路 平，李葆華，張翔飛

（1.吉利汽車中央研究院，浙江 寧波 315336；2.耀寧科技集團(tuán)，浙江 寧波 315336）

1 綜合控制系統(tǒng)背景及簡(jiǎn)介

為了滿足在復(fù)雜、惡劣工況下的正常行駛要求，一些具備特種用途的硬派越野車型（以下簡(jiǎn)稱特種車輛），都會(huì)配備油氣懸架系統(tǒng)、輪胎中央充放氣系統(tǒng)、四驅(qū)系統(tǒng)以及差速鎖系統(tǒng)。

綜合控制是通過(guò)對(duì)車輛動(dòng)力傳動(dòng)、懸架、輪胎中央充放氣、主動(dòng)轉(zhuǎn)向以及主動(dòng)制動(dòng)等子系統(tǒng)的全面協(xié)調(diào)控制，使各個(gè)子系統(tǒng)圍繞特種車輛性能目標(biāo)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)車輛全面綜合控制、提高機(jī)動(dòng)能力、保障行駛安全。同時(shí)，外接遙控系統(tǒng)或自主控制系統(tǒng)后，車輛無(wú)需改裝能實(shí)現(xiàn)車輛遙控控制或無(wú)人自主駕駛。傳統(tǒng)車輛與具備綜合控制系統(tǒng)的車輛駕駛方式對(duì)比，見(jiàn)圖1。

圖1 傳統(tǒng)車輛與具備綜合控制系統(tǒng)的車輛駕駛方式對(duì)比

綜合控制系統(tǒng)可以針對(duì)動(dòng)力工況、續(xù)航工況、越野工況、沙地工況、冰雪工況等，有針對(duì)性地進(jìn)行一體化匹配調(diào)教，解決傳統(tǒng)特種車輛動(dòng)力傳動(dòng)模式單一，無(wú)法滿足多種機(jī)動(dòng)工況對(duì)動(dòng)力特性的不同需求。

綜合控制系統(tǒng)可以通過(guò)子系統(tǒng)的技術(shù)提升，實(shí)現(xiàn)車輛上差速鎖的動(dòng)態(tài)行車鎖止與解鎖功能、油氣懸架的行車高度控制與阻尼實(shí)時(shí)控制功能、中央充放氣系統(tǒng)的行車胎壓充放氣控制功能，用于解決特種車輛的部分機(jī)動(dòng)性操控轉(zhuǎn)換需停車設(shè)置且時(shí)間長(zhǎng)、連續(xù)復(fù)合工況下機(jī)動(dòng)速度低等問(wèn)題。

綜合控制系統(tǒng)可以通過(guò)模式預(yù)設(shè)已經(jīng)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的行駛工況，進(jìn)行自動(dòng)辨識(shí)，以工況性能需求為宗旨，快速調(diào)用各子系統(tǒng)進(jìn)入特定運(yùn)行模式，提高對(duì)復(fù)合工況機(jī)動(dòng)性能需求的快速適應(yīng)能力。傳統(tǒng)特種車輛則存在機(jī)動(dòng)性配置豐富，設(shè)置組合上百種，對(duì)駕駛?cè)藛T的車輛性能理解和操作技巧要求高的問(wèn)題。

綜合控制系統(tǒng)可以通過(guò)與整車子系統(tǒng)進(jìn)行總線數(shù)據(jù)和控制指令對(duì)接，設(shè)計(jì)統(tǒng)一的信息交換接口與協(xié)議，能夠與遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)及自主無(wú)人系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)特種車輛底盤(pán)全線控化，以適應(yīng)未來(lái)使用環(huán)境下的高度信息化和智能化的需求，打造高機(jī)動(dòng)性線控底盤(pán)。

2 綜合控制系統(tǒng)對(duì)車輛及子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求

2.1 應(yīng)具備整車統(tǒng)一控制單元及全線控化底盤(pán)，可以實(shí)現(xiàn)車輛遙控控制或無(wú)人自主駕駛

為實(shí)現(xiàn)外接遙控控制系統(tǒng)或自主控制系統(tǒng)后，車輛無(wú)需改裝能實(shí)現(xiàn)車輛遙控控制或無(wú)人自主駕駛，車輛綜合控制系統(tǒng)應(yīng)具備統(tǒng)一的整車控制單元以及全線控化底盤(pán)，為滿足基本行駛需求，至少應(yīng)包括線控化動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、線控化制動(dòng)系統(tǒng)以及線控化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，為了進(jìn)一步提高車輛機(jī)動(dòng)性能，還應(yīng)包括線控化懸架系統(tǒng)以及線控化中央充放氣系統(tǒng)。同時(shí)，整車控制單元應(yīng)具備可靠、高效的信息接口與交換協(xié)議，與外接系統(tǒng)之間進(jìn)行充分的信息與指令交互，并依據(jù)外接系統(tǒng)的控制指令，與車輛各線控子系統(tǒng)進(jìn)行控制指令與信息狀態(tài)交換，對(duì)車輛關(guān)鍵子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)同控制，完成外接系統(tǒng)控制需求。

