摘 要：文章簡要介紹了汽車底盤集成控制技術(shù)中兩種較為常見的基本結(jié)構(gòu)和發(fā)展趨勢，并深入探討了目前國內(nèi)外最新的一些汽車底盤技術(shù)，以期為今后的汽車底盤優(yōu)化設(shè)計與研發(fā)工作提供可靠的參考建議。

關(guān)鍵詞：汽車底盤；集成控制技術(shù)；發(fā)展趨勢；優(yōu)化設(shè)計；多目標(biāo)

引言

汽車底盤的核心功能是根據(jù)駕駛員的判斷意識對車輛進行相應(yīng)的控制，如加速行駛、緩速慢行、轉(zhuǎn)向等等。目前汽車底盤控制技術(shù)最主要的發(fā)展方向是集成控制，主要體現(xiàn)為對集成控制的對象、策略、網(wǎng)絡(luò)以及技術(shù)等方面的研究，對于汽車的舒適性能與制動性能有著重要的影響作用。汽車底盤集成控制主要包括制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、油門系統(tǒng)等等。自上世紀八十年代以來，人們一直致力于研究如何讓汽車底盤的各項指標(biāo)更加均衡，進而提高汽車底盤系統(tǒng)的整體性能，成功研發(fā)出了多種底盤主動控制系統(tǒng)。如今，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)達，汽車底盤控制技術(shù)正不斷朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化的方向發(fā)展著。

1 汽車底盤集成控制結(jié)構(gòu)

目前，國際上最常采用的控制結(jié)構(gòu)主要有以下兩種：

1.1 集中控制

所謂的集中控制是指將底盤系統(tǒng)中的所有信息全部匯總到一個控制單元內(nèi)，進行集中處理，利用全局優(yōu)化算法對所有的執(zhí)行器實施統(tǒng)一控制，實現(xiàn)多目標(biāo)的有效管理。在這種控制方式下，只需一個集中控制器便可對各個子系統(tǒng)進行控制，具有很高的集成度，能夠有效縮短車輛的制動距離，減小側(cè)偏角，主動降低駕駛員的人為輸入，進而有效保證了汽車底盤的獨立控制效果。

1.2 協(xié)調(diào)控制

除了集中控制，我們還應(yīng)采取必要的協(xié)調(diào)控制手段，這主要是因為：一方面，控制系統(tǒng)如果是一個完全獨立的個體很有可能會產(chǎn)生一些不可預(yù)期的干涉，進而影響到其極限性能；另一方面，集中控制本身就具有其固有的缺點。因此，可以先對子控制模塊進行獨立研發(fā)，然后再采取協(xié)調(diào)控制的方式?？梢?，協(xié)調(diào)控制是一種介于獨立控制與集成控制之間的一種控制結(jié)構(gòu)，其最大的優(yōu)勢在于能夠充分利用各個子控制模塊，借助協(xié)調(diào)控制器實現(xiàn)汽車底盤各個模塊之間的協(xié)調(diào)工作。協(xié)調(diào)控制器會根據(jù)汽車當(dāng)前的行使?fàn)顟B(tài)以及駕駛?cè)说囊庾R判斷，將總操作命令分散傳達至中間層的每個控制器，隨后這些控制器會控制相應(yīng)的執(zhí)行器作出反應(yīng)。簡而言之，協(xié)調(diào)控制器的作用是將總控制任務(wù)按一定的要求分配至子系統(tǒng)中，因此，相關(guān)研究也主要是圍繞如何設(shè)計出更加科學(xué)合理的分配原則而展開。

2 汽車底盤集成控制發(fā)展趨勢

日本是世界上較早開始研究汽車底盤集成控制技術(shù)的國家之一，至今已掌握相當(dāng)成熟的理論水平與實踐研究水平，早在1987年，日本就研制出一款配有集成控制系統(tǒng)的汽車。豐田公司的實驗車上裝備了四輪驅(qū)動、四輪轉(zhuǎn)向、主動懸架等控制系統(tǒng)，控制器能夠根據(jù)駕駛員的指令，結(jié)合車輛運行的規(guī)律控制執(zhí)行器作出對應(yīng)的反應(yīng)，實現(xiàn)均衡、優(yōu)化整車性能指標(biāo)的最終目的。

國內(nèi)公司在車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，研發(fā)出了二代ESP系統(tǒng)，集成了制動防抱死系統(tǒng)、彎道輔助照明系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)等多個子控制系統(tǒng)。其中一些基礎(chǔ)的控制能力可以由對應(yīng)的底層系統(tǒng)獨立處理完成，而轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性能等較為復(fù)雜的功能則由總控制層管理。ESPII可以利用網(wǎng)絡(luò)來獲取有關(guān)ABS、AFS以及ESP等系統(tǒng)的所有信息，發(fā)出控制指令。ESPII相較于ESP而言，在性能方面有了很大改善，制動距離縮短，駕駛員轉(zhuǎn)向輸入減少，進一步提升了車輛整體的穩(wěn)定性能。

世界知名汽車零配件供應(yīng)商博世公司對于汽車底盤技術(shù)也進行了相關(guān)研究，由其開發(fā)的VDM系統(tǒng)在原先動力學(xué)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了懸架和轉(zhuǎn)向控制單元，能夠?qū)⑺璧臋M擺力矩按要求分配至底盤的各個子控制模塊當(dāng)中。

