汽车底盘控制技术的现状与发展趋势研究

【摘要】近年来，汽车底盘控制技术应用越来越广泛的现状，本文将从汽车底盘控制技术的现状，汽车底盘技术的优化设计，汽车底盘新技术的发展方向等方面进行分析探讨，希望对该领域的研究提供一定的借鉴。

【关键词】汽车，底盘，控制技术，现状，发展趋势

中图分类号：F407.471文献标识码： A

一、前言

关于我国汽车底盘控制技术的现状与发展趋势的研究在我国相关领域一直占据着十分重要的地位，虽然已经取得了一定的成绩，但在实际应用，特别是我国汽车底盘控制技术的现状与发展趋势研究中还存在着一定的问题，有必要从汽车底盘控制技术的现状，汽车底盘技术的优化设计，汽车底盘新技术的发展方向等方面进行更加深入的探讨。

二、汽车底盘控制技术的现状

1.汽车制动和驱动的电子控制系统

目前的汽车制动和驱动电子控制系统包括汽车防抱死制动系统（antilock brake system）、牵引力控制系统（traction control system）、汽车动力学电子稳定控制系统 （electronic stability program）。汽车防抱死制动系统是在传统的制动系统里串联进去了制动压力调节装置，但是传统的制动系统无需进行改动，即使汽车防抱死制动系统发生了故障，传动制动性能也能发挥正常的作用。此外，汽车防抱死制动系统对其他系统的依赖性较低，也正因为如此，汽车防抱死制动系统成为在电子控制的汽车里应用最为成功的典范。牵引动力控制系统是在汽车防抱死制动系统的基础上发展起来的，不单单要使汽车防抱死制动系统的制动压力调节装置得到拓展，且需要发动机电子管理系统的有机配合。汽车动力学电子稳定控制系统比汽车防抱死制动系统和牵引力控制系统有更多的传感器，从而实现了识别驾驶员对汽车的期望和得知汽车的实际运动状态，提高了汽车的方向稳定性。

2.汽车转向系统电子控制

汽车转向系统的电子控制主要是借助了对车轮转向角的电子控制来达到对汽车转向的控制。目前主要的汽车转向系统有主动前轮电动助力转向系统（electric power steering）、主动前轮叠加转向系统（active front steering）、后轮转向系统 （rear wheel steering）等。主动前轮电动助力转向系统使驾驶员操纵轻便，路面对转向盘的冲击也大为减小，而且转向盘还具有自动回正的能力。主动前轮叠加转向系统的执行机构由电动机、自锁式蜗轮蜗杆机构、行星齿轮机构几部分组成，当主动前轮叠加转向系统出现故障的时候，电动机会自动锁止，而传统的转向系统仍然能发挥其正常作用。后轮转向系统能让两只后轮的横拉杆相对于车身作侧向运动，从而让两只后轮产生一转向角度，在配合汽车动力学电子稳定控制系统的基础上，能保持汽车方向的稳定性，而且还使前轮制动力最大限度地发挥出来，大大提高汽车的制动性能。

3.汽车悬挂系统的电子控制

汽车悬挂系统的电子控制是借助对车悬挂元件的特性进行干预和调节，从而使汽车动力学控制得以实现。目前，汽车悬挂系统的电子控制主要有主动悬挂阻尼器控制系统（active damping control）、主动横向稳定器（active roll control）。主动悬挂阻尼器控制系统能使汽车的舒适性、安全性和稳定性得到进一步改善，汽车的动载振幅和车身垂直加速度降到了最低。主动横向稳定器可以根据具体情况对每个横向稳定杆施加一个初始侧角或者一个初始侧力矩，而且所施加的初始侧角或初始侧力矩是可以连续变化的，同时可以对汽车动力特性进行有效调节，使汽车的安全性和机动性得到较大提升。

4.汽车底盘线控技术

所谓线控就是指用电子信号的传送取代过去由机械、液压或气动的系统连接的部分，如换档连杆、转向器传动机构等，它不仅是取代连接，而且包括操纵机构和操纵方式也发生了变化，这种技术的应用，将改变汽车的传统结构。线控技术的结构简单，不仅减少了制造成本，同时也减少了底盘所需的空间，增加了乘坐空间，而且可以进行灵敏的控制。由于线控技术是通过电动机驱动的，在电动机反转的时候则变成了发电机，那么在制动过程中，就会有一部分能量转化为电能储存起来，可以通过GPS的处理，由卫星直接提供控制信号，这样，既为汽车的防盗提供了保障，又为实现无人驾驶提供了技术支持。当前，线控技术的应用还不是十分的广泛，但是其发展空间却是非常广阔，随着电子设备可靠性的提高和相应技术的发展，将来对线控技术的应用一定会更广泛。

