汽车底盘电控系统集成控制策略研究

徐卫亮　滑文山　孙向威

摘 要：汽车底盘电控系统作为整个汽车系统的重要组成部分，其电控系统控制策略会直接影响汽车的行驶安全性与稳定性。而集成控制策略在汽车底盘电控系统中的应用可以有效保障汽车行驶安全性与性能。本文通过对汽车底盘电控系统架构进行分析，探索出汽车底盘电控系统集成控制策略，并通过集成控制在采埃孚车辆底盘电控系统与某汽车底盘电控系统中的应用案例分析，明确集成控制策略在实践中的应用效果与价值，可以为汽车底盘电控系统集成控制的研究与实践提供借鉴与参考。

关键词：汽车底盘 电控系统 集成控制策略

随着汽车安全事故频发，人们对汽车行驶的安全性与可靠性要求日益提高。汽车底盘电控系统直接关系到汽车行驶安全与稳定性，而传统的单系统控制方式已经无法满足汽车整体性能需求，集成控制策略的应用逐渐成为汽车底盘电控系统发展的必然趋势，并在汽车行驶安全性与稳定性中发挥出至关重要的作用。对此，通过深入探讨汽车底盘电控系统集成控制策略与应用案例，对提高汽车底盘电控系统的性能与稳定性具有重要意义。

1 汽车底盘电控系统架构

1.1 防抱死制动系统（ABS）

ABS系统主要通过电子控制单元实时监控车轮速度、自动调节制动压力来控制车轮传动状态，避免车轮抱死出现安全事故。其主要借助车轮上的传感装置监测车轮是否出现抱死情况，一旦监测到车轮即将抱死，会相应减小制动压力。在汽车底盘安装ABS系统的功能主要包括：一是提高制动效果。由于该系统在车轮即将抱死时迅速调节制动压力，确保车轮适当保持旋转增强驾驶员操控性能。二是提高操控性能。在紧急制动或高速行驶时，ABS系统可以保持车辆的操控性能，让驾驶员更好控制车辆。三是减少刹车磨损。由于ABS系统可以有效防止车轮抱死，在一定程度上可以降低刹车片磨损，延长刹车系统的使用寿命[1]。

1.2 电子稳定系统（ESP）

ESP属于复合型系统，主要依托传感器与控制技术动态监测汽车运行状态与驾驶员操控指令。一旦监测到车辆不稳定运行或驾驶员操控指令与实际情况不符，该系统会主动干预制动系统与发动机管理系统，帮助驾驶员控制车辆。该系统的主要功能包括：一是增强车辆控制的稳定性。ESP系统主要通过监测车辆横摆角速度、横向加速度与转向角等参数，判断车辆是否失控，一旦检测车辆即将失控，会自动调整制动系统与发动机管理系统，确保车辆稳定性。二是防止侧滑与翻滚。ESP系统可以通过控制车轮制动与发动机扭矩，帮助驾驶员有效避免侧滑或翻滚等危险情况。

1.3 主动悬架系统（ASS）

ASS系统是汽车底盘电控系统中的先进悬挂系统，主要通过传感器、控制单元与 执行器等部件实时监测汽车行驶状态与驾驶员操控指令，以此自动调整悬挂阻尼与高度。同时，可以通过调整减震器与空气弹簧部件实现以下功能：一是改善乘坐舒适度。ASS系统可以降低车身震动程度，确保车身的稳定性，可以让乘车人员感受更加舒适的乘坐体验。二是提高车身稳定性。ASS系统通过自动调节悬挂高度与刚度，可以保持车身的稳定性与平衡性，提高车辆行驶安全性。

2 汽车底盘电控系统集成控制策略

2.1 分散式控制

分散式控制是汽车底盘电控系统集成控制中的主要方式之一，可以向汽车底盘电控系统的不同控制单元与模块实施分散控制，这种控制方式主要是将汽车底盘电控系统划分成多个子系统，划分好每个子系统的功能与运行职责，通常可以分为悬挂系统控制功能、抓地力控制功能与制动系统控制功能等。在这一控制策略中，每个子系统配备各自的控制器，具有独立运行与执行来自传感器信息的功能，并根据传感器信息实施相应的控制策略。这种控制策略可以显著提高汽车底盘电控系统的可靠性与容错性，有利于电控系统的扩展与升级。然而这一控制策略中也存在一定的不足之处，一是各子系统之间的协调与信息传输需要额外的开销，并且各子系统之间的相互通信与协调运作具有较高的复杂性，容易出现相互影响与相互干扰的情况。二是针对汽车底盘电控系统集成控制而言，需要对其进行统一调度与协调指挥，才能够确保各子系统之间的互动操作与运行一致性。对此，在汽车底盘电控系统的集成控制中，分散式控制策略仍然是未来一个重要探索领域，还需要在不断优化各子系统协调与互通传输机制技术上，提出更加具有针对性与完善的控制策略[2]。

