车辆SAS 与EPS 集成控制研究现状

谢黎明，张丽萍

（辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

1 集成控制介绍

1.1 半主动悬架

半主动悬架是由D.A.Crosby 和D.C.Karnopp 在1973 年所提出来的新概念，并且一经提出就被广泛的接受并用于汽车上。半主动悬架成本与被动悬架相似，但其对平顺性的提升却接近于主动悬架。SAS 结构和主动悬架相似，但一般半主动悬架只能对刚度或者阻尼其中之一进行控制。因为悬架的弹性部件需要支撑车身，所以目前主流的半主动悬架都是可控阻尼式悬架[1]，其结构如图1 所示。

1.2 电动助力转向系统

自1988 年铃木的Cervo 轿车配备直接助力电动助力转向系统以来，其他微型轿车也开始装备该系统。电动助力转向系统是指利用直流电动机来提供助力转矩，并且可以根据不同的行驶工况来调节控制电动机提供不同的转向助力，用以辅助驾驶人员来进行转向操作的系统。电动助力转向系统由机械式转向器、转矩传感器、ECU 和车速传感器、电动机、离合器、减速机构等组成[2]。EPS 对汽车的操作稳定性有着直接的影响。

1.3 集成控制

悬架和转向的集成控制研究是底盘系统集成控制的重要组成部分，有利于推动我国汽车电控底盘集成技术的快速发展，对自主创新汽车电子集成技术将具有重大的选题意义和较高的应用前景。目前对悬架与转向的单独控制以及比较成熟，但是多个系统并存存在着相互结合的问题。只有各个系统之间可以以最优的协调性来进行工作，才能使整车的整体性能提升至最优。如果将子系统进行单独的控制，或者对其控制进行简单的相互叠加，并不能使整个系统达到期望的目标。所以对SAS 和EPS 进行集成控制，调整其相互之间的匹配关系，可以使整车性能得到大幅的提高。

图1 半主动悬架结构原理图

图2 电动助力转向系统示意图

2 常用控制策略

2.1 PID 控制

到目前为止PID 控制以及发展的十分成熟。其最主要的优点就是可以不掌握被控对象的数学模型，而通过以往的经验来对其控制参数进行调节。其控制结构比较简单易学，并且响应速度很快，所以其用途十分广泛。

PID 控制的基本原理是[3]：对受控对象的实时观测值与目标观测值之间形成的误差值进行一定的逻辑运算，并将该运算结果作为控制系统的控制判断输入指令，其原理框图如图3 所示。

图3 PID 控制原理

2.2 模糊控制

模糊控制的算法结构相对来说比较简单，并且响应速度很快，所以很适合用于汽车这类的动态系统上。

图4 模糊控制原理

其基本原理是：先把输入的精确变量模糊化，然后使用模糊规则对变量进行解模糊化，之后输出精确量，用以对控制目标进行控制[4]，其原理框图如图4 所示。

2.3 模糊自适应PID 控制

模糊自适应PID控制通过找出每个PID参数与e和Δe 之间的关系，在仿真过程中对e 和Δe 进行数值采集，并且通过模糊规则调整PID 参数，以满足系统对控制参数的要求，使受控对象能够保持良好的动态和静态性能。其结构如图5 所示。

图5 模糊自适应PID 控制原理

2.4 鲁棒控制

鲁棒控制在上个世纪中期就已经被成功的应用。由于在实际的操作中很难对模型进行精确的描述，为了消除其不确定性，使具有不确定性的模型满足控制要求，得到的固定控制器称为鲁棒控制器。

2.5 最优控制/LQG 控制

最优控制是将被控系统的性能指标达到最优的基本方法，其基本原理是：从众多控制方案中找到一个最优的方案来对所要控制的系统或过程进行控制，使系统的运动状态达到理想的目标状态，以实现系统性能最优化。

3 研究现状

上个世纪八十年代国外开始对底盘集成技术进行研究。日本的Y.Emoto 和T.Yoshimura 使用模糊控制来控制悬架和转向系统，并且成功地改善了车辆的整体性能[5]。

目前，我国的SAS 与EPS 集成控制技术还处于起步阶段，研究的内容还不够成熟。我国高校的科研学者对集成控制做了针对性的研究，并且取得了一些成果。文献[6]采用模糊神经网络控制策略，通过仿真研究证明该控制可以提升汽车在行驶过程中的整体性能。

文献[7]采用多智体系统MAS 对转向与悬架系统进行了集成控制研究，其研究结果表明集成控制的应用对车辆性能的提升有显著作用。

在文献[8]中建立的了SAS 和EPS 集成控制模型，并使用模糊PID 对其进行控制研究。且对比单独控制，所设计的集成控制器效果更优，提高了汽车的转向稳定性与平顺性。

在文献[9]中为了实现对SAS 与EPS 的集成控制。设计了一种基于灰色预测理论的预测模型，根据模型的预测值可以对变量进行提前的预测，用以完成对变量的修正工作。并且通过仿真与试验证实了预测控制的准确性，结果表明该控制方法可以满足SAS 与EPS 集成控制。

4 结语

集成控制技术对汽车行业的发展有着重要的作用，我国对SAS 与EPS 的集成控制研究还处于初级阶段。作为车辆底盘集成控制的重要组成部分，SAS 和EPS 集成控制的研究有助于推动底盘集成技术的全面发展。对于改善车辆行驶过程中的转向轻便性，操纵稳定性和平顺性有着极为重要的意义。