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城市公交客车整体设计及仿真分析,城市,公交,客车,整体,设计,仿真,分析
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附录A底盘控制技术的进展和未来的发展方向Yasuji Shibahata 本田研发有限公司，枥木县研发中心，4630 Shimotakanezawa，芳贺町，芳贺郡，枥木县321-3393，日本 2004年9月16日。2004年12月6日。2004年12月7日。摘要底盘技术在20世纪80年代以前就已作为当时机械工程领域的一门进步的技术。四轮转向系统（4WS）经过八十年代中期发明和实际应用，特别是车辆动力学性能领域的实际应用成为主流控制技术的研究和开发。从那时起，车辆动力学性能的研究和开发已作为机械工程和控制工程技术的合作技术。本文重点研究方向是未来的任务和底盘控制技术，主要是控制过弯性能，包括4WS，三代底盘控制系统的发展。第一代的底盘控制技术与4WS的发展开始于20世纪80年代中期。第二代导线控制技术的发展开始于20世纪90年代。目前正在开发的第三代合作控制技术和智能车辆控制技术，该技术采用外部传感器。关键词：计算机控制系统；车辆动力学；反馈控制；四轮转向；智能控制1.介绍直到20世纪80年代，底盘技术直接决定了车辆的动态性能，集成了先进的专用机械工程框架。20世纪80年代中期，随着四轮转向（4WS）的发展和实施，动力学性能成为焦点的控制技术，底盘控制技术融合机械工程和控制工程，此后一直是研究和发展的重要焦点。在本文中,未来的前景是将研究底盘控制技术后,其历史的回顾及其现状,有特别集中于底盘控制设计,以4WS为代表的控制车辆横向动力学的研究。图1底盘控制系统2.底盘控制的历史开始，底盘控制技术的历史回顾。如图2，在底盘控制技术上有三个重大变化。第一代是初级阶段的底盘控制技术，从20世纪80年代中期开始，随着4WS技术的发展，主要是日本汽车制造商的积极性。在第二代中，由线控制技术，如转向和制动来控制驾驶车辆本身的运作。目前正在开发的第三代协同控制技术，控制数的协同控制系统，智能车辆控制技术，采用雷达，摄像机和外部传感器。图2底盘控制系统发展的历史底盘控制技术，根据这里列出的后代将审查和系统化以下。2.1.第一代的底盘控制技术4WS系统首次纳入控制的概念，在整车动力性能方面。因为它的发展过程中,应该注意对车辆动力学为目标的控制。第一代4WS（图3）传送机械轴的后轮前轮的角度。该系统采用非线性包含前后轮之间的行星齿轮的齿轮箱。本次装配调整前轮的角度，并轮流在同一阶段的方向盘时，当小角度转向在相反的方向时，前轮后轮是在大角度转向的。这在高速行驶时提供了极好的稳定性，转向角度低，和在低速时有一个非常小的转弯半径。（佐野古河，及白石，1986年）。图3四轮转向系统（4WS）图4是显示在两轮车辆两自由度动态性能的信号传输框图。4WS运作已覆盖在这张图上，可以很容易地掌握车辆动态控制系统的特点。如图4清晰地显示了图3在车辆系统的前馈的元素的转向角响应，4WS作为辅助控制系统在动态控制系统与传统的转向系统，定位为主要控制系统。图4转向角的4WS控制功能块图如上所述，除了转向角响应系统，还有各种其他类型的4WS，包括系统引导转向力输入（Shibahata，入江，伊藤，与村，1986年），并系统引导使用偏航率作为反馈信号（后轮井上，卡瓦依，稻垣，田中，川，1991年）。图5显示了这些系统的信号传输框图定位。前轮转向提供了一个辅助控制系统，这些系统的基本特征是相同的转向角响应4WS。图5座四轮转向控制图直接偏航控制(DYC)是作为一个底盘控制系统开发成功的4WS。 4WS虽然在低侧向加速度产生重大影响，在转弯DYC后提供一个恒久的控制效果，在转弯到一个较高的横向加速度。DYC后是基于一个全新的概念：独立的牵引力控制和启用偏航瞬间被用来控制车辆的行为（左，右车轮制动的力量Shibahata等，1992）。图6显示了一个DYC后在FWD车辆牵引控制系统的一个例子。该系统采用了行星齿轮传动装置，以增加对转弯时内轮的外侧车轮的速度，增加外侧车轮的牵引力，从而提高转弯性能（北村等人，1997年）。图7显示了作为整车动力性能指标上的信号传输框图DYC后系统的定位。该系统是一个额外的辅助控制系统，在这种情况下直接控制横摆力矩的新类型。DYC后的概念已经被应用到制动控制，使当前的制动系统控制车辆动力学的发展。图6主动扭矩传输系统（ATTS）图7ATTS框图（DYC）2.2.第二代的底盘控制虽然第一代的底盘控制系统是额外的辅助控制系统，第二代系统成为主要的控制系统，改变了主要控制系统的特点。图8显示了在安装这些系统的先行者，例如本田S2000的VGS系统。VGS采用一个特殊的凸轮机构，在位于不同的转向齿轮比转向变速箱的例子。作用是使整个速度范围速动比率在低速和高速率缓慢的使用，（卡瓦依，Shibahata，清水，河野和佐野，2001年）。图9显示了信号传输的VGS为框图底盘控制系统，改善了可操作性。很清楚，转向控制是主要的控制系统。