2.2 集中式控制

集中式控制是汽车底盘电控系统集成控制策略之一，其将底盘各子系统通过总线连接到中央控制器，由中央控制器统一协调与控制。中央控制器具备集成多个算法的功能，能处理各子系统传感器数据，制定相应的集成控制策略，并将指令发送给各子系统。这一策略的优势在于减少线束、降低系统复杂性、提高控制精度和响应速度。中央控制器与各子系统之间可以凭借高速总线进行信息交互传递，实时获取车辆行驶状态与传感器相关数据，并通过预设的控制算法对各子系统进行精准控制，有利于实现底盘整体性能的优化，增强车辆的操控性与安全性。然而在这一控制策略中也存在诸多不足，一是由于所有控制指令与任务集中在中央控制器上，对其数据集成算法与处理分析能力提出更高要求。二是中央控制器在这一控制策略中起到关键性作用，一旦出现故障或者失效情况，将会牵一发而动全身，导致整个底盘电控系统故障而无法正常运行。对此，在集成控制中，还需要进一步对集中式控制策略进行研究，需要解决的关键问题包括中央控制器的高效算法设计、实时性等。为了确保各子系统之间的协调控制，还需要确保中央控制器的性能不断优化，建立完善的各子系统之间的通信协议与数据交换规范，确保数据传输的准确性与实时性，从而有效提高底盘电控系统运行的安全性与可靠性[3]。

2.3 分层式控制

分层式控制是汽车底盘电控系统集成控制中的常用控制策略，其将控制功能分为多个层级进行逐层控制，主要分为4个层次结构，如图1所示。一是传感器层。其主要职责是采集与传输底盘电控系统各部件传感器数据，包括ASS系统传感器、ABS系统压力传感器等监测的实时数据。二是执行层。其主要职责是执行控制指令，对底盘电控系统各个执行部件进行控制，包括ASS系统执行器、ABS系统制动器等。三是中间层。其主要职责是对各子系统传感器的数据进行处理分析，并根据设置的算法与策略自动生成控制指令，提高底盘电控系统的稳定性与安全性。四是高层控制层。其主要职责是实施整体控制决策，根据底盘电控系统的目标与外部环境变化情况，计算出最优控制指令。这一控制策略的优势在于针对不同子系统特性与需求制定个性化控制策略，实现各子系统之间的协调配合。但也存在一些不足，首先，需要设计相应的通信机制与协议机制来实现不同层次之间的信息交互傳输与协调运行。其次，在高层控制层算法与策略设计中应综合考量底盘电控系统的多个子系统互动性与相互影响情况。对此，在集成控制中，还需要进一步对分层式控制中的各层级进行功能优化与协调处理，并设计出针对性强与可信性的控制算法，确保汽车底盘电控系统能够高效、安全运转[4]。

2.4 优化设计控制器

控制器在汽车底盘电控系统中扮演关键角色，对提升汽车性能、确保运行可靠性和安全性具有重要作用。控制器的主要职责是监测和控制底盘电控系统的各个组件和部件设备，确保它们能协同工作。在集成控制中，优化设计控制器需考虑多个方面。一是全面了解底盘电控系统的功能需求、应用目标等，如提高车辆行驶安全性与稳定性、提高车辆制动效果等，并根据这些功能需求与应用目标制定出对应的控制算法与控制策略。二是配备相匹配的电子元件。在控制器优化设计时，配备与之相匹配的电子元件，其主要负责监测与响应底盘运行状态的变化。其中传感器主要用于监测车辆行驶状态、速度、加速度等参数，执行器主要用于执行控制算法指令来调整底盘电控系统的参数，确保车辆安全、稳定行驶，处理器主要用于对传感器各种参数数据进行处理分析，及时发现异常情况，并自动生成控制指令。三是合理选择与优化信号处理算法。在选择与优化信号处理算法时，应综合考虑传感器监测的数据，并根据目标控制策略自动生成相应的控制信号指令。例如，在选择使用模糊逻辑控制算法时，应考虑到传感器输入参数与规则的差异性，以此合理调整ASS系统与ABS系统的参数。

2.5 提升算法稳定性

汽车底盘电控系统集成控制中，选择与优化设计合适的控制算法是提高车辆稳定性的关键，同时也有利于底盘电控系统集成控制效率的提升。一是优化控制算法。在选择与优化设计控制算法时，应选择与设计对参数变化不敏感、适应不同工况变化的算法。并且可以改进与完善算法的收敛速度与优化参数，提高算法的处理效率与抗干扰能力。根据汽车驾驶具体情况与电控系统集成控制功能需求来选择合适的优化算法。二是结合电控系统特点优化设计算法。在电控系统模型与控制理论支持下，应全面了解汽车底盘电控系统的特点、功能需求、应用目标与约束条件，通过建立数学模型方式动态分析汽车底盘电控系统集成控制流程，以此选择合适的算法来提高稳定性。三是综合考虑算法的实时性与可行性。由于集成控制策略应用在实时环境中，需要对车辆状态快速响应。对此，选择与优化算法时应重点考量其计算效率与适应性，以便让控制器能够实时监测与调整底盘电控系统参数，从而生成相对应的控制指令，提升算法的稳定性。

