湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳林 別玉娟

面向主動(dòng)安全的汽車(chē)底盤(pán)集成控制策略研究

湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳林 別玉娟

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展以及人們生活水平的提高，汽車(chē)逐漸走向千家萬(wàn)戶(hù)，汽車(chē)在作為現(xiàn)代交通工具給人們帶來(lái)便捷與享受的同時(shí)，也在時(shí)刻出現(xiàn)著安全事故，可以說(shuō)汽車(chē)的安全問(wèn)題是關(guān)乎所有人的重要問(wèn)題。當(dāng)前汽車(chē)底盤(pán)電控系統(tǒng)正在不斷發(fā)展，汽車(chē)在駕駛的安全性和舒適程度上都有提高，但是這一發(fā)展多少都是某一性能上的單一的發(fā)展模式，整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)一性沒(méi)有得到考量和提高，甚至有時(shí)簡(jiǎn)單的技術(shù)相加還會(huì)造成整體性能的降低。針對(duì)這一問(wèn)題，筆者在本文中主要探討了面向主動(dòng)安全的汽車(chē)底盤(pán)集成控制策略，提出了總體的策略架構(gòu)，旨在通過(guò)本文的研究為汽車(chē)安全性能的提高提供整體的發(fā)展思路，促進(jìn)駕駛的安全性提高。

主動(dòng)安全；底盤(pán)集成控制；策略

汽車(chē)在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展中越來(lái)越普及，已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)家庭和單位，為人們的出行提供著便利，但汽車(chē)交通事故也嚴(yán)重威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此汽車(chē)安全問(wèn)題也成為了當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)話題之一，是值得研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

1 何為汽車(chē)主動(dòng)安全

在提高汽車(chē)安全的技術(shù)方面具有不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，其中一種劃分就是主動(dòng)安全和被動(dòng)安全。被動(dòng)安全是指在汽車(chē)發(fā)生事故后對(duì)汽車(chē)中的乘員進(jìn)行保護(hù)的一種技術(shù)和措施，而主動(dòng)安全則是防止汽車(chē)發(fā)生事故的一種技術(shù)和措施，因此主動(dòng)安全具有預(yù)防性，相比被動(dòng)安全更加具有意義和重要性，對(duì)主動(dòng)安全的研究也因此更加重要。

汽車(chē)底盤(pán)主動(dòng)安全系統(tǒng)在電子、傳感、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的促進(jìn)下逐漸發(fā)展起來(lái)，并形成了縱向控制、側(cè)向控制和垂向控制這三大類(lèi)系統(tǒng)。在技術(shù)的推動(dòng)下，汽車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng)的裝車(chē)率日益提高，在各個(gè)性能上的技術(shù)提高也都在研究和應(yīng)用中，但是整體性能的提高并不明顯，甚至有時(shí)還會(huì)受到技術(shù)之間耦合作用的影響，不能對(duì)整體的安全起到更有效的作用，因此為了控制集成系統(tǒng)中技術(shù)之間的沖突，將耦合作用加以合理利用，使系統(tǒng)中的功能得到更有效的強(qiáng)化，面向主動(dòng)安全的汽車(chē)底盤(pán)集成控制還要進(jìn)行策略上的科學(xué)研究，為提高整體安全性能做出科學(xué)的指引。

2 汽車(chē)底盤(pán)集成控制策略研究

汽車(chē)底盤(pán)集成控制對(duì)于汽車(chē)安全是一項(xiàng)有效的保障，面向主動(dòng)安全的汽車(chē)安全技術(shù)發(fā)展也將在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)朝著這一方向發(fā)展，本文也是結(jié)合這一內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)分析研究。

2.1 制動(dòng)與轉(zhuǎn)向的集成控制

在汽車(chē)底盤(pán)集成控制策略中，制動(dòng)與轉(zhuǎn)向的集成占有十分重要的地位，而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)與轉(zhuǎn)向的集成成為一項(xiàng)重要技術(shù)，目前最普遍和有效的方式就是最優(yōu)控制技術(shù)的應(yīng)用，但是這一控制方法的實(shí)現(xiàn)需要精確的控制模型，實(shí)踐中存在的問(wèn)題就在于汽車(chē)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，在汽車(chē)工程中對(duì)于模型需要盡量的簡(jiǎn)化處理，這就使得精確的模型無(wú)法保證，應(yīng)用效果自然也無(wú)法保證。汽車(chē)投入使用后在運(yùn)行狀態(tài)下一直都是處于動(dòng)態(tài)行使中，行駛環(huán)境、汽車(chē)自身的參數(shù)等都是變化的，有時(shí)甚至是難以把握的，所謂的最優(yōu)控制也無(wú)法時(shí)刻保持最優(yōu)。對(duì)此筆者認(rèn)為可以運(yùn)用模型預(yù)測(cè)控制（MPC）方法，設(shè)計(jì)基于MPC的集成控制器，實(shí)現(xiàn)ESC系統(tǒng)和AFS系統(tǒng)的集成。[1]模型預(yù)測(cè)控制能夠克服模型誤差和不確定環(huán)境干擾帶來(lái)的影響，具有良好的在線實(shí)時(shí)表現(xiàn)性，當(dāng)前這一技術(shù)方法在電力、化工、能源等多領(lǐng)域都有較好的應(yīng)用，成為未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展和推廣的技術(shù)之一。

