基于汽车底盘集成控制与最新技术的研究

４ 技 术纵横
轻 型汽 车技术
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控制 系统 中 。同样德 尔福公 司开发 了类 似 的统 一
底盘控 制 系统 Ｕ Ｃ Ｃ。
．
集 擎哺 成
．
２ 底 盘 集 成 控 制 结构
在底 盘集 成控 制［ ３ １ 中通常 采用 两种 结构 ： 种 一
Ｉ Ｉ ｌ Ｉ
▲ ▲ Ｉ ▲
低， 且缺 乏柔性 。要 实现 汽车底 盘 的集成 控制 ， 还 有很 多关 键技 术有待 解决 ，主要体 现在 以下 ３ 个
方面：
¨ ｌＴ Ｉ 『 Ｔ
３１ 传 感器 共享与数 据 融合 ．
随着底 盘 电控 系统 数量 的不 断增加 ，传感 器 的数量 也大 大增 多 ， 成布 置 困难 ， 造 同时也 是成 本 上升 的一个 重要原 因。 目前底 盘 控制 系统 中采 用
发 ，用 协调控 制 的方式 来 实现集 成底 盘控 制 系统
是一 个 比较可 行 的方法 。协 调控 制是介 于 集成 控
制 与各 子系统 独立 控制 之 间 的一 种控 制结 构 。这
种结 构 最大 的优 势是尽 可 能充分 利用 原有 的控制 模块 ，在各个 控 制子模 块 的基 础上 添加一 个 协调
是集 中控 制 ， 另一 种是协 调控 制 。
２１ 集 中控 制 ．
集 中控 制 用一 个 控 制单 元 汇 总所 有 的信 息 ， 包 括传感 器 信息 和状 态估计 信息 ，通 过 多 目标 的 全 局优 化算 法统 一控 制所有 的执 行器 ，如 图 ２所 示 。 种控制 方式 的集成 度很高 ， 这 用一个 集 中控制 器 取代 了原 有 的各个 子 系统 的控制 器 。通过仿 真 和试 验 ， 些集 中控 制能 减小 车辆 的侧偏 角 ， 这 缩短
轻 型 汽 车技 术
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技 术 纵横
３
基于 汽车底盘 集成控 制与最新技术的研究
马 岩 刘 哲 刘光利 孙 岳 郑仰利 孙 丰
（ 春理 工 大学机 电工程 学院 ） 长
摘
要
介 绍 汽 车底 盘 集成 控 制 的发展 趋 势 ， 最新 汽 车底 盘技 术 ， 为研 究汽 车底 盘 系
转 向系统 等） 自从 ２ 纪 ８ 。 ０世 ０年代 以来 ， 们 为 人
集 成控 制 系统 。在 丰 田的 Ｆ Ｖ Ｉ研 究实 验 车上 ｘ — Ｉ 装 备 有 主 动悬 架 Ａ 、四轮驱 动 ４ Ｓ ＷＤ、四轮转 向 ４ 、Ｂ ＷＳＡ Ｓ和牵 引 力 控制 系 统 Ｔ Ｓ 控制 器 按 照驾 Ｃ，
理， 为数 据融合 提供 了可 能性 ， 目前 在这 方 面 的研 究 还很 少 。数 据融 合一 方 面可 以提高 信息 的 可靠 度 ，另 一方 面可 以通过 状态估 计 获取某 些 状态 信
２２ 协调 控制 －
一
方 面 ，完全 独立 的控制 系 统将导 致 不可 预
期 的干涉 而影 响性 能极 限 。 另一方 面 ， 中控制 也 集 存在 明显 缺点 ，因此 ，采用 各子 控制模 块 独立 开
来自百度文库
驶员意图 ， 根据一定的控制规律控制执行器 ， 以达 到 优化 整车性 能 的 目的。
大 陆 公 司在 Ｅ Ｐ的基 础 上 增 加 主 动 转 向系 Ｓ 统， 开发 了 Ｅ ＰＩ， 中集 成 了 ＡＢ 、Ｃ 、ＹＣ和 Ｓ Ｉ其 ＳＴ Ｓ Ｄ Ａ Ｓ等控 制 系统 。最 基础 的控 制 能力 如制 动 防抱 Ｆ 死 、驱 动 防滑及转 向功 能依然 由底 层 的 ＡＢ 、Ｃ ＳＴ Ｓ 和 Ａ Ｓ独 立 完 成 。汽 车 的转 向稳 定 性 功 能 则 由 Ｆ Ｅ ＰＩ 控 制 层 统 一 管 理 ，Ｓ Ｉ 过 网 络 获 得 Ｓ Ｉ Ｅ ＰＩ 通 Ａ ＳＡ ＳＴ Ｓ和 Ｅ Ｐ的所有 信息 ， 通过 网络 向 Ｆ 、 Ｂ 、Ｃ Ｓ 并
