表1  縱-橫向動(dòng)力學(xué)集成控制方案

2.2 橫-垂向動(dòng)力學(xué)集成控制

除了側(cè)滑和激轉(zhuǎn)，側(cè)翻也是常見的車輛側(cè)向失穩(wěn)形式。駕駛?cè)瞬僮鬓D(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生橫擺運(yùn)動(dòng)，懸架系統(tǒng)影響側(cè)傾運(yùn)動(dòng)，車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)與橫擺運(yùn)動(dòng)間存在較強(qiáng)的耦合關(guān)系，繼而影響車輛橫向載荷轉(zhuǎn)移率。同時(shí)，側(cè)向加速度引起的車輛垂直載荷變化傳遞到輪胎上，將加重輪胎力的非線性特性進(jìn)而影響車輛行駛穩(wěn)定性。因此，車輛緊急轉(zhuǎn)向或高速變道時(shí)，較大的側(cè)向加速度和較大的載荷轉(zhuǎn)移可能會(huì)導(dǎo)致側(cè)翻危險(xiǎn)的發(fā)生。

表２列出了目前研究中常用的橫向動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方案。針對(duì)橫－垂向動(dòng)力學(xué)集成控制，希望通過懸架系統(tǒng)改變各車輪的垂直載荷，以改善輪胎與路面的附著條件，進(jìn)而改善車輛的橫向動(dòng)力學(xué)性能。目前主要采用分散式或分層式集成控制架構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)集成控制，不僅實(shí)現(xiàn)了輪胎與路面的接觸條件實(shí)時(shí)優(yōu)化，有效防止了汽車側(cè)翻的發(fā)生，對(duì)車輛橫擺穩(wěn)定性、平順性和行駛安全性均有所提高。對(duì)于分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車，由于電機(jī)安裝在輪輞中，使得非簧載質(zhì)量顯著增加，垂向運(yùn)動(dòng)特性發(fā)生明顯改變，因此需要針對(duì)其垂向動(dòng)力學(xué)的新特性進(jìn)行橫－垂向動(dòng)力學(xué)集成控制研究。

表2  橫-垂向動(dòng)力學(xué)集成控制方案

2.3 縱-垂向動(dòng)力學(xué)集成控制

當(dāng)車輛進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，路面能夠提供給輪胎的最大制動(dòng)力受路面附著系數(shù)以及輪胎垂向力的影響。主動(dòng)懸架系統(tǒng)通過與制動(dòng)防抱死系統(tǒng)集成，間接調(diào)節(jié)輪胎的法向反力，可以實(shí)現(xiàn)最大的制動(dòng)效能。在不失去對(duì)車輛控制的情況下，制動(dòng)距離盡可能短是車輛最重要的安全要求，目前的應(yīng)用中最引人注目的是制動(dòng)防抱死系統(tǒng)。因此，縱－垂向動(dòng)力學(xué)集成控制將有利于提升車輛緊急情況下的駕駛安全性。

表３列出了常用的控制方案。通過縱－垂向動(dòng)力學(xué)集成控制，輪胎與路面的附著條件得到改善，制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離進(jìn)一步降低，部分控制系統(tǒng)使得車輛高速轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定性、對(duì)外部擾動(dòng)的魯棒性也有所提升。通過懸架系統(tǒng)與復(fù)合制動(dòng)的集成，還可以改善能量回收效率，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)性。相比于集中式驅(qū)動(dòng)，目前驅(qū)動(dòng)／制動(dòng)系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)集成控制研究主要集中在ABS與主動(dòng)懸架的集成控制方面，同時(shí)還需要兼顧車輛運(yùn)行平順性與舒適性。

表3  縱-垂向動(dòng)力學(xué)集成控制方案

2.4 縱-橫-垂向動(dòng)力學(xué)集成控制

由于分布式驅(qū)動(dòng)汽車在車輛動(dòng)力學(xué)控制中可控自由度高的優(yōu)勢(shì)，近年來，縱－橫向動(dòng)力學(xué)集成控制、橫－垂向動(dòng)力學(xué)集成控制、縱－垂向動(dòng)力學(xué)集成控制逐漸發(fā)展為縱－橫－垂向動(dòng)力學(xué)集成控制。通過解耦子系統(tǒng)間的動(dòng)力學(xué)耦合關(guān)系、合理分配輪胎力，改善車輛動(dòng)力學(xué)性能并減輕駕駛強(qiáng)度，獲得不同行駛工況下底盤縱、橫及垂向動(dòng)力學(xué)全局最優(yōu)的控制響應(yīng)。對(duì)于縱－橫－垂向動(dòng)力學(xué)集成控制，由于系統(tǒng)間耦合復(fù)雜度成倍增加，因此從控制系統(tǒng)的效果、實(shí)時(shí)性、控制精度等角度考慮，主要提出了２類控制方法：①基于權(quán)重分配的協(xié)調(diào)控制；②基于優(yōu)化的協(xié)調(diào)控制，其協(xié)調(diào)控制架構(gòu)如圖5所示。

圖5  驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)分層集成控制