启飞汽车

摘要

    汽车底盘的核心功能是根据驾驶员的判断意识对车辆进行相应的控制，如加速行驶、缓速慢行、转向等等。目前汽车底盘控制技术最主要的发展方向是集成控制，主要体现为对集成控制的对象、策略、网络以及技术等方面的研究，对于汽车的舒适性能与制动性能有着重要的影响作用。汽车底盘集成控制主要包括制动系统、转向控制系统、悬架系统、油门系统等等。自上世纪八十年代以来，人们一直致力于研究如何让汽车底盘的各项指标更加均衡，进而提高汽车底盘系统的整体性能，成功研发出了多种底盘主动控制系统。如今，随着科学技术的日益发达，汽车底盘控制技术正不断朝着网络化、智能化、集成化的方向发展着。

一、汽车底盘集成控制结构

    目前，国际上最常采用的控制结构主要有以下两种：

1、集中控制

    所谓的集中控制是指将底盘系统中的所有信息全部汇总到一个控制单元内，进行集中处理，利用全局优化算法对所有的执行器实施统一控制，实现多目标的有效管理。在这种控制方式下，只需一个集中控制器便可对各个子系统进行控制，具有很高的集成度，能够有效缩短车辆的制动距离，减小侧偏角，主动降低驾驶员的人为输入，进而有效保证了汽车底盘的独立控制效果。

2、协调控制

    除了集中控制，我们还应采取必要的协调控制手段，这主要是因为：一方面，控制系统如果是一个完全独立的个体很有可能会产生一些不可预期的干涉，进而影响到其极限性能；另一方面，集中控制本身就具有其固有的缺点。因此，可以先对子控制模块进行独立研发，然后再采取协调控制的方式。可见，协调控制是一种介于独立控制与集成控制之间的一种控制结构，其最大的优势在于能够充分利用各个子控制模块，借助协调控制器实现汽车底盘各个模块之间的协调工作。协调控制器会根据汽车当前的行使状态以及驾驶人的意识判断，将总操作命令分散传达至中间层的每个控制器，随后这些控制器会控制相应的执行器作出反应。简而言之，协调控制器的作用是将总控制任务按一定的要求分配至子系统中，因此，相关研究也主要是围绕如何设计出更加科学合理的分配原则而展开。

二、汽车底盘集成控制发展趋势

    日本是世界上较早开始研究汽车底盘集成控制技术的国家之一，至今已掌握相当成熟的理论水平与实践研究水平，早在 1987年，日本就研制出一款配有集成控制系统的汽车。丰田公司的实验车上装备了四轮驱动、四轮转向、主动悬架等控制系统，控制器能够根据驾驶员的指令，结合车辆运行的规律控制执行器作出对应的反应，实现均衡、优化整车性能指标的最终目的。
    国内公司在车身电子稳定系统的基础上加入主动转向系统，研发出了二代 ESP 系统，集成了制动防抱死系统、弯道辅助照明系统、牵引力控制系统等多个子控制系统。其中一些基础的控制能力可以由对应的底层系统独立处理完成，而转向稳定性能等较为复杂的功能则由总控制层管理。ESPII 可以利用网络来获取有关 ABS、AFS 以及 ESP 等系统的所有信息，发出控制指令。ESPII 相较于 ESP 而言，在性能方面有了很大改善，制动距离缩短，驾驶员转向输入减少，进一步提升了车辆整体的稳定性能。
    世界知名汽车零配件供应商博世公司对于汽车底盘技术也进行了相关研究，由其开发的 VDM 系统在原先动力学控制系统的基础上增加了悬架和转向控制单元，能够将所需的横摆力矩按要求分配至底盘的各个子控制模块当中。

三、汽车底盘最新技术

1. 全电路制动系统

    全电路制动系统是一种新研发出来的制动模式，整体上采用嵌入总线技术，能够与牵引力控制系统、主动防撞系统、防抱死制动系统等多个涉及到汽车安全的子模块控制系统之间形成一种互相协调配合的工作方式。全电路制动系统还可以优化微处理器的传统控制算法，得出更加精确的数据，从而能够更为科学、合理地控制、调整汽车制动系统的工作过程，缩短制动距离，提高整车制动效果，有效加强了车辆制动时的安全稳定性能。该制动系统的工作能源主要来自于电能，利用电磁铁或者电机来驱动制动器工作，所以，从整体上来看，全电路制动系统具有结构简单、易于安装、维修、趋于模块化等独特的有点。

2. 汽车转向系统

    汽车在转向时，通常会存在着不足转向的情况，一般情况下，对于民用车辆而言，轻微的不足转向让车辆在转弯时更加稳定平顺；而当车辆在高速状态下转弯时，有极大地可能性会产生过度转向，具有一定的危险性，利用后轮转向系统能够明显地降低这种行车风险。汽车后轮转向系统主要由传感器、电子控制单元、执行机构等部件组成，其主要功能是根据车辆行驶状态自动地让后轮的横拉杆相对于车身作侧向运动，进而使两个车轮之间产生一定的转向角。通常情况下，后轮转向系统的执行机构根据两个后轮的横拉杆调节机制分为两种：如果横拉杆是由同一个执行机构调节，则为整体式；如果两后轮的横拉杆分别由两个不同的执行机构调节，则为分离式。对于整体式执行机构而言，只需一个位移传感器即可确定汽车两个后轮间的转向角，而分离式的执行机构则至少需要两个位移传感器，涉及到的其他相关元件较多，情况分析复杂，所以目前国际上主流的研发方向是整体式后轮转向系统执行机构。

3. 汽车悬架控制系统

    汽车主动悬架阻尼控制系统主要由车轮以及车身的垂直加速度传感器、阻尼器比例阀、电子控制单元等组成。工作机制是，电子控制单元根据车辆的行使状态和传感器采集到的信号进行计算，得到四个车轮各自悬架阻尼器的最佳的阻尼系数，利用阻尼器比例阀对实际系数作相应调整，直至最优状态，从而为驾驶员及乘客提供更加舒适、稳定、安全的乘坐体验。

4. 汽车底盘的线控技术

    底盘线控技术是指利用电子信号的传输来取代传统的由气动或液压等形式来连接汽车底盘系统的各个部分，如油门拉线、刹车油路、转向器传动机构等等。严格意义上来说，汽车底盘线控不仅仅是取代传统的连接方式，更重要的意义在于改变了原来的操纵机构和操纵方式，进一步改变了汽车内部的传统机构。线控技术的研发促进了汽车底盘控制系统由机械化向电子化的转变，对网络系统的实时性以及可靠性有较高的要求。此外，汽车底盘线控还会设置一些冗余功能，目的在于当车辆发生故障时，该装置仍可继续发挥最基本的功能，充分保障了车辆在行驶时的安全可靠性。

四、结束语

    综上所述，随着社会生产力水平的不断提高，人们对于车辆的舒适性能与安全性能的要求也越来越高，这就要求我们不断提高对汽车底盘集成控制系统的研发水平，在基于两种基本结构的基础上，不断创新拓展设计思路，使汽车底盘技术的研究朝着网络化、集成化、电子化的方向发展。此外，伴随着科学技术日新月异的发展，在电子技术、信息技术以及线控技术的辅助推动下，未来的汽车底盘集成控制技术必将越来越智能化，车辆也会由传统意义上的交通、运输工具逐渐演变为具有承载功能的“机器人”。

作者：杨瑞蔚  来源：科技创新与应用
 

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