汽车底盘控制技术的现状和发展趋势

汽车底盘控制技术的现状和发展趋势

摘 要：电子控制系统在汽车底盘技术中的广泛应用极大地改善了汽车的主动安全性。常见的底盘控制系统可分为制动控制、牵引控制、转向控制和悬挂控制。介绍通过高速网络将各控制系统联成一体形成的全方位底盘控制(GCC)，汽车开放性系统构架工程(AUTO SAR)和底盘的线控技术。

关键词：底盘控制系统；主动安全性；综述

一、汽车底盘的电子化技术

1.1 全电路制动系统（BBW）

控制单元是BBW的控制核心，它负责BBW信号的收集和处理，并对信号的推理判断以及据此向制动器发出制动信号。此外，根据汽车智能化的发展趋势，汽车底盘上的各种电子控制系统将与制动控制系统高度集成，同时在功能上趋于互补。

1．2 汽车转向控制系统

1.2.1 后轮转向系统（RWS）

对于整体式RWS执行机构，用一个横拉杆位移传感器就能确定两后轮的转向角。但分离式RWS执行机构需要至少两个位移传感器。由于分离式RWS执行机构的元件多，两后轮的控制和协调比较复杂，现在研发更多的是整体式RWS执行机构。整体式RWS执行机构又分液压式和机电式两种。正常工作时，后轮的转向角是转向盘转向角和汽车行驶速度的函数。汽车低速行驶时，当转向盘的执行机构给后轮一个相应方向相反的转向角。从而使汽车在低速拐弯或停车时，转弯半径变小，使汽车转向和停车更方便快速、舒适。当汽车高速行驶时，给后轮一个与前轮转向角方向一致的转向角。汽车的前后轮同时向同一方向转向，可提高汽车的方向稳定性，特别是汽车在高速行驶换道时，汽车不必要的横摆运动会大大减小，从而增强了汽车的方向稳定性，当汽车制动时，同系统相

配合，可及时通过主动后轮转向角来平衡制动力所产生的横摆力矩，既能保持汽车的方向稳定性，又能最大限度地利用前轮的制动力，改进汽车的制动性能。

1.2.2 ESPⅡ（或者ESP plus）

由于ESP系统在对轿车的行驶状态进行干涉时，只是通过对单个车轮施加制动来调节轿车的行驶稳定性。这时由脉冲制动力引起的轿车振动，乘员能够感觉到。ESPⅡ能够识别转向轮与地面之间的附着系数。如果汽车在路面两侧附着系数不同的对开路面上制动时，它朝着路面附着系数较大的一侧转动的趋势，即出现所谓的“制动器拉动”现象，在这种情况下，ESPⅡ能够通过转向轮朝路面附着系数较小的一侧作些适当的转向转动，以平衡“制动器拉动”的趋势。

二、汽车底盘的线控技术

2．1 线控转向系统

线控转向系统简称SBW(Steering ByWire System)，它由具有容错功能的网络相连接的控制单元、执行器、传感器和冗余电控单元组成。不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间。驾驶员操作转向盘时，转向盘传感器检测驾驶员的转向数据(横摆角传感器、摄像机等)，向转向辅助系统ECU提供环境检测数据，转向数据和环境检测数据通过网络总线实时传送给电子控制单元ECU，ECU按照驾驶员的转向数据和环境检测数据，控制转向执行器动作实现转向，并将车轮的转角、转矩和路感等反馈给驾驶员。

2．2 线控油门(throttle by-wire)

线控油门，也称为电控油门，即发动机的油门是通过电子控制的。传统的油门控制方式是驾驶员通过踩油门踏板，由油门拉杆直接控制发动机油门的开合程度，从而决定加速或减速，驾驶员的动作与油门动作之间是通过拉杆的机械作用连接的。而线控油门用电子连接代替机械连接，驾驶员仍然通过踩油门踏板控制拉杆，拉杆不是直接连接到油门，