3 汽車底盤最新技術(shù)

3.1 全電路制動系統(tǒng)

全電路制動系統(tǒng)是一種新研發(fā)出來的制動模式，整體上采用嵌入總線技術(shù)，能夠與牽引力控制系統(tǒng)、主動防撞系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)等多個涉及到汽車安全的子模塊控制系統(tǒng)之間形成一種互相協(xié)調(diào)配合的工作方式。全電路制動系統(tǒng)還可以優(yōu)化微處理器的傳統(tǒng)控制算法，得出更加精確的數(shù)據(jù)，從而能夠更為科學(xué)、合理地控制、調(diào)整汽車制動系統(tǒng)的工作過程，縮短制動距離，提高整車制動效果，有效加強了車輛制動時的安全穩(wěn)定性能。該制動系統(tǒng)的工作能源主要來自于電能，利用電磁鐵或者電機來驅(qū)動制動器工作，所以，從整體上來看，全電路制動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝、維修、趨于模塊化等獨特的有點。

3.2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

汽車在轉(zhuǎn)向時，通常會存在著不足轉(zhuǎn)向的情況，一般情況下，對于民用車輛而言，輕微的不足轉(zhuǎn)向讓車輛在轉(zhuǎn)彎時更加穩(wěn)定平順；而當(dāng)車輛在高速狀態(tài)下轉(zhuǎn)彎時，有極大地可能性會產(chǎn)生過度轉(zhuǎn)向，具有一定的危險性，利用后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠明顯地降低這種行車風(fēng)險。汽車后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制單元、執(zhí)行機構(gòu)等部件組成，其主要功能是根據(jù)車輛行駛狀態(tài)自動地讓后輪的橫拉桿相對于車身作側(cè)向運動，進而使兩個車輪之間產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)向角。通常情況下，后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)兩個后輪的橫拉桿調(diào)節(jié)機制分為兩種：如果橫拉桿是由同一個執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)，則為整體式；如果兩后輪的橫拉桿分別由兩個不同的執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)，則為分離式。對于整體式執(zhí)行機構(gòu)而言，只需一個位移傳感器即可確定汽車兩個后輪間的轉(zhuǎn)向角，而分離式的執(zhí)行機構(gòu)則至少需要兩個位移傳感器，涉及到的其他相關(guān)元件較多，情況分析復(fù)雜，所以目前國際上主流的研發(fā)方向是整體式后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)。

3.3 汽車懸架控制系統(tǒng)

汽車主動懸架阻尼控制系統(tǒng)主要由車輪以及車身的垂直加速度傳感器、阻尼器比例閥、電子控制單元等組成。工作機制是，電子控制單元根據(jù)車輛的行使?fàn)顟B(tài)和傳感器采集到的信號進行計算，得到四個車輪各自懸架阻尼器的最佳的阻尼系數(shù)，利用阻尼器比例閥對實際系數(shù)作相應(yīng)調(diào)整，直至最優(yōu)狀態(tài)，從而為駕駛員及乘客提供更加舒適、穩(wěn)定、安全的乘坐體驗。

3.4 汽車底盤的線控技術(shù)

底盤線控技術(shù)是指利用電子信號的傳輸來取代傳統(tǒng)的由氣動或液壓等形式來連接汽車底盤系統(tǒng)的各個部分，如油門拉線、剎車油路、轉(zhuǎn)向器傳動機構(gòu)等等。嚴格意義上來說，汽車底盤線控不僅僅是取代傳統(tǒng)的連接方式，更重要的意義在于改變了原來的操縱機構(gòu)和操縱方式，進一步改變了汽車內(nèi)部的傳統(tǒng)機構(gòu)。線控技術(shù)的研發(fā)促進了汽車底盤控制系統(tǒng)由機械化向電子化的轉(zhuǎn)變，對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實時性以及可靠性有較高的要求。此外，汽車底盤線控還會設(shè)置一些冗余功能，目的在于當(dāng)車輛發(fā)生故障時，該裝置仍可繼續(xù)發(fā)揮最基本的功能，充分保障了車輛在行駛時的安全可靠性。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會生產(chǎn)力水平的不斷提高，人們對于車輛的舒適性能與安全性能的要求也越來越高，這就要求我們不斷提高對汽車底盤集成控制系統(tǒng)的研發(fā)水平，在基于兩種基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，不斷創(chuàng)新拓展設(shè)計思路，使汽車底盤技術(shù)的研究朝著網(wǎng)絡(luò)化、集成化、電子化的方向發(fā)展。此外，伴隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，在電子技術(shù)、信息技術(shù)以及線控技術(shù)的輔助推動下，未來的汽車底盤集成控制技術(shù)必將越來越智能化，車輛也會由傳統(tǒng)意義上的交通、運輸工具逐漸演變?yōu)榫哂谐休d功能的“機器人”。

參考文獻

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作者簡介：楊瑞蔚（1977，10-），男，籍貫：廣西鐘山，學(xué)歷：本科，工作單位：柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：汽車工程技術(shù)。