3 汽车底盘电控系统集成控制案例分析

3.1 采埃孚车辆底盘集成控制案例

采埃孚是传统老牌底盘件供应商，在底盘相关系统专业领域具有广泛和深厚的技术积累，并且在底盘系统相关产品中有全面覆盖，如前轮转向系统、制动系统、悬架系统等。采埃孚研发出自己的车辆底盘电控系统集成控制协调器，能够在车辆移动出行中起到承上启下的作用。针对整个车辆底盘电控系统而言，最上层为感知觉层，其主要职责是对传感器信息进行处理与分析，并对相关的控制算法进行决策，计算出期望的车辆运动目标。感知决策者包括辅助驾驶系统与自动驾驶系统控制器，从广义上讲也可以是驾驶员人为对车辆的操控。中间层为车辆底盘集成控制协调器，主要是作为感知决策层与运动执行层的桥梁与纽带，帮助传输信息与指令。同时，将接收到的上层控制目标进行分解，通过内部车辆运动控制算法分解为各个底盘执行器的控制指令，如目标后轮转角、目标制定等，进而综合利用各个执行器实现期望的车辆运动目标。最下层为运动执行层，主要为各子系统执行控制指令。上层感知决策计算出的目标或者来自驾驶员期望的目标最终需要由地盘各个执行器来执行与实现。如图2所示。采埃孚自主研发的车辆底盘电控系统集成控制的中央协调器具有以下特点：一是适用范围广。不仅可以适用于人工驾驶，还可以在辅助驾驶与自主驾驶情况下应用。在辅助或自动驾驶情况下，该中央协调器可以从车辆动力学等角度综合分析车辆对目标轨迹的执行能力，并对其进行轨迹约束反馈给上层控制器，进而確保决策层规划路径具有可执行性。二是具有灵活性与可复用性。中央协调器作为承上启下的中间层，可以做到“即插即用”，具有较强的灵活性与可复用性，可以将上层控制器与下层执行器进行解耦，并且可以灵活地集成运行在具有相应能力的控制器硬件上。三是改善驾驶性能。中央协调器依托于采埃孚在车辆运动控制与底盘执行器方面的专业能力与技术储备，可以实现人工驾驶时车辆驾驶性能的优化与改善，如车辆操控性与驾驶稳定性提升，有效满足客户对驾驶特定定制需求。

3.2 某汽车底盘系统集成控制案例

在不断攻坚突破与前瞻技术研究中，某汽车躯转一体化动力底盘系统集成控制技术取得创新突破。某汽车底盘电控系统集成控制技术主要建立在汽车行业技术发展趋势基础上，对多系统集成技术、动力域与底盘域协同控制技术等前瞻技术进行合理布局，从而使得汽车底盘电控系统集成控制中，可以独立执行横向行驶、斜向行驶、定点转向、原地转向等多种行驶控制指令。在设计理念方面打破了传统的专业壁垒，实现跨领域协调设计与创新，将汽车底盘电控系统中的驱动系统、悬架系统、制动系统、转向系统等各子系统进行集成处理，并与EMB联合制动，实现一体化动力底盘电控系统的集成化控制。此外，在某汽车底盘电控系统集成控制中，全面应用CAE、MATLAB等虚拟仿真开发工具，不仅有效提高工作效率与设计质量，还为集成控制的验证与实践应用打下坚实基础。

4 结语

总之，汽车底盘电控系统主要由ABS、ESP与ASS系统等组成，由于分散式、集中式与分层式控制策略各具独特的优缺点，在底盘电控系统集成控制中，可以根据不同车辆运行情况与功能需求合理选择集成控制策略。但无论选择哪一种集成控制策略，都应注重控制器与算法的合理选择与优化设计，以便提高汽车底盘电控系统运行的稳定性、性能优化与安全性。同时，以采埃孚与某汽车底盘电控系统集成控制案例进行分析，可以为驾驶员提供更加安全可靠的驾驶体验与需求。

参考文献：

[1]王宇，王健.关于汽车底盘电控系统集成控制策略研究[J].汽车世界，2019（20）：79.

[2]杨志鹏.论汽车底盘电控系统集成控制策略[J].山东工业技术， 2019（13）：167-167.

[3]王鹏.关于汽车底盘电控系统集成控制策略[J].内燃机与配件，2021（10）：223-224.

[4]王晓翠.汽车底盘电控系统集成控制策略[J].南方农机，2020，51（20）：99-100.