而是连着一个油门踏板位置传感器，传感器将拉杆的位置变化转变为电信号传送至汽车的电子控制单元，电子控制单元将采集到的相关传感器信号经过处理后发送指令至油门执行器控制模块，油门执行器控制模块再发送信号给油门执行器，从而控制油门的开合程度。也就是说驾驶员的动作与油门的动作之间是通过电子元件的电信号连接的。

三、汽车悬架控制系统

3．1 汽车悬架控制系统

汽车悬架控制系统可分为被动控制、半主动控制 和主动控制三种基本类型。凡不需要输入能量的控制称为被动控制;输入少量能量调节阻尼系数的控制称为半主动控制;通过使控制机构给予悬架系统施加一定控制力的控制称为主动控制。

3.1.1 主动控制

通过输入外部能量施加一定控制力的悬架主动控制多数采用流体传动的控制系统。主动控制的研究首先始于轨道车辆的悬挂控制，用于汽车的主动控制悬架的最初装置是由Automotive Products公司基于气液悬架发展的一种机械系统。近年来，Nissan和Toyota公司宣布在轿车上成功地应用了液力主动悬架。

3.1.2 被动控制

被动控制由于无需输入外部能量和结构简单等优点而得到广泛应用。但随着汽车性能的不断完善与发展，对悬架提出更高的要求。为满足现代汽车对悬架提出的各种性能要求，悬架的结构形式一直在不断地更新与完善。尽管如此，传统的被动控制依然受到许多限制，主要是难于同时改善在不同路面上高速行驶车辆的稳定性和行驶平顺性。

3.1.3 半主动控制

半主动控制的研究工作始于1974年美国加州大学戴维斯分校Karnopp的研究工作。通过输入少量外部能量调节阻尼器的阻尼，改善悬架的动力性能。

3．2 汽车悬架控制系统的控制方法

3.2.1 自适应控制方法

汽车悬架控制系统是含有许多不确定因素的非线性动力系统，难以用传统控制方法达到预定的性能要求。应用于汽车悬架控制系统的自适应控制方法主要有自校正控制和模型参考自适应控制两类控制策略。

3.2.2 最优控制方法

为了模拟由于车身质量、轮胎刚度、减振器阻尼系数以及车辆结构高频柔度模态等变化不确定的误差，应用控制方法可实现汽车悬架振动控制具有较强的鲁棒性。最优预见控制是利用汽车车轮的扰动信息预估路面的干扰输入，预见控制的策略就是把所测量的状态变量反馈给前、后控制器实施最优控制。由于实际的车辆系统往往是时变的非线性系统，从而使实际系统达不到运用最优控制理论所预期的性能。因此有必要对系统进行鲁棒性分析，即在各种模型误差及不确定扰动的情况下，研究系统的鲁棒稳定性问题。

3.2.3 预见控制方法

一个控制系统，如果在决定控制指令时，不仅考虑系统当时的状态，而且还对系统未来的目标值或干扰予以考虑，这样一种预见控制的方法，往往能弥补因系统响应速度不足所带来的缺陷而提高控制性能，降低系统控制能量峰值和控制能量消耗量。对于车辆主动悬架的预见控制，人们已作过一系列的研究，得到了一些有意义的结论。依据预见信息的获取及利用方法的不同，可构成不同的预见控制系统。可分为对四轮全进行预见的完全预见控制方式和利用前轮信息对后轮进行预见的部分预见控制方式。

3.2.4 智能控制方法

智能控制是一门新兴的学科领域，其概念是针对系统及其控制环境和任务的不确定性而提出来的。智能控制过程是含有复杂性、不确定性，且一般不存在已知算法的非传统数学公式化的过程。在智能控制过程中，以知识信息为基础进行推理和学习，用启发式方法来引导求解过程，从而得以在大范围内实现快速自组织目标。因此，就智能控制过程