浅析汽车底盘协调控制的优化设计

田橙

摘 要：对于汽车底盘而言，只有不断完善其子系统，才能充分增强其局部功能。而借助于电子控制技术能充分起到增强汽车底盘的作用。汽车本身属于一个有机整体，各系统之间需要协调配合，才能实现集成化控制。因此，从控制系统入手，探讨了如何实现良好的底盘模型设计。

关键词：汽车；底盘；协调控制；优化设计

中图分类号：U463 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.118

现阶段，汽车底盘的集成控制系统在不断完善，也得到了有效扩展。集成控制系统能有效控制整个车体，因此，只有不断完善、优化集成控制系统，才能使汽车的运行更加稳定、操控性更强，从而充分保障驾驶者的安全。

1 动力系统模型

汽车底盘包含诸多子系统。在电子控制技术的作用下，汽车底盘的局部性能均获得了有效提升。其中，ABS属于单功能系统，较为典型。要想使汽车底盘的性能不断提升，设计人员需要完善动力模型的设计，并加强不同子系统之间的联系。现阶段，汽车的电子系统逐步完善，通过有效构建系统集成，动力系统模型得到了充分的发展。底盘控制系统之间对应关系如图1所示。

从动力学方面考虑，对于行驶系统而言，要想不断完善动力模型，就要严格控制悬架和轮胎的设计。在汽车行驶的过程中，悬架和轮胎的平滑性、操作稳定性将对驾驶者造成很大的影响。对于ASS系统而言，其本身具有不同的动力模型，分别为二自由度和四自由度模型。目前，六自由度和八自由度模型已被开发出来。此外，对于悬架而言，应具有良好的逻辑控制，并不断提升其协调性。

2 控制器

汽车底盘的发展分为以下3个阶段：①发展之初，汽车底盘只具备单控制功能；②汽车底盘的线控技术得到了有效发展；③近年来，集成控制系统得到了完善。

通过合理运用MPC控制器和MIMO系统，能提升汽车底盘的稳定性，但在协调性方面仍有所欠缺。而在监督系统的作用下，能充分发挥协调机制的作用。对于AFS和DYC系统而言，二者需要高度的协调和统一。可通过目标函数合理确定控制器的目标函数、横摆角速度、质心侧偏角、前轮附加转角等。此外，只有完善权重系数，车辆才能保持较为良好的行驶状态。

在不敏感控制量方面，需要加大惩罚系数，并有效解决反馈矩阵等方面的问题。只有这样，才能实现科学、有效的计算。如果车辆处于较为稳定的行驶状态，则在中央差速器的作用下，能实现有效的转向控制，从而真正实现转向补偿。中央差速器的相关数值如表1所示。

3 主动悬架系统的设计

主动悬架系统在汽车行驶的过程中起着较为关键的作用。可从步动电机、阻尼减震器、节流口液压等方面改善主动悬架系统。减震器阻尼能实现自动调节，传感器可记录其变化，从而反映车体情况和路况，并通过相应的消息路由器实现多种信息的有效融合，生成最终决策。此外，设计人员应合理设计步进方向、步距角。

4 转向系统的设计

在直流电机的作用下，转向系统能提供充足的转向助力，还能有效调整助力转向方面的参数。通过运用电动助力转向系统，可使驾驶者更加有效地控制车辆，并缓解其疲劳感。对于最终决策而言，可通过消息路由器将信息传递至悬架。

5 系统工况分析

5.1 匀速行驶工况

如果车辆保持匀速行驶，则转向系统和制动系统的控制作用均能有效实现。对于悬架而言，借助主动控制器能提升车辆行驶的平顺性。对于上层控制器而言，不需要协调各个子系统。

5.2 阶跃行驶工况

按照相关试验要求和规定，一旦车辆即将达到最高车速，或达到最高车速的70%，则通过阶跃转角能实现有效的协调控制作用。在控制性能指标方面，通过协调控制，可有效控制车辆的垂直加速度。因此，通过科学、有效的协调控制，能充分改善汽车的性能。

5.3 紧急制动工况

在紧急制动工况下，一旦汽车的制动出现问题，则可能引发较为严重的安全事故。因此，应充分协调各子系统，从而完善制动系统的控制性能。

5.4 转向制动工况

在转向制动工况下，很难保障汽车的稳定性。而在应用转向制动系统的情况下，车身的垂直度、俯仰侧倾方面的衰减较为明显。由此可见，通过合理运用转向制动系统，能有效提高汽车转弯时的稳定性。

6 结束语

本文从汽车的控制系统入手，探讨了如何设计良好的动力系统模型。对于汽车底盘而言，只有具备良好的集成控制系统，才能真正地将车体控制落实到位，车辆的行驶才能更加稳定，车辆的操纵性才能得到增强，从而保障驾驶者的安全。

参考文献

[1]宗长富，陈国迎，梁赫奇，等.基于模型预测控制的汽车底盘协调控制策略[J].农业机械学报，2011（2）.

[2]陈无畏，祝辉.基于状态识别的整车操纵性和平顺性的协调控制[J].机械工程学报，2011（6）.

[3]汪洪波，陈无畏，杨柳青，等.基于博弈论和功能分配的汽车底盘系统协调控制[J].机械工程学报，2012（22）.

[4]刘显贵，陈无畏，罗善明，等.基于微粒群算法的汽车底盘控制系统集成优化[J].农业工程学报，2015（6）.

[5]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）.

〔编辑：张思楠〕