浅析汽车底盘协调控制的优化设计

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摘 要：汽车底盘子系统的局部功能可以通过电子控制技术来改善，例如ABS、TCS、ASS、4WS等。为了使汽车各个系统协调配合，达成整个底盘系统的集成化控制，减轻装车成本。本文运用了多体理论构建电动助力转向系统，主动悬架系统模型和底盘动力学模型。依据汽车运行时悬架、转向和制动系统之间的耦合，主要对中央差速器进行了设计，协调控制各个子系统。结果表明：电子控制系统主动干预车辆的纵向、横向以及垂向动力学特性，提高了汽车的稳定性和操纵性，保证汽车的安全驾驶。

关键词：底盘动力学；系统集成；协调控制；主动悬架；转向系统

中图分类号：U46 文献标识码：A

目前，底盘的集成控制系统已经扩展到整个车体的控制，甚至已经出现了涵盖人-车-路闭环系统的概念模型。因此，汽车底盘电子控制系统的优化是研究的重点。本文主要针对汽车底盘控制系统的动力学模型以及系统之间的动力学关系进行了研究，对底盘动力学模型及其具体模型改进的进行了重点分析。

1底盘动力系统模型

汽车底盘的很多子系统的局部性能都可以利用电子控制技术来改善，由此而产生的四类控制技术，其中ABS是比较典型的单功能控制系统。为构建底盘的动力模型，优化汽车底盘各子系统之间的联系，结合目前汽车电子系统和集成系统的模型发展情况，建立底盘集成控制动力学模型。如图1所示。

针对底盘控制系统动力学关系，悬架和轮胎是决定行驶系统的动力学模型的关键，关系到汽车行驶的平滑性和操作稳定性。ASS系统具备二自由度和四自由度两种动力模型。随着对车体舒适度的考虑，经过研究，随后出现了六、八自由度动力学模型。因此，本文首先构建了轮胎模型的10自由度非线性车辆模型，并依此优化了汽车底盘主动转向，主动悬架的逻辑控制以及制动控制，最终通过模型检测控制系统的协调功能。

2 控制器稳定性协调

总结汽车底盘的发展历史，其主要包括三个阶段：单控制功能系统、线控技术、集成控制系统。综合考虑，最终选用了汽车底盘的集成控制技术。

MPC控制器可以对MIMO系统进行处理，但并不具备协调功能，本文选用常用的监督系统来进行机制协调。AFS与DYC的协调表现在目标函数中，包括横摆角速度偏差、质心侧偏角偏差、前轮附加转角、附加横摆力矩的权重系数。综合考虑各个因素，最合理的途径是通过车辆状态对权重系数进行实时调整，对于不敏感的控制量加大惩罚系数，最后计算反馈矩阵。对于车辆在稳态时，利用中央差速器转向控制来补偿悬架导致的转向。中央差速器的具体数值如表1所示。

3 主动悬架系统的协调设计

本文以自动悬架为研究对象，利用步进电机改变液压阻尼减振器的节流口，自动调节减振器的阻尼。观察传感器的记录情况分析车体与路况，经过综合处理后，可以自动分析最优的控制模型，传导到智能系统。消息路由器可将多种信息源融合成最终的决策，并依此设计步进电机的步进方向和步距角，达成悬架自动适应路况的目标。

4 转向系统设计

本文利用直流电机提供转向助力调整电动助力转向。与悬架智能体结构相比，电动助力转向智能体的不同是利用转向的直流电机代替步进电机，主要是对加在转向盘上的动力大小和方向进行控制。最终的决策可利用消息路由器传递给悬架，转向系统等智能体，达成各个汽车子系统的协调配合，缓解驾驶员的驾驶强度。

结语

（1）基于汽车动力学理论，提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，主动悬架的优化，可以改善主动转向和主动制动的控制效果。协调控制可以有效提高车辆行驶的主动性，从而提升汽车的安全性能。

（2）通过设计汽车转向系统多体动力学模型，总体分析了转向、悬架两个系统间耦合关系。优化了分级式底盘综合控制系统，结果表明，集成控制方式能有效地改善汽车的操作稳定性，安全性。利用主控制单元的协调分配，协调控制个子系统的工作，使汽车动力学性能达到最佳，为汽车底盘设计打下了一定的理论基础。

参考文献

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