整体性能提高的需求, 已经不能满足目前电动汽车底盘一体化控制实际需求, 急需研制出全新的底盘系统, 才能在激烈的市场竞争中占得一席之地。但为满足对特殊动力布置形式的基础需求, 需要把特殊力矩作用驱动系统上, 此时, 就会导致汽车在行驶时发生振动, 不利于汽车平顺性的提升, 但通过科学合理的应用电动汽车底盘一体化控制技术, 就可以有效解决此类问题, 不但有效解决了驱动电动汽车平顺性和操作稳定性相互矛盾的问题, 而且可有效适应汽车系统电动化和智能化的发展需求, 值得大范围推广应用。

二、电动汽车底盘一体化控制关键技术的应用

1.执行器性能改进和一体化优化技术

    要想实现电动汽车底盘一体化控制, 就必须从以下几个方面同时入手:
    第一, 要以降低汽车底盘结构复杂性和系统耦合程度为主要目标, 从而实现轮毂电机和电磁主动悬架结构的集成化。
    第二, 为有效解决电磁悬架功率密度较低的现象, 就需要汽车执行器具有更加优异的性能和质量。从根本上改善直线电机功率因素的特性, 从而为实现电动汽车底盘一体化控制奠定坚实基础。
    第三, 对执行器的空间结构进行科学合理的布置, 是实现汽车执行器优化和功能改造的前提条件, 也是改变汽车垂向动力的关键所在。促使汽车动力逐步向横、纵、垂直三维耦合控制系统进行转变, 从而有效解决悬架非垂直方向共振的问题。

二、汽车底盘地层控制重构技术

    研究表明, 在电动汽车底盘一体化控制中, 轮边驱动电动汽车的平顺性、操稳性、悬架能量消耗的共同作用, 形成制约耦合。为有效解决此类问题, 就需要根据汽车行驶的实际情况, 建立一个多目标空间领域, 为主动轮实现纵向、横向的演变奠定坚实基础。促使相容区域叠加效果的表达方式更加清晰准确, 从而为电动汽车底盘一体化控制策略和子系统任务的分配研究提供真实有效的数据支撑。

3.整车多自由度姿态控制技术

    在电动汽车底盘一体化控制中, 汽车整车多自由度姿态包括:车身姿态和车轮运行姿态两大类。但为实现以轮毂电机作为基础, 集成振动悬架、底盘控制等多系统协调工作的新型主动轮底盘系统运行的稳定性, 缓解汽车平顺性和操作性之间存在的矛盾, 就需要实现汽车工作姿态单向运行。也就是说, 在汽车运行过程中, 不对汽车的柔性作用施加任何主动力, 并行之有效的避免车辆在高速行驶, 导致车身发生不稳定的状态。
    对汽车车轮的刚性作用, 主要体现在力和位移的控制中, 从而避免因为动荷载过大, 而造成轮胎调动的问题。此时就需要应用到整车多自由度姿态控制技术, 配合轮毂电机驱动、专项控制车轮运动姿态、位移和加速度复核控制来进行改善轮边电动汽车平滑性和操稳性之间存在的矛盾。

4.执行器接口标准化技术

    就电动汽车底盘一体化控制的总体技术而言, 实现电动汽车底盘一体化控制的根本作用是促使汽车底盘, 具有驱动、制动、悬架等功能为一体的功能。所以, 在电动汽车底盘一体化控制技术发展研究中, 不能仅仅限制在汽车底盘机械结构和硬件功能的研究上, 在不充分考虑执行器实现和系统协同工作的基础上, 就可以按照执行器的标准数值来衡量输入输出的控制特性, 从而实现系列化、标准化, 这一点也是实现汽车电动化、智能化的重中之重。

5.电动汽车底盘系统的测试技术

    由于主动轮的新型汽车底盘系统中, 汽车很多动力功能都集中在驱动车轮中, 包括:驱动、制动、转向、悬架系统等。使得单个轮所包含的信息更加多样化。可大幅度简化电动汽车底盘的测试步骤和环境, 但在具体应用过程中, 则需要针对动力系统进行测试方法和技术的匹配操作, 以便针对不同情况下汽车动态和静态性能, 来测试主动轮在模拟路面上的位移、加速度响应、验证控制器对车身姿态控制的总体效果。

6.电动汽车和线控技术的安全性

    汽车的安全性是衡量一辆汽车质量是否过关的主要标准, 虽然电动汽车底盘一体化控制属于一项全新的技术, 但对安全性也有非常高的要求。其中以线控技术为基础, 主动轮电动汽车底盘系统, 省略了很多传统汽车底盘的机械传动装置, 不存在机械冗余, 而当控制线束、电子控制器受到干扰和失效时, 安全问题则会更加突出。近年来, 随着汽车电动化、集成化的不断发展, 线控技术愈发先进, 就目前发展现状而言, 电子化还没有完全取代机械化, 这就要求电动汽车底盘一体化控制技术应用时, 必须具有一定的容错性, 通过某一种方法来补偿失效, 避免整个系统发生失效。为解决此问题, 目前全球很多大型汽车生产厂家采用了分布式容错机电系统来代替机械和液压支持系统, 取得了良好成效, 值得大范围推广应用。

三、电动汽车底盘一体化控制技术的发展趋势

    近年来, 随着汽车生产技术持续稳定的发展, 再加上全球一体化的影响, 汽车生产制造领域逐渐演变为两大发展趋势, 其一是汽车系统的电动化发展, 其二是汽车系统的智能化。而汽车动力学智能化的前提条件是确保汽车具有极高的可靠性和安全性, 结构和控制系统也更加便捷。这就对电动汽车底盘一体化控制技术的集成度提出了更高的要求, 需要更加先进且符合实际要求的汽车底盘系统, 才能有效满足实际需求。此种系统不但需要大幅度降低操控难度, 而还需要避免功能耦合和矛盾的冗余性。和汽车的智能化相比, 汽车电动化也具有非常广阔的发展前景, 随着全球能源、环境、气候问题的不断突出, 电动化汽车实现了交通持续发展。
    第一类是采用电机来代替内燃机实现驱动, 另一类是采用轮毂电机技术直接作为汽车驱动力。相比而言, 后者的系统布置更加灵活, 可省略传统汽车的机械传动系统, 可降低汽车的整体重量, 结构更加简洁紧凑。同时通过线控技术, 还能直接实现各轮驱动力和制动力的单独控制, 从而降低额外附加的依赖和单车成本, 是目前国内外电动汽车研究的热点话题, 也是未来汽车事业发展的一个全新方向。

四、结束语

    综上所述, 本文结合理论实践, 深入研究了电动汽车底盘一体化控制技术的发展, 研究结果表明, 在各项技术不断发展的背景下, 为电动汽车底盘一体化控制的实现奠定了坚实基础, 也是实现汽车电动化和智能化操控的关键, 为实现这一目标, 就必须从多个方面同时入手, 并加大研究力度, 才能逐步实现电动汽车底盘一体化控制, 促使我国汽车事业持续稳定的发展。

作者：张云振  令海强  封旋  曾聪  吴迪  来源：科学技术创新
 

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