当Ｒ ＷＳ出现 故 障时， 机 自动锁 止， 后轮 的转 电动 两 向角不 再发 生变化 ， 到故 障排 除 。 直
总线 技术 ， 以与 防抱死 制动 系统 （Ｂ 牵 引力 控 可 Ａ Ｓ、
制系统 ｃ ）电子稳定性控制程（Ｓ ）主动防撞 ｓ、 Ｅ Ｐ、 系统（Ｃ ） Ａ Ｃ等汽车主动安全系统更加方便地协 同
统进 行 多 目标 优化 设 计提 供 思路 ， 好地 平衡 各种 性 能 指标 ， 而提 高底 盘 系统 更 从
平 台的 总体 性能 。
关键 词 ： 盘 底
集 成控 制
多 目标优 化
引 言
汽 车 底 盘Ｉ 主要 的功 能 就 是按 照 汽 车 驾 驶 ｌ １ 最
向着 电子 化 、 网络化 、 能化 、 智 集成 化 方 向发展 。
工作， 通过优化微处理器 中的控制算 法， 以精确 可 地调 整 制 动系统 的工作 过 程 ，提 高车 辆 的制 动 效 果 ， 汽车 的制动 安全性 能 。 Ｂ 以 电能作 为能 加强 ＢＷ
量来 源， 过 电机或 电磁 铁驱 动制动 器 。 通 因此 ，Ｂ Ｂ Ｗ 的结 构 简 洁， 趋 向于模 块 化 ， 装 和维 修 更 简 单 更 安
一… 信号线 汽率总 线 ＋ 被 控 电流
要体现在底盘集成控制对象、 底盘集成控制策略、 底盘 集成 控制 网络和 重构 控制 技术 上 。许 多新 的 底 盘 控制 技术 在 汽车 的操 纵稳定 性 ，乘 坐舒 适 性 和制动Ｊ 陛方面起着重要作用 。它包括全电路制动 系 统 （Ｂ Ｂａｅｂ— ｒ） 车 转 向 控 制 系 统 Ｂ Ｗ，ｒｋ— ｙＷｉ ，汽 ｅ （ＷＳＥ Ｐ 等） Ｒ 、Ｓ Ⅱ ， 汽车悬架控制系统（Ｄ 、 Ｒ Ａ Ｃ Ａ Ｃ等） 以及 正在 发展 中 的汽车 底 盘线 控技 术 ｆ 控 换 档 线 系统 、 制动 系统 、 架 系统 、 压 系统 、 门 系统 和 悬 增 油
转 向角。Ｒ 是由电子控制单元 、 ＷＳ 传感器和执行 机构等组成。 其执行机构有整体式和分离式两种。 整体式是指汽车两后轮的横拉杆由同一个执行机
构调 节； 离式则 指汽 车两后 轮 的横拉 杆 由两个 而分
单线传输 ，故障是否可以 自动消除等都属于总线 技 术 的关键 问题 。
３３ 控 制结构 与控 制算 法 ． 在 底 盘控 制设 计 中 ，很 多优 秀 的控 制方 法 被
图 ２ 集 中控 制 结构
的传感器主要包括轮速传感器、转向盘转角传感 器 、 速度 传感 器 、 加 油压 传感 器 、 横摆 角 速 度传 感 器等。 很多控制子系统都使用了相同的传感器 ， 通 过集 成控 制 ， 些传感 器信 息可 以共 享 ， 少 传感 这 减 器 的使用数 量 。 另外 ， 有 的传感器 信息被 综合处 所
控 制器 ， 到协 调各子 系 统工作 的 目的 ， 图 ３所 达 如 示 。协 调控 制器 根据 车辆 的当前状 态和 对驾 驶 员 意 图的识别 将 总 的控 制命 令分 散 到 中间层 的各个 控 制 器 ，然后再 由中间层 的控 制器 实现 对 各个 执 行 器 的控制 。协 调控 制 的核心 是如 何将 总 的控制 任 务合 理分 配 到各个 子 系统 中 ，研 究工 作 也主要
方便 。
图 ５ 机 电 式 Ｈ Ｓ执行 机 构 Ｗ
ｇ３ 汽车 悬架控 制 系统 ．
主动 悬 架 阻尼 器 控 制 系统 （ Ｄ 由电子 控 Ａ Ｃ） 制单 元 、Ａ ４个 车 轮垂 直加 速度 传感 器 、 车 Ｃ Ｎ、 ４个 身 垂 直加 速 度 传 感器 和 ４个 阻尼 器 比例 阀组 成 。
了提高汽车性能 ，开发 了各种各样的底盘主动控 制 系统 ， 图 １ 如 所示 。 如今 的汽车 底 盘控制 技术 正
一
蚴
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一
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图 １ 底 盘 主动 控 制 系统
