汽车底盘控制通常是指通过控制汽车的侧向运动、垂向运动和纵向运动来提高汽车的操纵性、乘坐舒适性和牵引/制动性能, 对这些运动的控制可以分别通过转向盘、油门、制动踏板来实现, 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。本文通过总结汽车底盘控制的的研究成果, 分析今后底盘控制技术的发展趋势。
目前, ESP较为成熟的底盘主动安全系统。上世纪90年代中期, 德国Bosch公司推出了车辆动力学控制系统 (VDC) , 也就是ESP系统。通常情况下, 我们将ESP系统的控制思想称为“直接横摆力矩控制” (DYC:Direct Yaw-moment Control) 或者“差动制动控制” (DBC:Differential Braking Control) 。控制原理如图1。
依据驾驶员意图 (驾驶员的转向输入) , AFS系统通过AFS的执行机构给前轮叠加一个额外的转向角。此额外的转向角由电子控制单元根据转向盘转角和汽车的一些运动变量计算得出。电动机、自锁式蜗轮蜗杆和行星齿轮机构等构成了AFS的执行机构。一般来讲, AFS常被串联在转向盘和转向器之间。
4WS是出现较早的底盘主动控制思想, 低速时可以提高汽车的转向灵便性, 高速时可以改善汽车的操纵稳定性, 由于4WS是靠轮胎的侧向力影响汽车姿态的, 因而在大侧向加速度工况下, 轮胎力的饱和特性将导致控制性能下降, 4WS在实节际生产中实施复杂、成本高, 阻碍了成品车的市场化[13～15]。
电动助力转向系统EPS是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统, 与传统的液压助力转向系统HPS (Hydraulic Power Steering) 相比, EPS系统具有很多优点。特别是在使驾驶员操纵轻便方面, 电动助力转向系统可根据汽车的行驶速度, 灵活地调节助力大小。EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元 (ECU) 等组成。
汽车主动悬架系统AS是在普通悬架系统中附加一个可以控制阻尼作用力的装置, 主要由 (车高、转向角、加速度、路况预测) 传感器、电子控制ECU、悬架控制的执行器等组成。系统的控制功能通常有以下三个。
(1) 车高调整。 (2) 阻尼力控制。 (3) 弹簧刚度控制。
在非正常气压下, 特别是低气压下, 轮胎长时间的高速行驶是造成爆胎的最主要原因。因此, 防止汽车爆胎情况的发生, 定要实时监测轮胎气压变化, 保持汽车在标准的轮胎气压下行驶。汽车轮胎压力监测系统 (TPMS) 的主要作用就是在汽车行驶时对轮胎气压进行实时自动监测, 对轮胎漏气和低气压进行报警, 以保证驾车者、乘车人的生命安全。
X-by-wire的关键是线控转向和线控制动系统。图5是线控转向系统和线控制动系统的构架图, 它们由两套控制系统所组成。一套是对操纵机构的控制, 即对转向盘力矩或者制动踏板力的控制。另一套是对执行机构的控制, 即对前轮转向角或者车轮制动力的控制。这两套控制系统都使用外来能源/电能, 他们之间只有不断的信息交换, 但没有机械运动和机械能量的传递。
线控转向系统尚处在研制阶段。转向盘和转向盘力矩模拟电机、转向盘转角传感器、控制器单元 (ECU) 、电能供给系统、电能和信息管理系统以及车轮转向执机构等部分构成此系统。当驾驶员操纵转向盘转向时, 一方面执行电机要根据驾驶员的意向对前轮的转角进行相应的调节和控制;另一方面转向盘力矩模拟电机要根据汽车的运动状况计算出转向盘的回正力矩, 为驾驶员模拟相应的路感。
伴随着电子传感器技术的不断研发和完善, 这些新的信息与汽车底盘电子控制系统将会通过网络化结合, 更多的新功能、新系统将出现, 如自适应车速巡航控ACC (Adaptive Cruise Control) 、碰撞警告和自动制动系统CWAB (Collision Warning with Brake Assist) 、前向车辆碰撞警告系统FVCWS (Forward Vehicle Collision Warning Systems) 、车道偏离警告系统LDWS (Line Departure Warning Systems) 、前向避障辅助系统FCAAS (Forward Collision Avoidance Assistance Systems) 和车辆停走系统 (Stop&Go) 等。
摘要：本文介绍了汽车电子稳定控制系统ESP目前的热点, 包括全方位底盘控制 (GCC) 、底盘的线控技术 (X-by-wire) , 以及一些基于机器视觉的汽车防碰撞技术。
关键词：底盘控制系统,主动安全,附着力
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