殷國(guó)鑫,石昊昱,雷 鈞,韋 峰（云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,昆明 650500）

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汽車底盤電控技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展研究

殷國(guó)鑫,石昊昱,雷 鈞,韋 峰
（云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,昆明 650500）

摘 要：對(duì)于汽車最為重要的部分之一，汽車底盤扮演了非常重要的角色。電控技術(shù)在汽車底盤中運(yùn)用廣泛，當(dāng)前汽車底盤常見的電控系統(tǒng)主要有：自動(dòng)變速器、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、電控防滑驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）。用高速局域網(wǎng)絡(luò)CAN將兩個(gè)或多個(gè)底盤電子控制系統(tǒng)結(jié)合起來,對(duì)底盤實(shí)現(xiàn)多層面控制,將成為現(xiàn)代汽車底盤電控技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：汽車底盤；電控技術(shù)；現(xiàn)狀與發(fā)展

1 汽車底盤電控理論基礎(chǔ)

對(duì)于汽車最為重要的部分之一，汽車底盤扮演了非常重要的角色。汽車底盤電控技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展，不論在汽車行駛安全性、動(dòng)力性還是在乘坐舒適度方面都發(fā)揮著不可替代的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球市場(chǎng)對(duì)汽車電控系統(tǒng)需求量最大的是兼具安全性和舒適性的電子系統(tǒng)，其中大部分是電子底盤控制系統(tǒng)。汽車底盤使得駕駛者可作出加速、減速以及轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。在整個(gè)駕駛過程中，駕駛員通過汽車中的轉(zhuǎn)向盤、制動(dòng)踏板、油門對(duì)整個(gè)行駛過程進(jìn)行有效控制。駕駛員一系列的操作通過前輪的轉(zhuǎn)向角及車輪上的驅(qū)動(dòng)力矩或制動(dòng)力矩進(jìn)行具體的執(zhí)行，真正起作用的是輪胎的縱向力和側(cè)向力。

2 汽車底盤常見的電控系統(tǒng)

伴隨著人們對(duì)車輛的穩(wěn)定性、安全性能和乘坐舒適性等方面逐漸提出更多的要求，為了進(jìn)一步提高汽車的易操作性、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和安全性能，電子控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了汽車底盤中。

2.1 電控自動(dòng)變速器

電控自動(dòng)變速器的應(yīng)用使得汽車在行駛過程中能夠根據(jù)實(shí)際行駛情況進(jìn)行變速器的檔位自動(dòng)變換，具有駕駛更加省力、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命更長(zhǎng)、起步加速更加平穩(wěn)、有效避免過載以及發(fā)動(dòng)機(jī)熄火等優(yōu)點(diǎn)。目前，市面上的自動(dòng)變速器主要有一下三種：電控機(jī)械式自動(dòng)變速器、液力-機(jī)械式自動(dòng)變速器、電控機(jī)械式無級(jí)變速器（CVT）。

電子控制在自動(dòng)變速器上的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了汽車行駛過程中的自動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)，自動(dòng)變速器電子控制通過動(dòng)力傳動(dòng)控制模塊接收來自汽車上各種傳感器的電子信號(hào)輸入，根據(jù)汽車的使用工況對(duì)這些信息處理來決定液力自動(dòng)變速器運(yùn)行工況。按照這些工況，來控制變速器的升檔和降檔及換檔感覺。自動(dòng)變速器主要運(yùn)用電子氣動(dòng)換擋裝置，傳統(tǒng)汽車?yán)脵C(jī)械換擋桿與變速器構(gòu)件進(jìn)行連接，而利用這種電子控制裝置取代機(jī)械裝置，通過氣動(dòng)伺服閥氣缸以及電磁閥來進(jìn)行控制，能夠簡(jiǎn)化操作者的手動(dòng)操控，同時(shí)發(fā)揮汽車最佳的安全性能和動(dòng)力性能。

2.2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為ABS，是英文“Anti-lock Brake System”的縮寫。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)在汽車制動(dòng)中起到了重要的作用，對(duì)制動(dòng)器動(dòng)力進(jìn)行制動(dòng)控制，防止車輪抱死，保證汽車車輪與地面之間的附著力保持最大值狀態(tài)。ABS主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是減少汽車輪胎路損情況，二是當(dāng)汽車處于緊急制動(dòng)情況下時(shí)依然能夠進(jìn)行方向的操縱，三是在汽車緊急制動(dòng)過程中游俠防止車輛甩尾以及側(cè)滑的發(fā)生，四是最大限度縮短制動(dòng)距離以及制動(dòng)時(shí)間。

針對(duì)ABS的研究，重點(diǎn)是其系統(tǒng)控制方法的研究。針對(duì)自動(dòng)剎車防抱死系統(tǒng)的控制策略主要是運(yùn)用邏輯門限值進(jìn)行控制的方法，不需要具體建立數(shù)學(xué)模型。在這種控制方法下，能有效地進(jìn)行系統(tǒng)的非線性控制，通過控制汽車的滑移率門限值和車輪的角加速度與減速度進(jìn)行車輛制動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)汽車的自動(dòng)剎車防抱死技術(shù)[3]。

