启飞汽车

摘要

    随着我国科学技术的快速进步，越来越多的技术开始应用在汽车生产中，并且催生出了更多的新产品，在促进汽车产业发展的同时，也加剧了汽车市场的竞争。面对这种形势，汽车企业要想提高自身的竞争力，最关键的就是要保障汽车的品质和安全性。

一、汽车底盘集成控制的发展 

　　20世纪80年代中期到90年代中期是车辆集成控制的萌芽和起步阶段。四轮转向技术的出现和发展极大地提高了车辆的操纵稳定性，随着研究的不断深入，人们发现在车辆的侧向加速度和车身侧偏角较小的情况下，轮胎的侧偏力和侧偏角处于线性关系，四轮转向或前轮主动转向汽车可以取得良好的操纵稳定性。而当车辆处于紧急工况时，车辆的侧向加速度、车身侧偏角和横摆角速度都比较大，四轮转向汽车的操纵稳定性并不能获得良好的操控性能。因為此时轮胎的侧向受力己经趋于饱和，轮胎侧向力和侧偏角处于高度的非线性关系，单纯依靠车辆的四轮转向系统己经不能有效地增加车辆的侧向力，进而提高车辆的侧向操纵稳定性了。一些日本汽车厂商开始考虑如何将系统与基础的制动驱动系统进行协调。这阶段的研究成果采用的控制方法相对简单，大部分的研究还停留在集成控制概念的提出上，但是为以后的汽车集成控制研究奠定了基础，指引了方向。 

二、汽车底盘集成控制结构
 
1.分散式结构 

　　采用分散式结构时，各个子系统还是处于各自独立控制的状态，通过车载网络彼此合作来实现控制目标。严格意义上，这种结构下只能算多系统的“联合控制”。但是，通过对子系统控制器的重新设计如考虑到其他子系统信息，在一定程度上可达到集成的效果。总的来说，这种方法所能达到的系统集成程度非常有限，主要可在传感器及相关硬件方面进行集成和信息共享。分散式控制结构的优点是简单易于实现，各控制器之间的依赖程度低，一个子系统的故障不会影响到其他系统。但是分散式控制结构扩展性能差，集成控制效果会随着子系统数量的增加而显著下降。 

2.集中式结构
 
　　采用集中式控制结构时，用一个控制单元接受各子系统的传感器的监测输入，通过多目标的全局优化算法计算出所有子系统的控制输入，从而控制所有的执行器。这种控制结构用一个集中控制器替代了各子系统的控制器，集成度很高。由于各系统控制目标需要相互协调，所以集中式结构控制器必需由设备制造商和各供应商协作开发，所以对整个汽车底盘系统的设计在开始阶段就需要全面而充分的论证。因此，一般而言，集中控制的性能较好。但是当整个控制系统涉及范围广且较复杂时，开发难度会非常大。出于成本和可靠性上的考虑，目前并没有出现基于集中式结构的控制器产品。 

3.分层式结构
 
　　考虑到软硬件方面的实现可能性，汽车底盘集成控制目前研究较多的结构方案是介于分散式和集成式结构之间的分层式结构，丰田公司1987年推出的集成控制概念车和通用汽车集成控制理念，都采用这种控制结构。采用分层式结构，各子系统供应商仍主要负责其子系统的设计，其控制目标可以不作变化，而由来负责设计车辆动力学协调控制器或称上层控制器来实现控制。协调控制器的作用一般是根据当前行驶状况求出车辆稳定所需的控制力或力矩，然后将其分配到各个子系统的设定目标状态值，后者对子系统的控制目标作出一定的修正，然后由执行层控制器跟踪调节，子系统的执行机构根据最终控制决策，对控制对象做出相应的动作。 
　　分层式控制结构主要有以下优点： 

3.1可以充分利用现有技术
 
　　集成控制是建立在现存的各自系统之上的，集成控制系统不需要改变现有系统，有很好的可行性。 

3.2系统灵活性好
 
　　协调控制是一种模块化的设计方式，有利于将设计任务分散并行进行。对于子系统来说，基本可以不考虑与其他系统的相互影响，不仅简化了控制器设计初期的工作任务，也在一定程度上降低了系统建模及控制器的阶次 

3.3系统可靠性高
 
　　当某个子系统发生故障时，集成控制器能将控制任务继续分配给其他子系统来达到控制目的，不会造成整个系统的瘫痪。 

三、汽车底盘最新技术
 
1.全电路制动系统（BBW）
 
　　BBW作为一种新型的制动模式，其中文全称是全电路制动系统，它的控制模式中加入了双闭环技术，并且用电能进行完全驱动。制动时，用电动机或电磁铁作用在制动器上，使其动作。作为闭环控制的制动转矩，需要把制动转矩传感器安装在制动器中，制动扭矩的大小便可以被实时监控，并向控制单元传送这些数据。全电路制动系统（BBW）还装有转速传感器，在制动过程中，各车轮的运转过程能实时监控。全电路制动系统具有结构简洁、易于安装和维护等优点。 

2.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。 

3.汽车悬架控制系统
 
　　汽车悬架控制系统主要包括主动悬架阻尼器控制系统（ADC）和主动横向稳定器（ARC）。ADC由电子控制单元、CAN、4个车轮垂直加速度传感器等组成，可以对阻尼器比例阀进行相应的调节，自动调节车高，抑制车辆的变化等，使汽车的悬架系统能更好的保证汽车的舒适性、安全性和稳定性。ARC主要是主动调节稳定杆的左右两端作垂直方向的相对位移，使车身的侧倾角接近零，以提高汽车的舒适性，由于汽车前后的两个主动稳定杆可以调节车身的侧倾力矩的分配比例，从而可以有效调节汽车的动力特性，提高了汽车的安全性和机动性。 

4.汽车底盘网络化技术
 
　　在目前的汽车发展过程中，几乎每辆汽车上都是机械、电子和信息一体化装置，而且在系统中电子和信息部分所起的作用也越来越重要。随着汽车电子装置的不断增加，减少线束是一个关键问题，线路的重量和所占的空间都会降低效率，所以基于串行通信传输的网络结构必然成为一种趋势选择。目前汽车底盘的网络化技术应用比较成熟的有CAN总线等，而无线局域网络在汽车底盘上的应用也在进一步的探索中，蓝牙技术作为一种新的短距离无线通信技术标准，在汽车底盘控制系统的应用中有着巨大的市场潜力，又由于其相对低廉的成本和简便的使用，得到了汽车业界的一致认可，在未来汽车业发展中的应用不可限量。 

四、结束语 

　　现如今，有些汽车底盘的电子控制系统已经发展的相当成熟，比如TCS、ASS、ABS、4W等。随着时间的发展和技术的完善，汽车的结构也在不断地变得复杂，对其性能的要求也在不断地提高，汽车的电子控制系统动力学模型也将向着更加完善的方向发展。 
 
作者：高楷  来源：中国科技博览
 

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