汽车底盘协调控制设计的优化策略

吴蒙

摘 要：随着我国社会经济水平的不断提升，汽车产业也得到了快速的发展，越来越多的科学技术被应用到汽车生产过程中。在汽车产业快速发展的同时，汽车市场的竞争力也变得越来越激烈，面对市场激烈的竞争力，汽车产业要不断保障汽车的品质和安全性，从而提高企业自身的竞争力。汽车产品由最初的机械结构发展到当今融合了机械、电子、控制等学科和技术的产品，功能和可靠性都有了极大的提高，其中涉及到悬架、制动以及转向等功能的底盘协调控制系统，关系到汽车的舒适性、操作稳定性和行驶安全性。本文通过运用多体理论构建了主动悬架系统模型和底盘动力学模型，探讨了电子控制技术对汽车底盘的作用，并对汽车底盘协调控制提出了相应的优化策略。

关键词：汽车底盘;协调控制;优化策略

近些年来随着汽车的全面普及，交通安全事故也在逐年的增加，人們对于汽车的安全性的要求也越来越高，为了进一步提升汽车自身的安全性能，汽车行业应该加强对于汽车底盘协调控制设计的重视。随着机械制造以及电子控制技术的快速发展，汽车的生产制造融合了越来越多先进的技术，汽车也在朝着智能化的方向发展，传统的单系统已经无法满足汽车安全的需求，对于汽车底盘系统的设计越来越趋向于集成系统。通过对汽车底盘协调控制系统设计进行相应的优化，能够更好的增强汽车的功能以及提高汽车的可靠性。

一、汽车底盘协调控制相关研究现状

汽车底盘控制系统具有一定的复杂性，从单一系统控制到集中协调控制，其控制方法一直在不断的改进，汽车底盘的控制也变得越来越智能化，汽车的舒适度、稳定性以及安全性都得到了极大的提高。根据不同系统作用方式的不同，汽车底盘控制系统包括垂直控制、侧向控制以及纵向控制，每个大的控制系统下又包含着很多小的系统。

二、关于汽车底盘动力系统模型和控制器稳定性协调

（一）通过利用电子控制技术，可以对汽车底盘的多个子系统的部分性能进行有效的改善，在多种控制技术当中，ABS（制动防抱死系统）控制技术是一种比较典型的单功能控制技术。通过目前汽车发展的实际情况来看，电子系统和集成系统是汽车发展的重要构成系统，想要建立底盘的动力模型，对汽车底盘的各个子系统之间的联系进行优化，就要建立相应的底盘集成控制动力学模型[1]。

通过相应理论我们可以得知，汽车的悬架和轮胎对于汽车行驶系统的动力学模型具有关键性的作用，汽车运行的平滑性和操作稳定性也与之相关。一般ASS（主动悬架）系统具有二自由度和四自由度两种动力模型，随着汽车产业的不断发展，为提高汽车的舒适度，研究人员又构建了六自由度和八自由度动力模型。在本文中，通过建立轮胎模型的十自由度的非线性的车辆模型，对汽车底盘主动转向、主动悬架的逻辑以及制动控制进行了优化，并对底盘系统的协调功能进行了相应的检测。

（二）从汽车底盘发展的历程来看，其主要经历了单控制功能系统、线控系统以及集成系三个阶段，尤其是近些年来，集成控制系统不断得到了完善，越来越多的被应用到汽车底盘控制系统当中。通过利用MPC控制器和MIMO系统，能够有效的提升汽车底盘的稳定性，但在汽车底盘的协调性方面作用不大，所以通常使用比较常用的监督系统对汽车底盘进行机制协调[2]。

通过促使AFS（主动前轮转向系统）和DFC系统高度的协调和统一，再利用相应的目标函数对相应的参数进行合理的控制，才能够保持汽车良好的行驶状态，对于其中不敏感的控制量要通过加大惩罚系数来改善，对于处在稳定行使状态的车辆，通过中央差速器的作用，可以对汽车实现有效的转向控制。

三、关于汽车主动悬架系统和转向系统的设计

（一）汽车的悬架对于汽车行驶系统的动力学模型具有关键性的作用，汽车运行的平滑性和操作稳定性也与之相关，而主动悬架系统对汽车的行使发挥着关键的作用。对主动悬架系统的改善可以从步动电机、阻尼减震器以及节流口液压等方面开展，通过自动调节减震器的阻尼，对传感器记录的变化情况进行分析，得出车体的情况和路况，并通过消息路由器进行相关信息的融合，从而形成最终的决策。消息路由器还可以帮助设计步进电机的步进方向和步距角，使悬架能够自动适应路况。

（二）通过直流电机的作用，转向系统能够为汽车提供充足的转向动力，对助力转向方面的参数进行有效的调整。汽车驾驶员借助电动助力转向系统的作用，能够对加在转向盘上的动力大小和方向进行控制，从而更加有效的控制车辆的行使，各个子系统之间能够协调配合，在一定程度上缓解驾驶员的疲劳。

四、关于汽车底盘协调控制的相关策略

（一）对汽车底盘采用分布式协调控制

分布式协调控制也可以称作分层递进控制，其是将高层先进方式与准确度不高的简便手段进行有效的融合，从而实现分层传递的目的，对不同的系统进行更好的控制。通过使用这种协调控制方式，可以对各项资源进行整合和利用，其也可以促进不同系统之间的交流，从而更有利于系统之间进行协调控制。

（二）建立完善的总判决制度

目前的情况是我国在汽车集成系统的建设上还存在着一些问题，这也影响到多个系统进行控制和工作制度的协调，通过对集成系统中的问题进行研究，可以在实际工作中建立起更加完善科学的判决制度，并实现对整体系统的科学控制。只有系统之间能够进行相互配合，汽车整体系统建设才能得到更好的控制，充分发挥出集成系统的保障性作用。

（三）提升制动子系统的协调控制

通过利用变移率滑膜变结构控制算法，对制动子系统中的系统感应器等进行科学合理的设计，提升汽车制动系统之间的协调控制。在对汽车系统进行制动的环节中，需要掌握传感器采集的汽车状态运动相关参数信息，并对汽车滑移率进行更加科学的计算，还要对必要的滑移率进行对比，以便更好的提升汽车自身制动性能，保障汽车的安全运行。

五、总结

综上所述，通过应用汽车动力学相关理论，我们得出一种底盘水平动力学和垂直动力学协调控制的控制逻辑，通过对主动悬架的优化可以进一步改善汽车的主动转向和控制的效果。通过相应系统之间的协调控制可以有效的提升汽车行驶的主动性以及安全性能。通过对转向和悬架两个系统的分析，对分级式底盘控制系统进行优化，集成控制方式能够对汽车的操作稳定性、安全性进行有效的改善，利用相应的机制对各个子系统进行协调控制，从而达到最佳的汽车动力学性能。对汽车底盘协调设计控制进行优化，也能够更加有效的保障驾驶者的安全。

参考文献

[1]田橙.浅析汽车底盘协调控制的优化设计[J].科技与创新，2016（05）：118+120.

[2]沈啸，吴文滔.浅析汽车底盘协调控制的优化设计[J].中国新技术新产品，2013（11）：140.

（作者单位：江铃汽车股份有限公司）