王鵬
摘要:為解決汽車底盤電控系統(tǒng)集成控制問題,本文在介紹汽車底盤各子系統(tǒng)運(yùn)行可能產(chǎn)生的沖突基礎(chǔ)上,提出集成控制策略與俯仰角與動(dòng)位移的控制方法,以期為相關(guān)人員提供參考,使各子系統(tǒng)都能正常動(dòng)作,充分發(fā)揮各自作用功能。
關(guān)鍵詞:汽車底盤;電控系統(tǒng);集成控制
中圖分類號(hào):U463.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1674-957X(2021)10-0223-02
0? 引言
汽車底盤集成了很多電控系統(tǒng),包括ABS系統(tǒng)、ESP系統(tǒng)與ASS系統(tǒng),如何對這些子系統(tǒng)進(jìn)行集成控制,避免不同子系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生相互干擾和影響,需研究并提出一套合理可行的集成控制策略。
1? 子系統(tǒng)沖突
1.1 動(dòng)作耦合與影響
汽車正常行駛狀態(tài)下,ABS系統(tǒng)與ESP系統(tǒng)均不動(dòng)作,只有ASS系統(tǒng)動(dòng)作,對車輛平順性進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于只有一個(gè)系統(tǒng)動(dòng)作,所以各子系統(tǒng)之間無耦合與影響。而汽車在直線制動(dòng)狀態(tài)下,ABS系統(tǒng)與ASS系統(tǒng)動(dòng)作;汽車在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下,ESP系統(tǒng)與ASS系統(tǒng)動(dòng)作;汽車在轉(zhuǎn)彎減速或制動(dòng)狀態(tài)下,ESP系統(tǒng)、ASS系統(tǒng)與ABS系統(tǒng)均動(dòng)作。主要有兩個(gè)及以上子系統(tǒng)同時(shí)動(dòng)作,則就會(huì)存在相互耦合與影響。由于曲線制動(dòng)包含了直線制動(dòng)與轉(zhuǎn)彎兩種工況,所以以下分析這種工況條件下的系統(tǒng)耦合及影響[1]。
汽車行駛時(shí),ASS系統(tǒng)始終處在工作狀態(tài),通過懸架調(diào)節(jié)使車輛保持平順;若駕駛員為轉(zhuǎn)向盤作出一定轉(zhuǎn)角,則ESP系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向力,使車輛開始曲線行駛,使車輛橫擺,系統(tǒng)檢測到衡擺值后,對橫擺動(dòng)作予以控制。ASS系統(tǒng)的主要作用在于改變側(cè)傾剛度,進(jìn)而影響到質(zhì)心側(cè)偏角及橫擺角速度。此時(shí)如果前方存在障礙需要立即制動(dòng),則ABS系統(tǒng)開始動(dòng)作,控制車輛的制動(dòng)。在ABS系統(tǒng)啟動(dòng)后,會(huì)使車輛產(chǎn)生一定俯仰,對前后懸架系統(tǒng)的懸架力分配造成影響,進(jìn)而影響到懸架系統(tǒng)振動(dòng)狀態(tài),使懸架系統(tǒng)的振動(dòng)加速度及撓度都發(fā)生變化。而ASS系統(tǒng)動(dòng)作后,由于對懸架系統(tǒng)的振動(dòng)加速度與動(dòng)撓度進(jìn)行調(diào)節(jié)會(huì)使車輪產(chǎn)生上下跳動(dòng),所以會(huì)使車輛接地性能發(fā)生變化,進(jìn)而引起車輛動(dòng)載荷改變。對于車輛動(dòng)載荷,它是對制動(dòng)力起決定作用的因素[2]。ABS系統(tǒng)主要功能為對滑移率進(jìn)行調(diào)節(jié),最大限度利用制動(dòng)力,避免車輪抱死。ABS系統(tǒng)啟動(dòng)后,由于不同車輪制動(dòng)力矩存在差別,所以可能會(huì)使車輛出現(xiàn)附加橫擺,此時(shí)ESP系統(tǒng)通過控制質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺力矩為制動(dòng)橫擺的控制提供輔助,使車輛處在穩(wěn)定狀態(tài)。ESP系統(tǒng)動(dòng)作時(shí),可能會(huì)使車輪發(fā)生抱死,但ABS系統(tǒng)的介入?yún)s能避免車輪抱死。各子系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)的相互耦合及影響見圖1。