2.2 適應(yīng)復(fù)雜多工況的動(dòng)力傳動(dòng)與制動(dòng)協(xié)同控制功能

為實(shí)現(xiàn)外接系統(tǒng)控制模式下的遙控控制或無(wú)人自主駕駛，整車控制單元必須能夠針對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)與制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)同控制，滿足外接系統(tǒng)控制下的車速閉環(huán)控制，更重要的是要符合特種車輛應(yīng)用工況特點(diǎn)，針對(duì)越野地面、陡坡、復(fù)雜地形等特殊工況，動(dòng)力傳動(dòng)與制動(dòng)協(xié)同控制能夠克服特殊工況下的隨機(jī)或突變擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地形地貌下的行駛車速穩(wěn)定閉環(huán)控制。

同時(shí)，針對(duì)多場(chǎng)景應(yīng)用的需求，動(dòng)力傳動(dòng)與制動(dòng)協(xié)同控制還應(yīng)具有經(jīng)濟(jì)模式和動(dòng)力模式。在執(zhí)行非緊急但路程遠(yuǎn)的任務(wù)時(shí)，可采用經(jīng)濟(jì)模式控制行駛車速，以提高車輛的巡航里程；在執(zhí)行緊急任務(wù)時(shí)，可采用動(dòng)力模式控制行駛車速，提高車輛的速度響應(yīng)。

2.3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)具備主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制功能

為實(shí)現(xiàn)外接系統(tǒng)控制模式下的遙控控制或無(wú)人自主駕駛，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)具備主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制功能，實(shí)現(xiàn)遙控控制駕駛模式下的車輛轉(zhuǎn)向操縱，實(shí)現(xiàn)遙控駕駛意圖。同時(shí)，在外接無(wú)人系統(tǒng)控制指令下，按照指令進(jìn)行方向盤(pán)轉(zhuǎn)角閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤功能。

2.4 懸架系統(tǒng)應(yīng)具備車高、阻尼及剛度控制功能

為滿足特種車輛在越野、公路、復(fù)雜地形工況下的機(jī)動(dòng)能力多樣化需求，懸架系統(tǒng)應(yīng)具備車高、阻尼及剛度控制功能。①在公路行駛工況下，隨著行駛車速提高，車身高度應(yīng)當(dāng)逐步降低以提高操縱穩(wěn)定性，在進(jìn)行緊急轉(zhuǎn)向或緊急制動(dòng)時(shí)，阻尼應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)以改善車輛的瞬態(tài)響應(yīng)，更進(jìn)一步提高操縱穩(wěn)定性；②在越野行駛工況下，車身高度控制應(yīng)保證合理的離地間隙，并預(yù)留適當(dāng)?shù)膽壹軌嚎s和伸張行程，以緩和不平路面沖擊，同時(shí)，阻尼實(shí)施調(diào)節(jié)以快速衰減車身振動(dòng)，改善行駛平順性，提高越野機(jī)動(dòng)速度；③在復(fù)雜地形工況下，車身高度控制應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步增大離地間隙，改善車輛的通過(guò)性參數(shù)，提高復(fù)雜地形通過(guò)能力，同時(shí)，在機(jī)動(dòng)運(yùn)輸工況，車身高度控制應(yīng)當(dāng)盡可能低，以滿足運(yùn)載工具對(duì)車高的限制；④同時(shí)，當(dāng)車輛上裝對(duì)車輛平臺(tái)有姿態(tài)精度需求時(shí)，懸架系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車身姿態(tài)主動(dòng)調(diào)平，并實(shí)現(xiàn)剛度閉鎖，以保證在受到相應(yīng)沖擊載荷時(shí)，減少車身姿態(tài)動(dòng)態(tài)變化。

2.5 應(yīng)具備輪胎壓力可調(diào)的中央充放氣系統(tǒng)

為滿足特種車輛在多種地形地面上行駛的機(jī)動(dòng)能力需求，中央充放氣系統(tǒng)應(yīng)能夠在外接系統(tǒng)或整車單元控制下，主動(dòng)調(diào)整輪胎壓力。在泥塘、水田、沙漠、沙灘等松軟地面以及冰雪濕滑等低附著硬地面，中央充放氣能夠降低輪胎壓力，增大輪胎接地面積，提高附著能力，提高車輛在松軟、濕滑等復(fù)雜地面上的機(jī)動(dòng)能力。

