启飞汽车

摘要

    汽车底盘系统由多个子系统构成，具有结构复杂、非线性特点。在汽车行驶过程中，需要各个子系统之间协调配合，才能实现对汽车的有效控制。以往对于汽车底盘系统的研究大多都是以某一子系统为重点研究对象进行的，这样不利于从整体上对汽车底盘系统各子系统之间进行控制，因而本文从多个子系统出发对底盘系统协调控制进行研究。

一、汽车底盘各系统之间的关系

    汽车底盘系统各子系统之间存在着相互制约、相互影响的关系，基于这一关系，对汽车底盘系统进行力学分析，为汽车底盘系统分层式协调控制研究奠定基础。
    制动系统，当汽车制动时，同时受到制动器与地面制动两种制动力的作用，使车速、制动减速度发生变化。在制动过程中，受惯性作用汽车做俯冲运动，并对地面产生垂直方向的荷载，此时汽车前后轮胎的受力会发生改变，进而影响到汽车底盘系统对悬架系统的控制，影响汽车系统运行稳定性。
    悬架系统，当汽车在地面上行驶时，由于受地面的作用会在垂直方向上产生运动，此时若存在纵向加速度，汽车就会沿着行驶方向向前俯冲，若存在侧向加速度，汽车就会向侧面向上倾斜，使轮胎发生位移，进而影响汽车制动效果和转向。
    转向系统，通过控制方向盘、改变转矩，进而改变轮胎与地面之间的侧向力，产生侧向加速度，使汽车实现转向。但由于行驶状态中的汽车存在惯性，且惯性与悬挂质量之间的连接是非刚性的，这样在侧向加速度的作用下，汽车就会发生侧倾，影响悬架系统控制。从以上几种系统及其相互之间关系分析来看，侧向力、纵向角速度、制动减速度、侧偏角、荷载、惯性等都会给行驶中的汽车产生影响，因而需要进行分层式协调控制，以减小各系统之间的相互影响。

二、汽车底盘系统分层式协调控制

1.系统状态分析

    根据汽车在正常行驶过程中，转弯、制动是常见状态，各项指标是控制和显示汽车状态的重要元素，因而本文决定从制动状态、转弯状态和各项指标几方面来对汽车底盘系统分层式协调控制相关内容进行分析。在汽车底盘系统分层控制中，集成控制器发挥着至关重要的作用，它对汽车半主动悬架系统等系统的控制主要是通过调整轮胎在滑动过程中所产生横摆角速度与位移在响应时所产生的角速度增益与俯仰角大小，并将调整后的值传送给底盘系统对应的各分层系统，从而实现对汽车的协调控制。

2.各系统分层式协调控制设计

    根据不同系统作用和影响的不同，对各子系统进行分别设计。对于制动系统，汽车滑移速率是关键，鉴于滑移速率与轮胎侧偏角存在一定关系，侧偏角越大滑移速率越大，应构建滑速率与侧偏角关系函数，这样可以实现汽车制动距离的最短。但由于纵向力的存在，侧向力会减小，侧向力减小轮胎侧偏角就会减小，且汽车的横向稳定性与转向响应也会受到不利影响，因而构建滑移速率与侧偏角关系函数时应对路面状况与汽车行驶状态进行充分考虑，对汽车制动时速进行充分考虑，依据路况情况、状态变化和制动时速对加速度、行驶速率等相关变量进行合理选取。
    对于悬架系统，减震器阻尼大小是其控制的关键。在汽车底盘系统中，悬架系统的主要作用是让汽车车身动态随着汽车行驶过程中荷载的变化而变化，即根据荷载变化调整车身动态，以保持轮胎与地面之间始终存在一定摩擦力。在悬架系统中对减震器阻尼大小进行调整，对车身动态进行调整，使汽车在地面上获得相应的制动力，保持稳定的行驶状态。
    对于转向系统，需要充分考虑其与制动系统之间的制约关系，根据制动系统影响对转向系统控制指令(制动力矩、助力等)进行调整。根据转向系统与制动系统之间的关系公式

    合理设置控制指令。其中，J 为性能指标，J 1 值设定为 0． 65，J 2 值设定为 0． 35，W 1 为横摆角速度增益，即响应方差，W 2 为滑移速率方差。当 J 值大于 0 时，受制动影响地面对汽车的侧向附着力减小，汽车转向响应也减小;当 J 值小于 0 时，受纵向垂直荷载影响，轮胎侧偏角减小，汽车产生转向趋势，但汽车转向力与地面侧向附着力都是正常的，此时转向系统控制功能的发挥主要是通过改变电机助力来实现的。经这样设计后，汽车底盘系统就可以实现分层式协调控制。

三、结语

    综上所述，根据汽车底盘系统各子系统之间的关系，对底盘系统进行分层式协调控制，可以有效改善汽车制动、转动之间的矛盾，提高汽车行驶平顺性、控制协调性与转动稳定性，提升汽车整体综合性能，增加汽车行驶安全性，对减少交通事故发生，保障汽车安全行驶具有重要现实意义。

作者：石正鹏 来源：科技展望
 

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