1.2 控制執(zhí)行器干涉
ASS系統(tǒng)通過對簧載和非簧載質(zhì)量之間存在的做動(dòng)力調(diào)節(jié)使車輛保持平順。ABS系統(tǒng)通過對制動(dòng)力調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成制動(dòng)力矩的增加、保持或減小,對制動(dòng)器的動(dòng)作進(jìn)行控制,避免車輪抱死。ESP系統(tǒng)以制動(dòng)器為主要執(zhí)行機(jī)構(gòu),通過對制動(dòng)力的適當(dāng)調(diào)節(jié)使車輪適當(dāng)制動(dòng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對橫擺力矩及質(zhì)心側(cè)偏角的有效控制,避免車輛失控。汽車的ABS系統(tǒng)與ESP系統(tǒng)都以制動(dòng)器為主要執(zhí)行機(jī)構(gòu),但這兩個(gè)子系統(tǒng)的輸入信息及控制目標(biāo)要求完全不同,這就會(huì)使這兩個(gè)子系統(tǒng)存在一定矛盾。如果矛盾出現(xiàn),將在接線情況下導(dǎo)致車輛性能失控,嚴(yán)重時(shí)將由于子系統(tǒng)相互影響,導(dǎo)致車輛失穩(wěn),產(chǎn)生交通事故[3]。
1.3 系統(tǒng)冗余分析
如果各子系統(tǒng)之間只是單純的組合運(yùn)用,分別獨(dú)立控制,則ABS系統(tǒng)與ESP系統(tǒng)都要讀取車速信號(hào),而ABS系統(tǒng)與ESP系統(tǒng)都要通過自身制動(dòng)控制系統(tǒng)為制動(dòng)器傳輸制動(dòng)信號(hào),這樣就會(huì)引起傳感器與線束冗余[4]。
2? 集成控制策略
2.1 集成控制結(jié)構(gòu)
根據(jù)分布式集成控制相關(guān)理論,建立不同子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)機(jī)制,通過協(xié)調(diào)減小不同子系統(tǒng)相互影響,避免沖突和矛盾的發(fā)生,進(jìn)而保證車輛行駛性能對集成控制而言,是核心所在。本次提出如圖2所示的集成控制結(jié)構(gòu)。
從圖2可以看出,對象層級(jí)由ESP系統(tǒng)、ASS系統(tǒng)和ABS系統(tǒng)的作動(dòng)器組成,與各子系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對應(yīng);執(zhí)行層級(jí)由ESP系統(tǒng)、ASS系統(tǒng)和ABS系統(tǒng)的電控系統(tǒng)組成,與各子系統(tǒng)的獨(dú)立控制策略相對應(yīng);協(xié)調(diào)級(jí)用于信息傳遞,為總判器提供各子系統(tǒng)實(shí)際控制狀態(tài),總判器根據(jù)報(bào)告的各子系統(tǒng)狀態(tài)完成裁決之后,通過分派器分派至不同子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器,最終通過協(xié)調(diào)器使各子系統(tǒng)分別執(zhí)行經(jīng)裁決以后的控制,以此重復(fù)循環(huán)[5]。
2.2 總判器的判決機(jī)制
建立判決機(jī)制的主要目的為對各子系統(tǒng)之間的沖突和矛盾進(jìn)行調(diào)節(jié),確保汽車行駛性能始終處在最佳。
在汽車正常行駛過程中,ASS系統(tǒng)單獨(dú)動(dòng)作,使車輛保持平順,此時(shí)需確保該子系統(tǒng)調(diào)控參數(shù)都處于理想值的附近,包括懸架系統(tǒng)動(dòng)撓度與垂向加速度[6]。
在汽車直線制動(dòng)過程中,ABS系統(tǒng)與ASS系統(tǒng)一同動(dòng)作,保證車輛安全,要在避免車輪抱死的同時(shí),確?;坡侍幱谧顑?yōu)值的附近,為盡可能減小ABS系統(tǒng)啟動(dòng)后導(dǎo)致的車身俯仰,以免對前后懸架系統(tǒng)的懸架力分配造成太大影響,還需要對俯仰角進(jìn)行控制,使其達(dá)到最小。另外,為避免由于車輪的動(dòng)荷載降低使地面制動(dòng)力減小,還要對動(dòng)位移進(jìn)行控制,使其處在允許的范圍內(nèi),使車輛良好接地[7]。
