基于汽车底盘集成控制与最新技术的探析

　随着我国汽车工业的快速发展，汽车已经进入了千家万户，汽车底盘是组成汽车的重要构件，可以依据驾驶人员的操作进行加减速、转向等运动。而汽车底盘的集成控制成为了目前其发展的主要趋势，主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。一个好的汽车底盘集成控制技术对于汽车驾驶的安全稳定性和舒适性都有较好的提升，因此，汽车底盘集成控制技术成为了目前科研的主要方向。汽车底盘集成控制系统一般包括全电路制动系统（BBW）、汽车悬架控制系统（ADC、ARC 等）、汽车转向控制系统（RWS、ESP Ⅱ等）等，以及目前正在研发的各种汽车底盘线控技术。自1980 年代以来，汽车科研人员研制了非常多的汽车底盘集成控制系统，如防抱死系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）、主动前轮转向（AFS）等，这些汽车底盘集成控制系统的问世，对于推动汽车工业的智能化起到了关键作用，如今的汽车底盘集成控制系统正在向着集成化、智能化、信息化的方向快速的发展。
日本作为较早研究底盘集成控制系统的国家之一，在1987 年研制的日产ARC—X车上就有了集成控制系统。博世公司正在开发车辆动力学管理系统VDM，该系统是在车辆动力学控制系统VDC 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UCC。
汽车底盘集成控制结构分析
就目前的技术发展，可以将汽车底盘的集成控制分为集中控制和协调控制两种。
1.1　集中控制
集中控制就是使用一个可以将传感器和网络资源等信息汇集的控制系统，通过单一的运算，完成汽车系统的整体优化功能。集中控制的集成度比较高，改进了传统上，汽车各系统独自进行操作的形式。经过实践研究，集中控制系统可以起到更好的制动、转向等功能，减少了驾驶员的操作行为，达到了集成化的要求。
1.2　协调控制
协调控制主要是在集中控制的基础上完善的，集中控制存在其自身的问题，因其集成了各系统的控制要求，这就导致系统的灵活性受到影响，也比较容易受到外界的干扰。因此，各系统的独立优化和资源开发为汽车底盘的集成控制提供了一个发展方向。协调控制的功能是介乎集中控制和各系统独立控制之间的一种控制模式。该系统可以最大限度的发挥各系统模块的控制优势，通过协调器将不同的系统功能进行整合。协调控制器接收汽车实时的运行状态和驾驶员的操作意图，将控制命令分解到中间层，再由中间层发布到各系统之中。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，研究工作也主要围绕分配原则的设计展开。
2　汽车底盘拟解决的关键技术分析
汽车底盘集成控制技术决定了未来汽车的发展方向，是汽车向着集成化、智能化发展的关键因素。就目前而言，汽车底盘的研究处于一个瓶颈阶段，集成度和操作性都难以在短期内进行提升。完全实现汽车底盘集成控制，需要在以下三个方面进行技术突破：
2.1　传感器共享
目前，汽车底盘的控制系统逐渐的增多，这样不同系统传感器的数量也相应的增加，造成汽车在生产过程中的困难，同时也会使得汽车的制造成本较大幅度的上升。汽车底盘中使用的传感器主要有转向盘、加速度、轮速、油压等方面的传感器。在目前的技术背景下，很多的系统中使用了相同性能的传感器，这些完全是可以通过汽车底盘的集成控制，达到资源共享，使得传感器的数量大大的减少，降低智能化汽车的制造成本。另外，传感器数据共享的研究也可以达到数据融合的目的，这样对于提高传感器数据的准确性具有很大的帮助，传感器数据的综合分析，可以使得汽车底盘的集成控制系统对当前的车况做出合理的评估，最终帮助驾驶者做出正确的决策。
2.2　数据网络技术