5.汽车底盘集成化技术

ABS/ASR装置的集成成功的解决了汽车在制动和驱动时的方向稳定性问题，但是，对于汽车转向行驶时的方向稳定性问题还是没有保障。而ESP的传感器看可以用来监控汽车的形式状态和驾驶者的操控动作，从而刹住车轮，为汽车校正行驶方向，保证率汽车转向时可以维持稳定。所以ABS/ASR/ESP集成系统的应用，在制动、加速和转向方面都极大的满足了驾驶员的稳定性要求，对汽车的主动行驶安全有着较大的贡献。

三、汽车底盘技术的优化设计

1.底盘动力系统模型

汽车底盘的很多子系统的局部性能都可以利用电子控制技术来改善，由此而产生的四类控制技术，其中ABS是比较典型的单功能控制系统。为构建底盘的动力模型，优化汽车底盘各子系统之间的联系，结合目前汽车电子系统和集成系统的模型发展情况，建立底盘集成控制动力学模型。如图1所示。

针对底盘控制系统动力学关系，悬架和轮胎是决定行驶系统的动力学模型的关键，关系到汽车行驶的平滑性和操作稳定性。ASS系统具备二自由度和四自由度两种动力模型。随着对车体舒适度的考虑，经过研究，随后出现了六、八自由度动力学模型。因此，本文首先构建了轮胎模型的10自由度非线性车辆模型，并依此优化了汽车底盘主动转向，主动悬架的逻辑控制以及制动控制，最终通过模型检测控制系统的协调功能。

2.控制器稳定性协调

总结汽车底盘的发展历史，其主要包括三个阶段：单控制功能系统、线控技术、集成控制系统。综合考虑，最终选用了汽车底盘的集成控制技术。

MPC控制器可以对MIMO系统进行处理，但并不具备协调功能，本文选用常用的监督系统来进行机制协调。AFS与DYC的协调表现在目标函数中，包括横摆角速度偏差、质心侧偏角偏差、前轮附加转角、附加横摆力矩的权重系数。综合考虑各个因素，最合理的途径是通过车辆状态对权重系数进行实时调整，对于不敏感的控制量加大惩罚系数，最后计算反馈矩阵。对于车辆在稳态时，利用中央差速器转向控制来补偿悬架导致的转向。中央差速器的具体数值如表1所示。

3.主动悬架系统的协调设计

本文以自动悬架为研究对象，利用步进电机改变液压阻尼减振器的节流口，自动调节减振器的阻尼。观察传感器的记录情况分析车体与路况，经过综合处理后，可以自动分析最优的控制模型，传导到智能系统。消息路由器可将多种信息源融合成最终的决策，并依此设计步进电机的步进方向和步距角，达成悬架自动适应路况的目标。

4.转向系统设计

本文利用直流电机提供转向助力调整电动助力转向。与悬架智能体结构相比，电动助力转向智能体的不同是利用转向的直流电机代替步进电机，主要是对加在转向盘上的动力大小和方向进行控制。最终的决策可利用消息路由器传递给悬架，转向系统等智能体，达成各个汽车子系统的协调配合，缓解驾驶员的驾驶强度。

四、汽车底盘新技术的发展方向

随着汽车底盘中的转向控制系统、主动悬架控制系统、线控制动系统、底盘线控系统，以及连续控制底盘系统等新技术在汽车制造中的广泛应用，技术的不但成熟，汽车的安全性能、舒适程度都得到了很大的改善，那么这些新技术的集成融合，形成整体的汽车底盘智能控制系统必然成为未来汽车底盘技术的发展方向，在集成化方面，未来的发展方向主要体现在ABS/ASR/ESR的集成和ABS/ASR/ACC集成两个方面，并成为主要趋势。

五、汽车底盘控制技术发展趋势

1.网络化和全局协调化底盘电子控制

汽车底盘各控制系统之间的关系是相互联系、相互依赖、相互影响的，随着汽车底盘控制系统的发展，汽车底盘各系统之间的联系也会越来越紧密。未来的汽车底盘在控制效果、节约能源、控制可靠性等将会得到进一步优化，高速的局域网络以及多个底盘电子控制系统将会充分结合起来，从而达到多层面控制，如第二代ESP系统、全方位底盘控制、汽车开放性系统构架等都代表了未来汽车底盘的发展趋势。

2.汽车底盘线控技术的研发和实践

汽车底盘线控技术的特点是：操纵机构与执行机构没有机械联合和机械能量传递；驾驶员操纵指令是由传感元件而来，并通过网络传递给电子控制器和执行机构；执行机构完成操纵指令是借助外来能源完成，其具体的过程与结果会受到电子控制器的监测和控制。汽车底盘线控技术主要有线控转向系统（steer by w ire）和线控制动系统（brake by w ire）。

六、结束语

综上所述，加强我国汽车底盘控制技术的现状与发展趋势研究的探析分析，对于提高整个汽车底盘控制技术的现状与发展趋势研究技术领域乃至整个汽车领域的技术水平都具有十分重要的意义，因此在今后的研究中，应该更加重视对我国汽车底盘控制技术的现状与发展趋势研究的探讨。

参考文献：

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