这些系统传达控制指令。ＥＳＰＩ 比 ＥＳ Ｉ Ｐ有着更好 的性能 ， 附着 系数 分离 路 面上能缩 短 制 动距 离 ， 在 减 少驾 驶员 转 向输 入 ；在换 道试验 时 也减 小 了驾
驶员输入 ， 提高了车辆的稳定性 。 博 世 公 司 正 在 开 发 车 辆 动 力 学 管 理 系 统
ＶＤ 该 系 统是 在车 辆 动力学 控制 系统 Ｖ Ｍ， ＤＣ的基 础 上增 加 了转 向和 悬架 控制 系统 ，通 过控 制策 略 将 所需 的横 摆力 矩合 理分 配 到制 动 、转 向和悬 架
重 点之一 。
传感器。由于分离式 Ｒ 执行机构 的元件多， ＷＳ 两 后轮的控制和协调 比较复杂， 现在研发更多的是整 体式 Ｒ 执行机构。整体式 Ｒ 执行机构又分 ＷＳ ＷＳ
液压 式和机 电式两 种 。 ５ 机 电式 Ｒ 执 行机 图 是 ＷＳ 构， 由电动 机 、 螺母 螺 杆驱 动 机构 和 安 全锁 止机 构
１ 底盘集成控 制发展趋势［ ２ ］
日本 作为 较早 研究 底盘 集成 控制 系 统 的国家
之一 ， １ ８ 研制 的 日产 Ａ Ｃ Ｘ车上就 有 了 在 ９ ７年 Ｒ—
员 的意愿 作相应 的加 速 、 速和 转 向运 动 。 车底 减 汽
盘集 成 控 制 是 当前 底 盘 控 制 技术 的发 展 方 向 ， 主
息， 进一步减少传感器的数量。
３２ 数据通 信技 术 ．
电子控 制单 元 的大量 引入 ， 尤其 是在 集 成控 制 中 ，要 求大批 的数 据信 息能在 不 同 的电子 单元 中共 享 ，传统点 对点 的单 一通信 方 式 已远远 不 能 满足 这种需 求 。 针对 上述 问题 ， 车网络技 术应 运 汽 而生 ，并成 为汽 车技术 发展 的一 个方 向 ，如 Ｃ Ｎ Ａ 总线 技 术 、ｉ Ｌｎ总线 和 ＦｅＲ ｙ总 线等 。在 未 来 的 ｌ ａ ｘ 汽 车 中必 将形 成一个 多层 次 的 网络 结构 ・ ，以满 足 汽 车在性 能 、安全 及成本 等方 面越 来越 苛刻 的要
采 用 ， 模 型 匹配 控 制 、 模 控 制 、 糊 控 制 和控 如 滑 模
不 同执行机构来调节 。对于整体式 Ｒ 执行机 ＷＳ 构 ， 个横拉 杆位 移传感 器就 能确定 两后 轮 的转 用一
向角 。 但分 离式 Ｒ ＷＳ执行 机构 需要 至少两 个位 移
制分配等 ， 但这些控制方法各有利弊。 未来的趋势 是 针对 非线 性车 辆模 型 ，采用 先进 的控制 方 法设 计出性能优越 、 鲁棒性较高的控制算法 ， 同时还要 保证 控 制算 法本 身 的稳定 性 以及控 制 系统 的实 时 性 ，控 制算 法与 控制 结构 的结 合也 是 未来 的研 究
｝
南
图 ３ 协调 控 制 结构
３ 底盘集成控制有待 解决 的 关键技术
底盘集 成控 制技 术是 未来汽 车智 能化 和 电子
化 的重要 组成 部分 ， 是底 盘技 术研究 的新热 点 ， 也 但 目前对 这方 面 的研 究还 非常有 限 ，集成 度还 很
制动距离 ， 也减少了驾驶员的输人 ， 取得 了较独立 控制更 好 的效果 。
围绕分 配原则 的设计 展 开 。
轻 型 汽 车技 术
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技 术 纵横
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求。 总线通信的可靠性 、 稳定性 、 误码率的高低 、 数
据 堵塞 情 况等 以及 总线 的容错性 ，包括 是否 可 以
的横拉杆 相对 于车 身作侧 向运 动， 使两后 轮产 生一
４ 汽 车底 盘 最 新 技 术
４１ 全 电路制 动 系统 ． 全 电路 制 动 系统 （ Ｂ ） 一 种 全新 的制 动 ＢＷ 是
模 式 ， 的系 统结 构 如 图 ４所 示 ，Ｂ 采 用嵌 人 式 它 ＢＷ
等组成。为了提高系统的可靠性， 执行机构里安装 了一 个 电机 转 角传 感 器 和一 个 螺 杆位 移 传 感器 。