基于汽车底盘集成控制与最新技术研究

鲁秀伟 古红晓 陶松

奇瑞商用车(安徽)有限公司 安徽省芜湖市 241000

1 引言

汽车控制技术最早出现在20世纪70年代，而随着技术的发展，电子控制系统的广泛应用也让汽车上的电子线路模式相对复杂，所以，这也要求我们应该从系统工程的角度对汽车的控制进行重新思考，让多个子系统间能够形成协调配合，按照不同的性能要求展开控制，让汽车底盘的质量问题得到解决。

2 整车模型的建立过程

2.1 悬架建模

悬架建模需要考虑到模板定义悬架的拓扑结构，在不同的刚体之间按照实车来建立其内部的相互约束关系，并定义某些关键参数与悬架和其它部件之间的信息交换平台。

例如以减震器与弹簧为例，其在仿真中的精确度要求较高，在计算当中会将弹簧与减震器看做是线性指标。但实际上弹簧和减震器是非线性，所以仿真结果可能会出现偏差。所以，采用属性文件的方式来对其属性重新定义，可以让仿真结果更加属实，符合实际研究的要求。

2.2 转向系统

转向系统应该考虑到本身的性质。以齿轮-齿条式转向系统为例，方向盘、输出轴、转向齿条、传动轴与横拉杆成为了转向系统的主要构成模式，转向系模型的构建也需要以此为基础而展开。

2.3 轮胎模型

对于汽车的稳定性来说，轮胎质量发挥着重要的作用，汽车的稳态响应是否稳定，需要从轮胎模型的角度展开分析，所以，为了让仿真结果的精度有所保障，更加接近于实际情况，就需要合理分析影响汽车操控稳定性能的影响因素[1]。例如在ADAMS的软件当中，应该调用相关的函数，包括耐久性分析轮胎模型、稳定性分析轮胎模型。前者可以通过魔术公式模型来实现，以三角函数的组合形式来模拟实验数据，纵向力可以表达为：

以此为基础建立的轮胎模型可以用公式来明确表达其力学特性，不同的参数拥有的物理意义可以通过轮胎模型的差异来进行表示，可以快速地确定拟合精度与初值。所以在ADMAS中，可以先对轮胎质量进行定义，然后对其属性文件进行定义，包括轮胎滚动半径、外倾角刚度、轮胎其它、滚动阻力系数等，并建立轮胎模型，结合与其相适应的路面谱决定。

2.4 动力模型

动力模型需要根据ADAMS提供的模型来进行参数修改，以手动挡车型为例，离合器承载能力、离合器刚度、发动机转速、变速器档位传动比等，都应该成为模型分析的内容。此外，在车轮上设计了制动装置，装置包括制动盘与制动钳两个主要部分，在制动时，制动力的大小可以通过设置的参数来进行计算。

2.5 整车仿真分析

为了更好地分析整车的仿真性能，就需要对其制动性能与行驶性能展开分析。当汽车在匀速价驾驶的前提下，如果制动踏板踩死，此时车辆的制动性能与行驶性能计算就显得非常重要。实验中通过模拟驾驶员控制文件来实现对输入量的控制，然后将复杂的工况进行分解，通过相应的数据块来分析如何展开控制。驾驶员控制文件中，也需要控制好车辆初始速度、仿真参数、变速器状态等[2]。

3 汽车底盘集成控制系统分析

为了提升汽车性能，底盘主动控制系统开始研发，按照类型差异，可以划分为制动、悬架、转向、驱动等各个部分，而各个控制系统在控制目标上有所差异，例如四轮转向的控制目标是维持车辆稳定，主动悬架则是控制车辆的舒适程度。同一个控制目标可以由多个操作系统来实现，但需要考虑存在基于反馈的控制系统冗余度问题。相比于传统的控制系统，基于汽车底盘的集成控制系统能够克服系统间存在的冲突，通过制动力控制来改进车辆的横向运动。

3.1 结构研究

具体集中控制结构模式可以通过图1来表示。

如图1所示，集中控制利用一个控制单元来对所有信息进行汇总，然后结合子系统的状态与传感器信息，利用全局优化算法来统一控制执行，集中控制器可以取代原有子系统的控制器。但集中控制在设计控制器时需要考虑到设计难度问题，因而也出现了如图2所示的协调控制结构模式。

图2所示的结构模式克服了集中控制系统中的性能问题与缺陷，利用不同的子控制模块来实现集成底盘控制系统[3]。该系统的最大优势在于有效地利用了所有的控制模块，并且在子模块的基础上增加了协调控制器，可以充分调动子系统的工作。例如，系统可以结合车辆的行驶状态与路线规划等信息，将信息数据安排至不同的控制器当中，控制器再实现对于执行器的控制。

3.2 系统控制方案

汽车的子系统间相互影响，在整体系统的设计当中也应该高绿道这一点。例如在汽车悬架与控制系统当中就应该具体分析不同参数间产生的间接影响，而子系统各自的控制器也应该从结构上进行协调和控制。对于汽车底盘悬架系统来说，在地面制动力的影响之下，汽车的制动距离、车速始终处于变化状态，由于制动减速度的影响，动载荷位移的产生与汽车车速的降低必然导致白噪声路面处于时变转台，此时汽车悬架的控制器也应该在控制模式上进行转变[4]。

基于这一原因，按照集成控制两种结构的不同特征，可以设定两种不同方案，一是对ABS系统与主动悬架分别设计控制器，实现控制参数与系统的协调控制；二是将制动系统与悬架系统的模型融合，集中进行系统设计。通过具体的研究后，也不难看出在车辆底盘集成控制的工作当中需协调好汽车制动系统与悬架系统的相互影响问题，一方面保障汽车的稳定性与行驶性能，另一方面则保障制动的安全性。

4 结语

研究对底盘集成的相关内容与控制技术进行了研究，并结合ADAMS来建立了整体的虚拟模型，根据模拟的结果分析了车辆的行驶性能与制动性能，在未来的虚拟样机上假装控制系统后，试验结果分析也能为后续的研究提供数据资料。结果表明，基于集成控制思想能够更好地协调汽车制动系统与悬架系统，综合控制效果与性能也比多个系统简单相加要更有效。但我们需要注意到底盘集成控制作为一项系统化工程，在未来的研究过程中还可以重点结合传动系统与转向系统进行技术研究，并考虑到某些参数可能发生的转变，减少控制效果与数据产生的误差。