信息网络技术驱动汽车底盘控制系统的未来
2020-11-25 来源：湖北十堰东风汽车公司 作者：肖永清
摘要:如今汽车底盘控制技术正向电子化、信息化、网络化、集成化方向发展。汽车底盘系统是一个有机整体,随着车辆底盘系统复杂程度及人们对车辆性能要求的日益提高,单系统的控制已经无法兼顾整车性能的提高。汽车底盘动力学集成控制因有着传统控制无法比拟的优点,成为国际汽车研究领域的热点问题之一。越来越多的新电子控制设备被应用于汽车上，其中许多新的底盘控制技术设备在汽车的安全性、动力性、操作稳定性等方面起着重要的作用。电动汽车的研究都会带动汽车底盘控制技术向更高层次的发展。
关键词：信息网络 汽车底盘 控制系统 未来发展
1 、引言
汽车底盘最主要的功能就是让汽车按驾驶员的意愿作相应的加速、减速和转向运动。驾驶员是通过汽车里的操纵元件(转向盘、油门和制动踏板)来表达其意向，相应的执行量是前轮的转向角及车轮上的驱动力矩或制动力矩，真正起作用的是轮胎的纵向力和侧向力。汽车轮胎力的主要影响因素是路面的附着系数、车轮的法向力、车轮滑动（转）率和车轮侧偏角。因此，汽车底盘控制的基本思路和原理就是在给定的路面附着系数和车轮法向力的情况下对车轮滑动(转)率和侧偏角进行适当的影响和控制，来间接调控轮胎的纵向力和侧向力，最大限度地利用轮胎和路面之间的附着力，提高汽车的主动安全性、机动性和舒适性。
2 、汽车传动、转向及制动系统的控制技术
2.1 电控自动变速器。
电控自动变速器ECAT。它可以根据发动机的载荷、转速、车速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数，经过计算机的计算、判断后自动地改变变速杆的位置，从而实现变速器换挡的最佳控制，即可得到最佳挡位和最佳换挡时间。一般来说，汽车驱动轮所需的转速和转矩，与发动机所能提供的转速和转矩有较大差别，因而需要传动系统来改变从发动机到驱动轮之间的传动比，将发动机的动力传至驱动轮，以便能够适应外界负载与道路条件变化的需要。此外，停车、倒车等也靠传动系统来实现，适时地协调发动机与传动系统的工作状况，充分地发挥动力传动系统的潜力，使其达到最佳的匹配，这是变速控制系统的根本任务。
2.2 防抱死制动控制与驱动防滑控制系统。
防抱死制动系统ABS是一种开发时间最长、推广应用最为迅速的重要的安全性部件。它通过控制防止汽车制动时车轮的抱死来保证车轮与地面达到最佳滑动率(15-20%)，从而使汽车在各种路面上制动时，车轮与地面都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数，以保证车辆制动时不发生抱死拖滑、失去转向能力等不安全的情况，提高汽车的操纵稳定性和安全性，减小制动距离。
2.3 全电路制动控制系统。
随着汽车技术的进步和汽车行驶安全要求的提高，国外汽车界开始研究一种全新的汽车制动系统——全电路制动系统（简称BBW系统）。BBW系统采用电能来代替传统制动系统中的液压或者气压能．可以显著地提高汽车的制动安全性。全电路制动系统是一种全新的智能化制动模式，它采用嵌人式总线技术，可以与防抱死制动系统、牵引力控制系统、电子稳定性控制程序、主动防撞系统等汽车主动安全系统更加方便地协同工作，通过优化微处理器中的控制算法，可以精确地调整制动系统的工作过程，提高车辆的制动效果，加强汽车的制动安全性能。BBW以电能作为能量来源，通过电机或电磁铁驱动制动器。因此，BBW的结构简洁，更趋向于模块化，安装和维修更简单方便。BBW是未来制动控制系统的L发展方向。全电制动不同于传统的制动系统，因为其传递的是电，而不是液压油或压缩空气，可以省略许多管路和传感器，缩短制动反应时间。全电制动的结构主要包含以下部分：
2.4 电动助力转向系统。
电动助力转向系统EPS，是汽车转向系统的发展方向。该系统一般是由转矩(转向)传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器以及蓄电池电源等（如图2所示）构成。它采用电动机与电子控制技术对转向进行控制，利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向，系统不直接消耗发动机的动力。由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。