在汽車轉(zhuǎn)彎行駛過程中,ESP系統(tǒng)與ASS系統(tǒng)一同動(dòng)作,確保車輛處在穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)要使橫擺角速度與質(zhì)心側(cè)偏角均處于理想范圍之內(nèi)。為了使車輛轉(zhuǎn)彎行駛過程中不會(huì)由于ESP系統(tǒng)控制使車輪被抱死,ABS系統(tǒng)也應(yīng)介入調(diào)控。為避免車輪上下跳動(dòng)導(dǎo)致ABS系統(tǒng)動(dòng)作受到影響,需要對動(dòng)位移進(jìn)行控制,使其處在允許范圍之內(nèi),保證車輛有良好接地性。
在汽車轉(zhuǎn)彎制動(dòng)過程中,ESP系統(tǒng)、ASS系統(tǒng)和ABS系統(tǒng)一同動(dòng)作,保證車輛行駛安全與穩(wěn)定。首先要確保橫擺角速度與質(zhì)心側(cè)偏角都處在允許范圍之內(nèi),其次則要防止車輪抱死,使滑移率處于最優(yōu)值的附近。另外,還要減小ABS系統(tǒng)啟動(dòng)后導(dǎo)致的車身俯仰及動(dòng)位移,因此還要對俯仰角及動(dòng)位移進(jìn)行控制。
根據(jù)以上目標(biāo),將判決規(guī)則確定如下:
①當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角為0,且制動(dòng)踏板力也為0時(shí),汽車正常行駛,ASS系統(tǒng)動(dòng)作,ESP系統(tǒng)與ABS系統(tǒng)不動(dòng)作,將懸架系統(tǒng)的動(dòng)撓度及振動(dòng)加速度控制作為主要目標(biāo)。
②當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角為0,但制動(dòng)踏板力不為0時(shí),汽車處在直線制動(dòng)的狀態(tài),ABS系統(tǒng)與ASS系統(tǒng)動(dòng)作,ESP系統(tǒng)不動(dòng)作,此時(shí)要有控制器對俯仰角及動(dòng)位移產(chǎn)生的變化進(jìn)行監(jiān)控,將滑移率的控制作為主要目標(biāo),并確保俯仰角與動(dòng)位置均處在允許范圍之內(nèi)。
③當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角不為0,但制動(dòng)踏板力為0時(shí),汽車處在轉(zhuǎn)彎的狀態(tài),ESP系統(tǒng)與ASS系統(tǒng)動(dòng)作,ABS系統(tǒng)不動(dòng)作,將質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度控制作為主要目標(biāo),并應(yīng)防止車輪抱死,使動(dòng)位移處于允許范圍之內(nèi)。
④當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角不為0,且制動(dòng)踏板力也不為0時(shí),汽車處在轉(zhuǎn)彎+制動(dòng)的狀態(tài),ESP系統(tǒng)、ASS系統(tǒng)與ABS系統(tǒng)均動(dòng)作,需將滑移率、橫擺角速度與質(zhì)心側(cè)偏角三者的控制作為主要目標(biāo),并確保俯仰角與動(dòng)位移均處于允許的范圍之內(nèi)。
2.3 優(yōu)先級(jí)設(shè)置
為避免ABS系統(tǒng)和ESP系統(tǒng)一同動(dòng)作時(shí)導(dǎo)致執(zhí)行器干涉,遵循安全性大于一切的基本原則,將系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)確定為:優(yōu)先防止車輪被抱死,然后對質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度進(jìn)行控制[8]。
2.4 冗余降解
