汽車底盤協(xié)調(diào)控制設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略

吳蒙

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，汽車產(chǎn)業(yè)也得到了快速的發(fā)展，越來越多的科學(xué)技術(shù)被應(yīng)用到汽車生產(chǎn)過程中。在汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力也變得越來越激烈，面對(duì)市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)力，汽車產(chǎn)業(yè)要不斷保障汽車的品質(zhì)和安全性，從而提高企業(yè)自身的競(jìng)爭(zhēng)力。汽車產(chǎn)品由最初的機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)展到當(dāng)今融合了機(jī)械、電子、控制等學(xué)科和技術(shù)的產(chǎn)品，功能和可靠性都有了極大的提高，其中涉及到懸架、制動(dòng)以及轉(zhuǎn)向等功能的底盤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，關(guān)系到汽車的舒適性、操作穩(wěn)定性和行駛安全性。本文通過運(yùn)用多體理論構(gòu)建了主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型和底盤動(dòng)力學(xué)模型，探討了電子控制技術(shù)對(duì)汽車底盤的作用，并對(duì)汽車底盤協(xié)調(diào)控制提出了相應(yīng)的優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：汽車底盤;協(xié)調(diào)控制;優(yōu)化策略

近些年來隨著汽車的全面普及，交通安全事故也在逐年的增加，人們對(duì)于汽車的安全性的要求也越來越高，為了進(jìn)一步提升汽車自身的安全性能，汽車行業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于汽車底盤協(xié)調(diào)控制設(shè)計(jì)的重視。隨著機(jī)械制造以及電子控制技術(shù)的快速發(fā)展，汽車的生產(chǎn)制造融合了越來越多先進(jìn)的技術(shù)，汽車也在朝著智能化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的單系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足汽車安全的需求，對(duì)于汽車底盤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越趨向于集成系統(tǒng)。通過對(duì)汽車底盤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，能夠更好的增強(qiáng)汽車的功能以及提高汽車的可靠性。

一、汽車底盤協(xié)調(diào)控制相關(guān)研究現(xiàn)狀

汽車底盤控制系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性，從單一系統(tǒng)控制到集中協(xié)調(diào)控制，其控制方法一直在不斷的改進(jìn)，汽車底盤的控制也變得越來越智能化，汽車的舒適度、穩(wěn)定性以及安全性都得到了極大的提高。根據(jù)不同系統(tǒng)作用方式的不同，汽車底盤控制系統(tǒng)包括垂直控制、側(cè)向控制以及縱向控制，每個(gè)大的控制系統(tǒng)下又包含著很多小的系統(tǒng)。

二、關(guān)于汽車底盤動(dòng)力系統(tǒng)模型和控制器穩(wěn)定性協(xié)調(diào)

（一）通過利用電子控制技術(shù)，可以對(duì)汽車底盤的多個(gè)子系統(tǒng)的部分性能進(jìn)行有效的改善，在多種控制技術(shù)當(dāng)中，ABS（制動(dòng)防抱死系統(tǒng)）控制技術(shù)是一種比較典型的單功能控制技術(shù)。通過目前汽車發(fā)展的實(shí)際情況來看，電子系統(tǒng)和集成系統(tǒng)是汽車發(fā)展的重要構(gòu)成系統(tǒng)，想要建立底盤的動(dòng)力模型，對(duì)汽車底盤的各個(gè)子系統(tǒng)之間的聯(lián)系進(jìn)行優(yōu)化，就要建立相應(yīng)的底盤集成控制動(dòng)力學(xué)模型[1]。

通過相應(yīng)理論我們可以得知，汽車的懸架和輪胎對(duì)于汽車行駛系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型具有關(guān)鍵性的作用，汽車運(yùn)行的平滑性和操作穩(wěn)定性也與之相關(guān)。一般ASS（主動(dòng)懸架）系統(tǒng)具有二自由度和四自由度兩種動(dòng)力模型，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，為提高汽車的舒適度，研究人員又構(gòu)建了六自由度和八自由度動(dòng)力模型。在本文中，通過建立輪胎模型的十自由度的非線性的車輛模型，對(duì)汽車底盤主動(dòng)轉(zhuǎn)向、主動(dòng)懸架的邏輯以及制動(dòng)控制進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)底盤系統(tǒng)的協(xié)調(diào)功能進(jìn)行了相應(yīng)的檢測(cè)。

（二）從汽車底盤發(fā)展的歷程來看，其主要經(jīng)歷了單控制功能系統(tǒng)、線控系統(tǒng)以及集成系三個(gè)階段，尤其是近些年來，集成控制系統(tǒng)不斷得到了完善，越來越多的被應(yīng)用到汽車底盤控制系統(tǒng)當(dāng)中。通過利用MPC控制器和MIMO系統(tǒng)，能夠有效的提升汽車底盤的穩(wěn)定性，但在汽車底盤的協(xié)調(diào)性方面作用不大，所以通常使用比較常用的監(jiān)督系統(tǒng)對(duì)汽車底盤進(jìn)行機(jī)制協(xié)調(diào)[2]。