2.5 后轮转向控制系统。
后轮转向控制系统RWS能主动让汽车两后轮的横拉杆相对于车身作侧向运动，使两后轮产生一转向角。RWS也是由电子控制单元、传感器和执行机构等组成。其执行机构有整体式和分离式两种。整体式是指汽车两后轮的横拉杆由同一个执行机构所调节；而分离式则指汽车两后轮的横拉杆由两个不同执行机构来调节。对于整体式RWS执行机构，用一个横拉杆位移传感器就能确定两后轮的转向角。但分离式RWS执行机构需要至少两个位移传感器。由于分离式RWS执行机构的元件多，两后轮的控制和协调比较复杂，现在研发更多的是整体式RWS执行机构。整体式RWS执行机构又分液压式和机电式两种类型。
3、电子车身稳定控制装置
在汽车行驶过程中,因外界干扰,比如行人、车辆或环境等突然变化,驾驶员采取一些紧急避让措施,使汽车进入不稳定行驶状态,即出现偏离预定行驶路线或翻转趋势等危险状态。有电子车身稳定装置ESP的汽车能在极短的几毫秒时间内,识别并判定出这种汽车不稳定的行驶趋势,通过智能化的电子控制方案转危为安。ESP系统实际是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会刹慢内后轮，从而校正行驶方向。ESP系统包含ABS(防抱死刹车系统)及ASR(防侧滑系统)，是这两种系统功能上的延伸。因此，ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。
4 、汽车悬架控制系统
4.1 主动悬架阻尼器控制系统ADC(有时也称为连续性阻尼控制系统CDC),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。根据汽车的运动状况及传感器信号，电子控制单元计算出每个车轮悬架阻尼器的最优阻尼系数，然后对阻尼器比例阀进行相应的调节，自动调整车高，抑制车辆的变化等，使汽车的悬架系统能提供更好的汽车舒适性、安全性和稳定性。为此，让汽车车轮的动载振幅和车身垂直加速度尽可能小。
4.2 主动横向稳定器（ARC）
横向稳定器可以防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜。当汽车进行弯道行驶时离心力会对汽车车身产生一个侧倾力矩。这个侧倾力矩一方面引起车身侧倾，另一方面使车轮的载质量发生由内轮向外轮的转移。主动横向稳定杆则可以根据具体情况对每个横向稳定杆施加一个可连续变化的初始侧倾角或者初始侧倾力矩。主动侧倾稳定杆有两种不同的结构形式：一种是将被动侧倾稳定杆从中间分开，通过一个旋转马达把稳定杆的左右两部分连接起来。旋转马达能让左右两部分进行相对转动，旋转马达的转矩可以调节。另一种是在被动稳定杆的一端安装一个差动液压缸机构。差动液压缸机构一端与稳定杆连接，另一端与同车轮的横向摆臂连接，差动液压缸机构两端的距离可以调节。
4.3 自适应悬挂系统(ASR )
自适应悬挂装置可使汽车在任何载荷条件下维持恒定的悬挂高度，气体弹簧的刚性和减震器的减振特性可随着汽车载荷的变化而自动调节。悬挂系统作为车辆缓冲地面冲击的主要部件,担负着提高行驶舒适性增加操控敏捷性的重任。如果要兼顾这两点是很困难的，舒适性要求悬挂尽量的软，增加缓冲颠簸的能力。操控性则要求悬挂尽量的硬，使操控性更为直接快速。自适应悬挂系统能根据悬挂装置的瞬时负荷，自动、适时地调整悬挂的阻尼特性及悬架弹簧的刚度，以适应瞬时负荷，保持悬挂的既定高度，极大地提高了车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐的舒适性。
5、车载汽车电子控制技术的发展
5.1 巡行控制系统。
巡行控制系统ccs又称恒速行驶系统是让驾驶员无需操作油门踏板就能保证汽车以某一固定的预选车速行驶的控制系统。在长途行驶时，可采用巡行控制系统，驾驶员不必经常踏油门，恒速行驶装置将根据行车阻力自动调整节气门开度以调整车速在恒速状态附近。若遇爬坡，车速有下降趋势，微机控制系统则自动加大节气门开度；在下坡时，又自动关小节气门开度，以调节发动机功率达到一定的转速。当驾驶员换低速挡或制动时，这种控制系统则会自动断开。该系统可以减轻驾驶员长途驾驶之疲劳，特别是在郊外或高速公路上行驶，这种优越性更为显著。另外，当汽车以一定的速度行驶时，减少了驾驶员的负担，使其可以轻松地驾驶。汽车无论是在上坡、下坡或平路上行驶，或是在风速变化的情况下行驶，只要在发动机功率允许的范围内，汽车的行驶速度就能保持不变，给驾驶带来了很大的方便，同时也可以节省燃料，具有一定的经济性和环保性。
