汽车主动悬架与转向系统的集成控制

2018-12-05严斌

汽车与驾驶维修(维修版) 2018年5期

关键词：子系统悬架姿态

严斌

（郑州宇通客车股份有限公司技术研究部 450000)

1 构建系统模型

因汽车姿态的变化，汽车在制动或者转向的过程中，汽车轮胎在垂直方向的荷载会产生显著变化，这就会影响汽车的稳定与制动等性能。构建汽车的动态荷载数学模型，可以促进模型准确性的提升[1]。

为对汽车悬架、制动及转向系统之间的关系进行研究，构建12自由度的汽车模型，12个自由度分别是2个车轮转动、4个垂向运动，其他6个自由度分别为汽车侧倾运动、俯仰、垂直、横摆、纵向及横向。

2 控制策略设计思路

2.1 主动悬架控制器

使用最优的主动悬架控制器，在设计主动悬架时其性能指标应当包含以下几个：第一，悬架行程，这会影响汽车的姿态、布置以及结构等；第二，汽车车身的垂向振动加速度，该指标主要体现乘车的舒适程度；第三，汽车轮胎的动荷载，该指标体现的是轮胎的接地性。

2.2 设计制动控制系统的控制器

对制动系统采用较为普遍的逻辑门限制进行控制，其控制参数为滑移率。对当前汽车车轮的滑移率进行计算，并且将其和之前设定的门限值做对比，进而根据对比结果对制动液压控制系统进行减压或者增压。

2.3 设计汽车转向系统的控制器

进行转向控制通常使用的是PID控制器，该控制器简单实用，应用非常广泛。利用微积分以及比例等计算偏差信号，之后开展加权计算，获得相应的转向控制信号，进而将其输送给对象模型。

2.4 对协调控制器进行设计

对汽车动力集成控制而言，现阶段比较好的结构方案是分层控制，分层控制不会对子系统独立控制设计造成影响，还可以将各子系统的优势进行整合。协调控制器主要功能有以下2点：第一，结合目前汽车行驶的情况对汽车稳定需要的力矩、控制力进行计算，进而对子系统控制目标进行修正；第二，提供控制策略之间进行切换的指令。

（1）防抱死制动系统（ABS）、主动悬架一起工作的工况。汽车在制动过程中，其动态轴荷会产生一定改变，造成汽车制动力矩产生波动，最后对ABS控制系统性能产生不良影响。但是主动悬架控制器能够降低减振器的阻尼力，对汽车俯仰运动具有抑制作用，促使ABS系统控制器一直处于良好的工作状态，能够增加汽车制动性能。

在汽车处于正常行驶情况时，主动悬架控制系统根据随机最优的方法实施控制，将乘坐的舒适性作为目标，对汽车垂向动力学进行相应的改善。如果处于危险情况，将行驶安全性作为目标，协调控制器能够把主动悬架控制从舒适性转为抓地性，进而促使汽车车轮的滑移率达到最优，确保汽车的制动性能。

（2）电动助力转向系统、主动悬架一起工作的工况。在转向过程中，汽车会产生倾斜，对汽车车身的姿态产生一定影响，如果汽车倾侧角过大，极有可能会导致侧翻等问题的发生。而主动悬架能够对汽车车身姿态进行改善，进而使得汽车转向过程中的稳定性增加。可以把汽车车身倾侧角视为主动悬架系统对转向产生的扰动，协调控制器能够对转向盘转角、倾侧角大小进行监控，对主动悬架阻尼力、电动助力进行合理的调节。这样，就可以使汽车车身的倾侧角、横摆角速度保持稳定，促使车身姿态维持平直，确保车辆转向性能。同时，也可以降低汽车倾侧角的改变以及垂向加速度，降低道路表面不平造成汽车姿态的改变，增加车辆的稳定性和平顺性。

（3）电动助力转向系统、主动悬架和ABS系统一起工作的工况。汽车转弯制动较为常见，制动、转向系统在地面附着力方面存在矛盾，极易造成急转、侧滑等问题的发生，特别是路面湿滑的时候。这时对制动系统而言，转向盘的转角会导致车轮产生侧偏角，在纵向力、侧向力的影响下，会影响滑移率、纵向加速度。在侧向力影响下，汽车会产生抱死问题，进而对ABS、制动过程的调节产生影响[2]。