2.6 應(yīng)具有安全合理的外接系統(tǒng)控制模式

接入外接系統(tǒng)后，特種車輛存在3種駕駛模式，可以在駕駛員駕駛模式、遙控駕駛模式和無(wú)人駕駛模式之間轉(zhuǎn)換。為了避免駕駛模式轉(zhuǎn)換突兀，給整車安全性帶來(lái)嚴(yán)重威脅，有必要針對(duì)各種駕駛模式的信息監(jiān)管、優(yōu)先級(jí)及控制權(quán)限進(jìn)行合理設(shè)定，才能實(shí)現(xiàn)外接系統(tǒng)與車輛綜合控制系統(tǒng)的有機(jī)融合。

2.7 應(yīng)具有安全高效的外接系統(tǒng)接口與信息交換協(xié)議

特種車輛綜合控制系統(tǒng)的接口與信息交換涉及整車控制單元與遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)、整車控制單元與自主無(wú)人駕駛系統(tǒng)以及整車控制單元與底盤(pán)關(guān)鍵子系統(tǒng)控制單元之間的數(shù)據(jù)信息和控制指令交互，總線通信網(wǎng)絡(luò)具有多層級(jí)、多單元的特點(diǎn)，應(yīng)該針對(duì)綜合控制系統(tǒng)與外接系統(tǒng)的控制模式，合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)接口與信息交換協(xié)議的層級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)接口與信息交換協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)，有助于綜合控制系統(tǒng)與外接系統(tǒng)信息交互的無(wú)縫連接以及車輛平臺(tái)各子系統(tǒng)之間的狀態(tài)信息共享和綜合協(xié)調(diào)控制。

2.8 應(yīng)具有一定的行車安全控制技術(shù)

相比于人員駕駛，外接系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙控駕駛或自主無(wú)人駕駛所能獲取的車輛狀態(tài)信息以及駕駛環(huán)境信息是有限的。遠(yuǎn)程遙控駕駛和自主駕駛往往只關(guān)注車輛行車路線的控制，而缺乏像駕駛員一樣的對(duì)車輛運(yùn)行安全性的本能綜合感知。尤其是車輛重心位置高，在高速行駛過(guò)程中或者復(fù)雜越野地面上，外接系統(tǒng)的不當(dāng)轉(zhuǎn)向或加速操作，都有可能導(dǎo)致車輛超出安全行駛極限，造成側(cè)滑、甩尾甚至翻車等危險(xiǎn)情況發(fā)生。因此，整車控制單元有必要針對(duì)車輛的行駛安全性進(jìn)行綜合評(píng)估，實(shí)時(shí)掌握車輛平臺(tái)的行車安全裕度，為行車安全控制提供重要參考。圖2為綜合控制系統(tǒng)對(duì)車輛及子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。

圖2 綜合控制系統(tǒng)對(duì)車輛及子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求

3 特種車輛綜合控制系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在遙控或自主無(wú)人駕駛模式下，綜合控制系統(tǒng)整車控制單元通過(guò)信息交換接口與協(xié)議與遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)及自主無(wú)人駕駛系統(tǒng)進(jìn)行相互通信，傳遞車輛狀態(tài)信息并接受行駛控制指令，進(jìn)而協(xié)調(diào)控制動(dòng)力傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向及制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛的精確駕駛，并通過(guò)中央充放氣及懸架系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制提升車輛的機(jī)動(dòng)性和安全性。

在駕駛員駕駛模式下，可以對(duì)人機(jī)操作界面或操縱機(jī)構(gòu)，將操作信號(hào)經(jīng)由整車控制單元傳遞給底盤(pán)各關(guān)鍵子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的直接操縱與駕駛。

在任何駕駛模式下，行車安全評(píng)估與控制策略實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛總體狀態(tài)并結(jié)合車輛駕駛指令，預(yù)測(cè)車輛行車安全狀態(tài)，對(duì)即將有可能發(fā)生的翻車、側(cè)滑等危險(xiǎn)工況，協(xié)調(diào)控制各子系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)，降低危險(xiǎn)工況發(fā)生概率。

按照以上綜合控制系統(tǒng)總體功能需求，綜合控制系統(tǒng)總體框架如圖3所示。

圖3 綜合控制系統(tǒng)總體框架

4 小結(jié)

綜上所述，綜合控制系統(tǒng)可以為特種車輛提供具有復(fù)合工況自適應(yīng)能力的機(jī)動(dòng)性控制策略、提供全駕控模式下的安全性主動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制、提供具有通用性的高機(jī)動(dòng)線控底盤(pán)，接入外掛系統(tǒng)無(wú)需改裝即可自主行駛。