為防止系統(tǒng)冗余,可采用CAN總線實(shí)現(xiàn)通訊,車輛的各類實(shí)時(shí)信息都通過傳感器傳輸至CAN,然后各控制系統(tǒng)都在CAN中獲得控制參數(shù),同時(shí)將控制指令傳輸至CAN,最后通過CAN為機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送控制指令。
3? 俯仰角與動(dòng)位移的控制
如果車輛產(chǎn)生俯仰,則可通過對前后懸架系統(tǒng)垂向力的調(diào)節(jié)來控制,同樣,動(dòng)位移也可以通過對懸架系統(tǒng)垂向力的調(diào)節(jié)來控制。
控制俯仰時(shí),如果車身處于俯的狀態(tài),則懸架系統(tǒng)的作動(dòng)力會(huì)由于受到路面激勵(lì)因素持續(xù)相應(yīng)而產(chǎn)生正負(fù)變化,此時(shí)應(yīng)使左前與右前方懸架系統(tǒng)向上的作動(dòng)力增大,向下的作動(dòng)力則減小;左后與右后方懸架系統(tǒng)向上的作動(dòng)力減小,向下的作動(dòng)力則增大。如果車身處于仰的狀態(tài),此時(shí)應(yīng)使左前與右前方懸架系統(tǒng)向上的作動(dòng)力減小,向下的作動(dòng)力則增大;左后與右后方懸架系統(tǒng)向上的作動(dòng)力增大,向下的作動(dòng)力則減小。增大或減小的比例需要根據(jù)俯仰程度確定。
控制動(dòng)位移時(shí),為避免車輛產(chǎn)生太大的跳動(dòng),當(dāng)動(dòng)位移處于允許范圍內(nèi)時(shí),ASS系統(tǒng)的懸架作動(dòng)力保持不變;而如果動(dòng)位移增大,則要以動(dòng)位移的方向?yàn)橐罁?jù),若正向偏大,應(yīng)使懸架系統(tǒng)向下的作動(dòng)力增大,向上的作動(dòng)力應(yīng)減小;若負(fù)向偏大,應(yīng)使懸架系統(tǒng)向下的作動(dòng)力減小,向上的作動(dòng)力應(yīng)增大。同樣,增大或減小的比例需要根據(jù)動(dòng)位移偏離程度確定。
4? 結(jié)語
綜上所述,根據(jù)不同子系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)存在的耦合及影響,理清不同子系統(tǒng)之間存在矛盾的影響因素,然后結(jié)合分布式集成控制相關(guān)理論,建立一個(gè)完善的集成控制結(jié)構(gòu)。并以此為基礎(chǔ)明確集成控制的總判規(guī)則,同時(shí)按照具體的控制要求,提出最終的集成控制策略。
參考文獻(xiàn):
[1]曲植.汽車底盤制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和主要故障診斷的分析[J].時(shí)代汽車,2021,10(03):174-175.
[2]陳普照.電子診斷在現(xiàn)代汽車維修新技術(shù)中的實(shí)踐探析[J].時(shí)代汽車,2021,11(01):135-136,154.
[3]馬波.汽車維修新技術(shù)的應(yīng)用研究——以電子診斷技術(shù)為例[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2020,10(23):151-152,11.
[4]楊鑫.計(jì)算機(jī)檢測控制技術(shù)在汽車電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].時(shí)代汽車,2020,12(24):19-20,154.
[5]陸潤明,廖抒華,覃紫瑩,趙國灰.基于Kriging模型的某SUV底盤氣動(dòng)性能分析與優(yōu)化[J].機(jī)床與液壓,2020,48(22):134-139.
[6]徐景越.汽車電控技術(shù)支持下分析現(xiàn)代汽車維修的策略[J].農(nóng)機(jī)使用與維修,2020,10(11):82-83.
[7]焦連岷.汽車運(yùn)用與維修領(lǐng)域1+X證書制度之人才培養(yǎng)方案落地實(shí)施策略[J].汽車維護(hù)與修理,2020,10(08):44-47.
[8]俞珊湖,樓喬卡,傅雪芹.關(guān)于汽車底盤電控技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展的研究[J].科技與創(chuàng)新,2017,12(05):61.