5.2 汽车底盘的线控技术。
所谓线控就是用电子信号的传送取代过去由机械、液压或气动的系统连接的部分，如换档连杆、油门拉线、转向器传动机构、刹车油路等。它不仅是取代连接，而且包括操纵机构和操纵方式的变化，以及执行机构的电气化。这将改变汽车的传统结构。全面线控的实现将意味着汽车由机械到电子系统的转变。线控技术要求网络的实时性好、可靠性高，以保证在一定的故障时仍可实现这个装置的基本功能。随着汽车电子技术、自动控制技术的逐步成熟和汽车网络通信技术的广泛应用，是未来的发展趋势。汽车线控技术就是将驾驶员的操纵动作经过传感器变成电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统。目前的线控技术包括线控换档系统、线控制动系统、线控悬架系统、线控增压系统、线控油门系统及线控转向系统。其中线控转向系统在高级轿车、跑车及概念车上有广泛的应用，它为自动驾驶提供了良好的平台;线控制动系统在工业车辆上应用较多，将来随着线控技术的成熟和成本的降低及追求自动驾驶的影响，线控技术将会越来越多地应用于普通车辆。
5.3 汽车底盘集成化技术。
现代汽车底盘电子控制系统正从最初单一控制发展到如今的多变量多目标综合协调控制，这样可以在硬件上共用传感器、控制器件、线路，使零件数量减少,从而减少连接点,提高可靠性,在软件上实现信息融合、集中控制,提高和扩展各自的单独控制功能。ABS/ASR装置成功地解决了汽车在制动和驱动时的方向稳定性问题，但不能解决汽车转向行驶时的方向稳定性问题。汽车转向行驶时，只有当地面能够提供充分的转向力时,驾驶员才能控制住车辆,使其按照预定的方向行驶。如果地面侧向附着能力比较低,提供不了足够的转向力,汽车就会侧向滑出，影响了汽车按预定方向行驶的能力。ABS/ASR/ESP集成系统的应用，在制动、加速和转向方面满足了驾驶员的较高要求，对汽车的主动行驶安全具有较大的贡献。
5.4汽车底盘的网络化技术。
网络的概念是在协议管理下，由若干终端、传输设备和通信控制处理器等组成的系统集合。汽车电器控制网络则指按照特定的车用网络协议，以共享资源为主要目的，将所有位置上分散且独立工作的车载控制模块相互连接在一起的集合。汽车电器网络化控制是指网络的控制功能在汽车这一特定对象上的应用，它体现在车内各控制模块间的自由通信与相互协调。目前汽车上每个总成几乎是机械、电子和信息一体化装置。在系统中电子和信息部分所起的作用也越来越重要，汽车电子装置的增加使连接的电子线路迅速膨胀，线束越来越复杂。在汽车设计、装配、维护中的负担甚至到了无法承受的程度。而且线路接头的增加引起安全隐患。另外线的重量和占用空间也是值得考虑的问题，重量的增加意味着降低效率。线路体积（直径）太大在相对运动的部分之间过线非常困难，所以在电子装置不断增加的情况下，减少线束成为一个必须解决的问题，而使用传统的点到点平行连接方式显然无法摆脱这种困境，因而基于串行通信传输的网络结构成为一种必然的选择。基于汽车底盘的电子化技术、线控技术的应用、汽车底盘的网络化技术成为必然。
6、结语
汽车电子最重要的作用是提高汽车的安全性、舒适性、经济性和娱乐性。电子技术已经广泛应用于汽车的各个领域，极大地改善汽车的综合性能，使汽车在安全、节能、环保、舒适等各方面都有长足的进步。电子技术使汽车电子控制系统更和谐、更有效地工作，以确保汽车的运行安全。汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命，汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车性能最重要的技术措施。增加汽车电子设备的数量、促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的重要的有效手段。汽车底盘的控制正在快速地向电子化、智能化和网络化方向发展，从而出现了许多汽车底盘电子控制系统。汽车电子化的发展给汽车电子产业拥有广阔的发展空间和前景。
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