面向主动安全的汽车底盘集成控制策略研究

湖北工业职业技术学院 陈林 别玉娟

面向主动安全的汽车底盘集成控制策略研究

湖北工业职业技术学院 陈林 别玉娟

随着现代技术的不断创新发展以及人们生活水平的提高，汽车逐渐走向千家万户，汽车在作为现代交通工具给人们带来便捷与享受的同时，也在时刻出现着安全事故，可以说汽车的安全问题是关乎所有人的重要问题。当前汽车底盘电控系统正在不断发展，汽车在驾驶的安全性和舒适程度上都有提高，但是这一发展多少都是某一性能上的单一的发展模式，整个系统的统一性没有得到考量和提高，甚至有时简单的技术相加还会造成整体性能的降低。针对这一问题，笔者在本文中主要探讨了面向主动安全的汽车底盘集成控制策略，提出了总体的策略架构，旨在通过本文的研究为汽车安全性能的提高提供整体的发展思路，促进驾驶的安全性提高。

主动安全；底盘集成控制；策略

汽车在现代社会的发展中越来越普及，已经应用到各个家庭和单位，为人们的出行提供着便利，但汽车交通事故也严重威胁着人们的生命财产安全，因此汽车安全问题也成为了当今社会的热点话题之一，是值得研究的一项重要内容。

1 何为汽车主动安全

在提高汽车安全的技术方面具有不同的划分标准，其中一种划分就是主动安全和被动安全。被动安全是指在汽车发生事故后对汽车中的乘员进行保护的一种技术和措施，而主动安全则是防止汽车发生事故的一种技术和措施，因此主动安全具有预防性，相比被动安全更加具有意义和重要性，对主动安全的研究也因此更加重要。

汽车底盘主动安全系统在电子、传感、网络等技术的促进下逐渐发展起来，并形成了纵向控制、侧向控制和垂向控制这三大类系统。在技术的推动下，汽车底盘控制系统的装车率日益提高，在各个性能上的技术提高也都在研究和应用中，但是整体性能的提高并不明显，甚至有时还会受到技术之间耦合作用的影响，不能对整体的安全起到更有效的作用，因此为了控制集成系统中技术之间的冲突，将耦合作用加以合理利用，使系统中的功能得到更有效的强化，面向主动安全的汽车底盘集成控制还要进行策略上的科学研究，为提高整体安全性能做出科学的指引。

2 汽车底盘集成控制策略研究

汽车底盘集成控制对于汽车安全是一项有效的保障，面向主动安全的汽车安全技术发展也将在今后很长一段时间内朝着这一方向发展，本文也是结合这一内容进行重点分析研究。

2.1 制动与转向的集成控制

在汽车底盘集成控制策略中，制动与转向的集成占有十分重要的地位，而实现制动与转向的集成成为一项重要技术，目前最普遍和有效的方式就是最优控制技术的应用，但是这一控制方法的实现需要精确的控制模型，实践中存在的问题就在于汽车是一个复杂的非线性系统，在汽车工程中对于模型需要尽量的简化处理，这就使得精确的模型无法保证，应用效果自然也无法保证。汽车投入使用后在运行状态下一直都是处于动态行使中，行驶环境、汽车自身的参数等都是变化的，有时甚至是难以把握的，所谓的最优控制也无法时刻保持最优。对此笔者认为可以运用模型预测控制（MPC）方法，设计基于MPC的集成控制器，实现ESC系统和AFS系统的集成。[1]模型预测控制能够克服模型误差和不确定环境干扰带来的影响，具有良好的在线实时表现性，当前这一技术方法在电力、化工、能源等多领域都有较好的应用，成为未来重点发展和推广的技术之一。

2.2 主动悬架控制

在制动和转向集成控制的基础上还要融入主动悬架控制，这样才能形成一体化的汽车底盘集成控制系统。因为前面所述的制动和转向集成控制主要是通过影响纵向力和侧向力的方式来直接改变汽车操控中的稳定性的一种作用力；悬架控制则是通过改变车轮垂直载荷来影响纵向力和侧向力的一种工作机制，也是保证汽车操控稳定性的一种作用力。悬架控制调节车轮垂直载荷往往是在纵向力和侧向力达到附着极限时起作用，改变前后轴的等效侧偏刚度也是在大侧向加速度时效果明显，因此悬架控制发挥威力时汽车都工作在非线性区。笔者认为可以通过设计综合滑模变结构控制和轮胎力，实现最优分配算法的制动、转向和悬架集成控制。滑模变结构控制（Sliding Mode Variable Structure Control，简称SMVSC），是一种非线性控制算法，可以克服系统参数变化和外部扰动，具有很强的鲁棒性，非常适用于像汽车这类复杂系统的动力学控制。[2]

3 汽车底盘集成控制策略的测试研究

上文关于汽车底盘集成控制策略的研究，是经过实践总结和技术研究进行的探索，对于这一策略是否具有有效性还需要组织科学的测试实验与研究进行验证，但是对于此类技术的测试往往需要具备高标准的条件，在此笔者仅介绍制动与转向的集成控制和悬架控制的试验平台搭建工作：第一，基于Matlab/xPC Target技术设计开发汽车底盘集成控制硬件在环试验台，包括驾驶模拟系统、实时仿真系统和ESC液压制动系统，满足了开展驾驶员在环的制动、转向和悬架集成控制试验的需求；第二，围绕集成控制硬件在环试验台的网路拓扑结构；第三，结合ISO标准，选择驾驶员在环的紧急双移线工况，对制动、转向和悬架集成控制算法进行硬件在环试验验证。在上述搭建的平台上进行汽车底盘集成控制策略的试验，结果表明汽车的稳定性控制效果明显提高，上述策略的研究应用具有科学的价值和意义。

[1]杨建森,李飞,丁海涛,郭孔辉,郝宝青.基于广义预测控制的汽车横摆稳定性控制[J].农业机械学报,2012(01).

[2]杨建森,郭孔辉,丁海涛,郝宝青,李飞.基于模型预测控制的汽车底盘集成控制[J].吉林大学学报(工学版),2011(S2).