在目前汽车制造信息化水平越来越高的背景下，对于汽车底盘集成控制的数据处理要求也是十分苛刻的，传统的单一的数据处理方式早已不能满足功能需求更多的汽车要求。基于此，汽车空间中的网络技术得到了快速的发展。Lin 总线、CAN 总线技术等技术已经应用到了汽车集成控制之中。在今后的汽车制造中，一个多层次的数据网络平台将会应用到其中，这些平台可以让汽车在安全驾驶、制造成本等方面得到大大的提升。目前，网路系统的稳定性、准确性、容量以及故障处理等问题都是亟需解决的技术难题。
2.3　集成控制结构和算法
在目前的汽车底盘集成化设计中，模型匹配控制、滑模控制、模糊控制和控制分配等先进的技术应用其中，这些先进的技术有些还不是特别成熟。未来的汽车的发展会是非线性的控制结构，使用有最佳性能和较高鲁棒性的算法，同时还要保证汽车底盘集成控制结构与算法的同步性，保证集成控制的稳定输出和实时监控的能力。
3　汽车底盘集成控制最新技术探析
3.1　全电路制动系统（BBW）
全电路制动系统是一种新型的制动操作系统，其采用的是嵌入式的总线控制技术，全电路制动系统起到的作用不是单一的，可以与ABS、TCS、ESP、ACC 等主要的汽车安全控制系统进行同步，体现了系统控制的集成化。通过电子控制器，可以达到精确制动的效果，大大的提高汽车运行过程中的安全性。全电路制动系统主要是以电力作为资源，构造做法简单，非常便于其与汽车的主要结构进行链接和集成，对于模块化的汽车制造表现出很好的适用性。全电路制动系统的系统示意图如图1 所示。

图1　全电路制动系统示意图
3.2　后轮转向系统（RWS）
后轮转向系统主要对于汽车后轮的横拉杆起到作用，通过对其侧向运动的影响让汽车顺利完成转向。后轮转向系统的集成控制结构由传感器、控制单元和执行层组成，其根据作用形式不同可以分为整体式和分离式两种。这两种执行层结构的区别主要在于其后轮的横拉杆是否由同一个控制系统进行调节。整体式的结构只要一个位移传感器就可以实现后轮的顺利转向角。而分离式的结构则必须需要两个或者更多的位移传感器才能完成这样的功能。就目前而言，整体式的后轮转向系统因为其简单的构造，是目前研发和应用的一个主要方向。为了提高后轮转向系统的安全性，在结构中，安装了转角传感器和位移传感器，这就保障了汽车在故障的情况下，其后轮的转向是可以被锁定的，最大限度的保障了汽车运行的安全稳定性。
3.3　车轮悬架控制系统
主动悬架阻尼器控制系统（ADC）由电子控制单元、CAN、4 个车轮垂直加速度传感器、4 个车身垂直加速度传感器和4 个阻尼器比例阀组成。电子控制系统在这个结构中起到了关键的作用，其可以根据传感器反馈的信号，及时的调整悬架的阻尼系数，这样就可以联合的对汽车的运行高度进行实时的调整。在汽车各种不同路况、车况中，总能保持在当前状态下最优的运转性能和舒适性，提高驾驶者的驾驶体验感。
4　综合线控技术
综合线控技术的创新可以使得汽车朝着更为智能化的方向发展，其可以使用电子信号替代以前由机械控制传动。这不仅是传动系统的变革，这对于汽车运行的稳定性和安全性都有很好的帮助，符合目前最新的机械设计理念。综合线控技术将汽车的操作方式进行革新，体现了新的电气化控制思路。但是全面的线控集成需要汽车具备良好且稳定的网络覆盖，能够及时准确的将汽车的运行状况反馈到控制单元。而且综合线控技术要求功能的多样性，包括汽车在出现故障的情形下，依然可以使用线控技术进行基本的操作，就如ABS 系统一样，在其发生故障时，仍能具备刹车辅助的功能。综合线控技术要求汽车必须具备网络数据输出的稳定性和实时性，这是高技术发展的必要前提条件。
5　结语
本文首先介绍了汽车底盘集成控制的主要形式，然后通过技术分析了目前汽车底盘集成控制技术升级所需要解决的三个关键问题，最后介绍了目前汽车底盘集成控制的最新技术发展。汽车制造正朝着电子化、智能化的方向发展，这其中最为关键的就是汽车底盘技术的提升，在信息化程度越来越高今天，汽车底盘技术只有集合更多的网络共享资源和先进的控制设备模块，才能在成本、智能化、安全稳定性等方面得到快速的发展。