2.2 主動(dòng)懸架控制

在制動(dòng)和轉(zhuǎn)向集成控制的基礎(chǔ)上還要融入主動(dòng)懸架控制，這樣才能形成一體化的汽車(chē)底盤(pán)集成控制系統(tǒng)。因?yàn)榍懊嫠龅闹苿?dòng)和轉(zhuǎn)向集成控制主要是通過(guò)影響縱向力和側(cè)向力的方式來(lái)直接改變汽車(chē)操控中的穩(wěn)定性的一種作用力；懸架控制則是通過(guò)改變車(chē)輪垂直載荷來(lái)影響縱向力和側(cè)向力的一種工作機(jī)制，也是保證汽車(chē)操控穩(wěn)定性的一種作用力。懸架控制調(diào)節(jié)車(chē)輪垂直載荷往往是在縱向力和側(cè)向力達(dá)到附著極限時(shí)起作用，改變前后軸的等效側(cè)偏剛度也是在大側(cè)向加速度時(shí)效果明顯，因此懸架控制發(fā)揮威力時(shí)汽車(chē)都工作在非線性區(qū)。筆者認(rèn)為可以通過(guò)設(shè)計(jì)綜合滑模變結(jié)構(gòu)控制和輪胎力，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)分配算法的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和懸架集成控制。滑模變結(jié)構(gòu)控制（Sliding Mode Variable Structure Control，簡(jiǎn)稱(chēng)SMVSC），是一種非線性控制算法，可以克服系統(tǒng)參數(shù)變化和外部擾動(dòng)，具有很強(qiáng)的魯棒性，非常適用于像汽車(chē)這類(lèi)復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)控制。[2]

3 汽車(chē)底盤(pán)集成控制策略的測(cè)試研究

上文關(guān)于汽車(chē)底盤(pán)集成控制策略的研究，是經(jīng)過(guò)實(shí)踐總結(jié)和技術(shù)研究進(jìn)行的探索，對(duì)于這一策略是否具有有效性還需要組織科學(xué)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)與研究進(jìn)行驗(yàn)證，但是對(duì)于此類(lèi)技術(shù)的測(cè)試往往需要具備高標(biāo)準(zhǔn)的條件，在此筆者僅介紹制動(dòng)與轉(zhuǎn)向的集成控制和懸架控制的試驗(yàn)平臺(tái)搭建工作：第一，基于Matlab/xPC Target技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)汽車(chē)底盤(pán)集成控制硬件在環(huán)試驗(yàn)臺(tái)，包括駕駛模擬系統(tǒng)、實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)和ESC液壓制動(dòng)系統(tǒng)，滿(mǎn)足了開(kāi)展駕駛員在環(huán)的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和懸架集成控制試驗(yàn)的需求；第二，圍繞集成控制硬件在環(huán)試驗(yàn)臺(tái)的網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；第三，結(jié)合ISO標(biāo)準(zhǔn)，選擇駕駛員在環(huán)的緊急雙移線工況，對(duì)制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和懸架集成控制算法進(jìn)行硬件在環(huán)試驗(yàn)驗(yàn)證。在上述搭建的平臺(tái)上進(jìn)行汽車(chē)底盤(pán)集成控制策略的試驗(yàn)，結(jié)果表明汽車(chē)的穩(wěn)定性控制效果明顯提高，上述策略的研究應(yīng)用具有科學(xué)的價(jià)值和意義。

[1]楊建森,李飛,丁海濤,郭孔輝,郝寶青.基于廣義預(yù)測(cè)控制的汽車(chē)橫擺穩(wěn)定性控制[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2012(01).

[2]楊建森,郭孔輝,丁海濤,郝寶青,李飛.基于模型預(yù)測(cè)控制的汽車(chē)底盤(pán)集成控制[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2011(S2).