2.3 電控防滑驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

電控防滑驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最主要的作用是調(diào)節(jié)汽車驅(qū)動(dòng)車輪牽引力，以此來控制驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)，又被稱為牽引力控制系統(tǒng)（Traction Control System），簡(jiǎn)稱為TCS。如果汽車在弱附著或者軟附著的界面進(jìn)行加速或起步，由于只能從界面獲得很低的附著力，小于車輪獲得的驅(qū)動(dòng)力，車輪往往會(huì)發(fā)生滑轉(zhuǎn)，這種情況會(huì)導(dǎo)致車輛的加速性能和起步穩(wěn)定性大打折扣。而電控防滑驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠分析車輪的滑轉(zhuǎn)情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)施加到車輪上的驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行控制，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出進(jìn)行及時(shí)控制火勢(shì)對(duì)滑轉(zhuǎn)的車輪施以制動(dòng)力，通過TCS的控制能夠有效降低驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)幾率，以此避免汽車行駛穩(wěn)定性以及牽引力的下降，從而能夠保障車輛在弱附著或者軟附著的界面的行駛穩(wěn)定性和牽引通過性。

2.4 懸架系統(tǒng)

懸架系統(tǒng)是連接車輪與車身之間全部部件以及零件的總稱。懸架系統(tǒng)主要由減振器、彈簧(例如螺旋彈簧、板簧、扭桿等等)以及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)這三個(gè)部分共同組成。懸架系統(tǒng)能夠有效的降低、抑制車輪與車體之間的振動(dòng)與動(dòng)載，保證汽車在行駛過程中的平順性以及穩(wěn)定性。

電子控制懸架系統(tǒng)包括主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架兩種，主動(dòng)懸架能夠有效改善汽車的乘坐舒適度和安全性能，成為汽車電控懸架系統(tǒng)的 主要發(fā)展目標(biāo)。電控主動(dòng)懸架又包括電控主動(dòng)液壓懸架和電控空氣懸架這兩種。電控主動(dòng)液壓懸架通過伸縮液壓減震器，根據(jù)車載電腦計(jì)算的懸架加速度使得車輛在行駛過程中保持平衡。電控空氣懸架通過感應(yīng)路面狀況以及自身受到的作用力，能夠及時(shí)進(jìn)行空氣減震器的摩擦和剛度的控制，以保證整個(gè)過程中車輛始終保持在可接受的范圍之內(nèi)發(fā)生適度震動(dòng)。[5]這兩種主動(dòng)懸架都是通過對(duì)減振器阻尼以及懸架剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，抑制車身的震動(dòng)，同時(shí)能夠調(diào)節(jié)車身的高度，對(duì)被動(dòng)懸架局限區(qū)域進(jìn)行突破，令汽車懸架特性能夠與道路狀況相適應(yīng)，從而保證了汽車行駛過程的平順性以及操縱穩(wěn)定性。

2.5 汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）

汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為ESP，是Electronic Stability Programme的縮寫。汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)可以幫助汽車駕駛者有效避免汽車出現(xiàn)的不穩(wěn)定狀況。ESP是基于ABS系統(tǒng)開發(fā)而來的，可以對(duì)緊急駕駛工況例如駕駛員慌亂反應(yīng)等進(jìn)行有效識(shí)別，同時(shí)通過向單個(gè)車輪施以制動(dòng)并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行有效干預(yù)，以此保證汽車的穩(wěn)定性。汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)能夠?qū)硐朕D(zhuǎn)向角、輪速差異、側(cè)向力以及橫擺角度等信號(hào)進(jìn)行有效綜合，并對(duì)汽車失控狀態(tài)快速判斷，并及時(shí)發(fā)揮作用使汽車穩(wěn)定下來。

汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)利用傳感器感知以及算法分析將監(jiān)測(cè)到的汽車的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與操作員期望獲得的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行比較，當(dāng)二者相差過大時(shí)，便會(huì)主動(dòng)進(jìn)行控制，主要是調(diào)節(jié)施加在車輪上的縱向的作用力，改變橫擺力矩，從而使汽車發(fā)生適當(dāng)?shù)臋M擺運(yùn)動(dòng)，使車輛調(diào)整到操作員期望獲得的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。尤其是當(dāng)車輛行駛在彎道上時(shí)，如圖所示，為了使車輛調(diào)整到操作員期望獲得的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，ESP系統(tǒng)會(huì)控制車輪的前后軸的側(cè)向力，改變汽車的橫擺力矩，使汽車發(fā)生橫擺，實(shí)現(xiàn)方向的有效控制[5]。

3 汽車底盤電控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

汽車底盤各個(gè)電控系統(tǒng)之間相互聯(lián)系并相互依賴，彼此之間相互影響。汽車控制效果的不斷優(yōu)化、資源不斷節(jié)約以及控制系統(tǒng)可靠性不斷提高將成為未來汽車的重要發(fā)展方向。

雖然電控自動(dòng)變速器、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、電控防滑驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（TCS）、懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)和汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）等這些電子控制技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用和研究，為汽車電控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為了打開一個(gè)廣闊的前景，對(duì)提高車輛的性能也發(fā)揮了不可替代的作用，然而汽車畢竟作為一個(gè)整體，其性能將依賴于各個(gè)系統(tǒng)的共同運(yùn)轉(zhuǎn)，如果依然保持現(xiàn)在這樣各個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立工作的狀態(tài)，任由不同的系統(tǒng)之間互相影響和制約，無疑不利于汽車整體性能的提升，每個(gè)電控系統(tǒng)也在互相的約束下無法發(fā)揮最大的效率。這樣一來，汽車（特別是汽車底盤）中各電控系統(tǒng)的集成了成為了當(dāng)下研究的焦點(diǎn)。

考慮到未來汽車發(fā)展勢(shì)必要求汽車整體性能的提升，汽車（特別是汽車底盤）中各電控系統(tǒng)的集成將成為不可避免的發(fā)展方向。因此，利用高速局域網(wǎng)絡(luò)CAN將汽車電控系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)汽車底盤多層面控制將成為現(xiàn)代汽車底盤電控技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介：殷國(guó)鑫（1986-），男，云南昆明人，本科，講師，研究方向：汽車運(yùn)用技術(shù)。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.180