图8可变齿轮比转向系统（VGS）提供图9VGS的方框图最终的主控制系统是转向线（线控转向）。根据厂家的主动权，在欧盟（图10）（戴姆勒-奔驰公司，1996年）开始对本系统的研究。因为没有在SBW的方向盘和轮胎之间的机械连接，有没有必要装上一个圆形的方向盘，提供了在汽车内饰设计创新的潜力。图10梅赛德斯-奔驰F 200它正在开发新技术，使可靠性保证在SBW,且系统还没有投放市场。主动前轮转向（AFS），已被定位为桥梁技术与沉鼓和的VGS（图11）。该系统采用了行星齿轮总成位于转向柱轴。该系统采用了行星齿轮总成位于转向柱轴。方向盘转动的太阳齿轮，行星齿轮载体连接到轮胎的转向机构和齿圈连接到提供主动转向电机。在保持1的转向车轮和轮胎之间的机械连接的同时，该系统是能够来减少或增加的响应驾驶员的输入主动转向输入，使1主动转向一定数额这并没有妨碍车轮的驱动程序的操作（宝马，2000年）。图11主动前轮转向（AFS）的最重要的问题是，以确保功能在故障条件下工作。有两种方法：完全一倍的电力系统，或采用机械备份系统。考虑到目前的技术水平，后者似乎更有前途（Heitzer李氏，2004年）。2.3.第三代底盘控制有几个值得讨论的关于第三代底盘控制技术的问题。其中之一就是综合控制技术，它汇集了协作系统控制现有机箱到超越这些传统系统所提供的水平，以提高性能。图12（戴姆勒-克莱斯勒公司，2001年）显示了一个集技术，从而增加制动和转弯性能的限制：线控转向，主动悬架，倾角控制，特种轮胎。在这个系统中的合作不仅限于转向和悬架系统的控制之间的合作;拱度控制中的应用是轮胎设计的先决条件。这可能被称为汽车的版本叫什么配置控制车辆（CCV的）航空工程。图12奔驰F 400雕刻开展了多项合作控制ECU有两个配置。一是有一个中央控制的ECU（图13），而另一个提供在每个系统单独控制的ECU，实现通过协同控制的ECU（之间的通信图14）（阿明，西尔维亚，约瑟夫，与Ansgar，2001年）。因为无论配置，都可以得到相同的结果，包括协同控制，选择一个合适的ECU配置将根据开发系统，包括谁是负责中央ECU的发展问题。图13未来一体化底盘控制概念图14车辆动态控制（VDM）中的控制结构底盘控制技术，超越以往采用的概念，在第三代的另一个重大变化是使用外部传感器，在碰撞的车辆制动控制的道路和就业指导。图15显示相机配备车辆检测的白色车道标线，使转向控制，以保持车辆的过程中（石田，田中，近藤Shingyoji，2003年）。图16显示了碰撞缓解系统（CMS），检测前车使用雷达，并适用于制动控制，以减少碰撞的损害（Kodaka，Otabe，乌来，小池，2003年）。这些系统不利于车辆为一台机器的物理动力学性能的改善，但使车辆通过使用外部传感器的智能和有疗效显着减少驱动器的负载。图15。本田智能驾驶员支持系统（HIDS）。图（一）16碰撞缓解制动系统（CMS）（二）碰撞缓解制动系统（CMS）3.底盘的未来发展趋势3.1控制技术底盘控制的目的，大致可分为两大类：1.车辆的物理动力学作为一台机器的性能改善。2.减少工作负载。第1组的前身具有很大的潜力，以提高车辆的物理性能的底盘控制。我们需要开发一种新的控制方法,成功的4 WS,DYC,以及类似的。在试图达到这个目标，如上所述，轮胎角度的控制，从而增加了外倾角高20已经提出了一种新形式的底盘控制，以提高转弯性能，这据报道，以生产提高了30特种轮胎的组合。为了开发这一系统，研究人员回顾轮胎上产生摩擦力的原则。拱推力，其中轮胎接触路面的垂直载荷分布也有类似的分布，从而能够产生比转向力更高的摩擦力。这可以看作是一个典型例子的基本技术，旨在提高车辆的归类在第一个机器的性能之间的关系密不可分2，图1所示的控制方法。转向线（SBW）和刹车线（BBW），存在控制的概念，分为3节。沉鼓没有的转向车轮和轮胎之间的机械连接功能，能提供主动控制自由不干扰驾驶操作的方向盘，但超过可靠性的关注和成本高的意思是，该技术还没有被商业实施。未来的研发对其实施的努力是可取的。我们可以预期，在未来的系统分类在第4的进一步发展，其中有改善通过使用传感器技术来提高人机交互性能改善的目标。在结束发言时，控制逻辑被认为是形成控制技术的核心。剔除技术归类在第4，在使用外部传感器确定明确的控制目标，我们必须要问有关系统在第1，2，2.1，2.2，2.3和3的底盘控制的基本逻辑是否足够以确定如何应控制车辆。可以考虑参考模型状态反馈控制逻辑是目前的主要趋势。然而，一个问题出现时，这个逻辑应用于车辆控制是一个事实，即在路面的变化，使计算模型不切实际的参考值。此外，在驾驶的情况下使用的状态反馈信号修复车辆的行为中的一种形式，驾驶能手往往要承受那样不合适的控制。在未来它将需要发展专用汽车控制逻辑的特点，作为一台机器，而不是仅仅采用传统的控制逻辑车辆的专用汽车的控制逻辑。轮胎模型用于确定控制目标，并作为反馈信号（偏航力矩聘请胜山与福岛，2000年）已经提出一个理想的制度。这是一个提示对消除薄弱环节控制系统的反馈量
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