通過促使AFS（主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）和DFC系統(tǒng)高度的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，再利用相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行合理的控制，才能夠保持汽車良好的行駛狀態(tài)，對(duì)于其中不敏感的控制量要通過加大懲罰系數(shù)來改善，對(duì)于處在穩(wěn)定行使?fàn)顟B(tài)的車輛，通過中央差速器的作用，可以對(duì)汽車實(shí)現(xiàn)有效的轉(zhuǎn)向控制。

三、關(guān)于汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）汽車的懸架對(duì)于汽車行駛系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型具有關(guān)鍵性的作用，汽車運(yùn)行的平滑性和操作穩(wěn)定性也與之相關(guān)，而主動(dòng)懸架系統(tǒng)對(duì)汽車的行使發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。對(duì)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的改善可以從步動(dòng)電機(jī)、阻尼減震器以及節(jié)流口液壓等方面開展，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)減震器的阻尼，對(duì)傳感器記錄的變化情況進(jìn)行分析，得出車體的情況和路況，并通過消息路由器進(jìn)行相關(guān)信息的融合，從而形成最終的決策。消息路由器還可以幫助設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方向和步距角，使懸架能夠自動(dòng)適應(yīng)路況。

（二）通過直流電機(jī)的作用，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠?yàn)槠囂峁┏渥愕霓D(zhuǎn)向動(dòng)力，對(duì)助力轉(zhuǎn)向方面的參數(shù)進(jìn)行有效的調(diào)整。汽車駕駛員借助電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用，能夠?qū)釉谵D(zhuǎn)向盤上的動(dòng)力大小和方向進(jìn)行控制，從而更加有效的控制車輛的行使，各個(gè)子系統(tǒng)之間能夠協(xié)調(diào)配合，在一定程度上緩解駕駛員的疲勞。

四、關(guān)于汽車底盤協(xié)調(diào)控制的相關(guān)策略

（一）對(duì)汽車底盤采用分布式協(xié)調(diào)控制

分布式協(xié)調(diào)控制也可以稱作分層遞進(jìn)控制，其是將高層先進(jìn)方式與準(zhǔn)確度不高的簡(jiǎn)便手段進(jìn)行有效的融合，從而實(shí)現(xiàn)分層傳遞的目的，對(duì)不同的系統(tǒng)進(jìn)行更好的控制。通過使用這種協(xié)調(diào)控制方式，可以對(duì)各項(xiàng)資源進(jìn)行整合和利用，其也可以促進(jìn)不同系統(tǒng)之間的交流，從而更有利于系統(tǒng)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

（二）建立完善的總判決制度

目前的情況是我國(guó)在汽車集成系統(tǒng)的建設(shè)上還存在著一些問題，這也影響到多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和工作制度的協(xié)調(diào)，通過對(duì)集成系統(tǒng)中的問題進(jìn)行研究，可以在實(shí)際工作中建立起更加完善科學(xué)的判決制度，并實(shí)現(xiàn)對(duì)整體系統(tǒng)的科學(xué)控制。只有系統(tǒng)之間能夠進(jìn)行相互配合，汽車整體系統(tǒng)建設(shè)才能得到更好的控制，充分發(fā)揮出集成系統(tǒng)的保障性作用。

（三）提升制動(dòng)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制

通過利用變移率滑膜變結(jié)構(gòu)控制算法，對(duì)制動(dòng)子系統(tǒng)中的系統(tǒng)感應(yīng)器等進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，提升汽車制動(dòng)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制。在對(duì)汽車系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)的環(huán)節(jié)中，需要掌握傳感器采集的汽車狀態(tài)運(yùn)動(dòng)相關(guān)參數(shù)信息，并對(duì)汽車滑移率進(jìn)行更加科學(xué)的計(jì)算，還要對(duì)必要的滑移率進(jìn)行對(duì)比，以便更好的提升汽車自身制動(dòng)性能，保障汽車的安全運(yùn)行。

五、總結(jié)

綜上所述，通過應(yīng)用汽車動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論，我們得出一種底盤水平動(dòng)力學(xué)和垂直動(dòng)力學(xué)協(xié)調(diào)控制的控制邏輯，通過對(duì)主動(dòng)懸架的優(yōu)化可以進(jìn)一步改善汽車的主動(dòng)轉(zhuǎn)向和控制的效果。通過相應(yīng)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制可以有效的提升汽車行駛的主動(dòng)性以及安全性能。通過對(duì)轉(zhuǎn)向和懸架兩個(gè)系統(tǒng)的分析，對(duì)分級(jí)式底盤控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，集成控制方式能夠?qū)ζ嚨牟僮鞣€(wěn)定性、安全性進(jìn)行有效的改善，利用相應(yīng)的機(jī)制對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，從而達(dá)到最佳的汽車動(dòng)力學(xué)性能。對(duì)汽車底盤協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)控制進(jìn)行優(yōu)化，也能夠更加有效的保障駕駛者的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]田橙.淺析汽車底盤協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新，2016（05）：118+120.

[2]沈嘯，吳文滔.淺析汽車底盤協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（11）：140.

（作者單位：江鈴汽車股份有限公司）