駕駛員協(xié)助系統(tǒng)DAS（Driver Assistance System）未來發(fā)展趨勢中最重要的一點(diǎn)就是各種系統(tǒng)的功能集成。本文介紹由continental Teves公司最新開發(fā)的具有網(wǎng)絡(luò)特性的底盤綜合控制系統(tǒng)GCC（Global Chassis Control），它將發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和懸掛系統(tǒng)的功能進(jìn)行集成，用來提高車輛的動(dòng)態(tài)特性、乘坐舒適性和穩(wěn)定性等。
一．底盤綜合控制系統(tǒng)GCC
底盤綜合控制系統(tǒng)GCC本質(zhì)上是目前電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP（Electronic Stability Program）的邏輯功能擴(kuò)展，其目的是在駕駛員正常的駕駛條件下，最大限度地提高車輛的主動(dòng)安全性、乘坐平順性和駕駛員的開車興趣；它是使用車上已安裝的配置—電子控制底盤子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)其功能的。該系統(tǒng)能夠使車輛在極度危險(xiǎn)的情況下更容易控制，同時(shí)具有最好的乘坐舒適性，并能確保更靈敏的操縱性能。
在目前市場上，處理車輛在危險(xiǎn)的情況下保持車輛穩(wěn)定功能的產(chǎn)品大都是通過干預(yù)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的管理和有選擇性地對單個(gè)車輪進(jìn)行單邊制動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，而沒有將在危險(xiǎn)情況下其他影響車輛穩(wěn)定性的功能如轉(zhuǎn)向和懸掛系統(tǒng)等的影響增加到控制系統(tǒng)中。最新開發(fā)底盤綜合控制系統(tǒng)GCC將車輛轉(zhuǎn)向和懸掛系統(tǒng)的干預(yù)功能集成到了控制系統(tǒng)中，大大延伸了車輛能夠?qū)崿F(xiàn)的、提高穩(wěn)定性的可選擇范圍。
GCC系統(tǒng)可以適合所有日常的行車情況，如車輛起步、加減速、轉(zhuǎn)向、超車等和可變摩擦系數(shù)的路面；它對兩側(cè)車輪具有不同摩擦系數(shù)的情況有很好的適用性。
發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和懸掛系統(tǒng)的綜合控制，是保證車輛在各種運(yùn)行情況下的主動(dòng)安全性和乘坐舒適性等的最優(yōu)控制方式；綜合控制的結(jié)果，對駕駛員來說是車輛行駛時(shí)的動(dòng)態(tài)特性變得更加透明，車輛運(yùn)動(dòng)方向更有預(yù)見性。因此與目前的ESP系統(tǒng)相比，GCC系統(tǒng)在保證車輛安全性方面更具發(fā)展?jié)摿Α?/SPAN>
二．GCC系統(tǒng)的功能部件
GCC系統(tǒng)是使用Mk25E或Mk60E電子制動(dòng)系統(tǒng)來完成動(dòng)作的，其制動(dòng)壓力的控制由具有開啟、關(guān)閉功能的閥來完成。通過發(fā)動(dòng)機(jī)和電子制動(dòng)系統(tǒng)之間的扭矩接口，也可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，以提高特定的動(dòng)態(tài)情況下車輛的穩(wěn)定性。
疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指在方向盤轉(zhuǎn)過的角度上，能再疊加一個(gè)額外的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的這種功能對于G CC系統(tǒng)的發(fā)展有無限的潛力。該系統(tǒng)使用嵌在轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的電動(dòng)機(jī)械作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖1所示的就是電動(dòng)疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理。
當(dāng)傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為參數(shù)化轉(zhuǎn)向時(shí)，它與疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)可變速比轉(zhuǎn)向，用以滿足車輛低速時(shí)大的直接轉(zhuǎn)向、高速時(shí)較小的直接轉(zhuǎn)向需要。另外，加上．目前已普遍使用的對制動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的干預(yù)控制，GCC系統(tǒng)也利用電子轉(zhuǎn)向協(xié)助系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來有效地維持由駕駛員選擇的駕駛過程，例如車輛在高速行駛下的轉(zhuǎn)向、直線行駛等，這樣車輛的運(yùn)動(dòng)就更有預(yù)見性。
如果車輛安裝了電子控制懸架系統(tǒng)，如可調(diào)式減震器和主動(dòng)穩(wěn)定器，單邊輪胎在垂直方向的受力也可臨時(shí)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)車輛動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的需要。這樣，車輛自轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)可以根據(jù)需要，設(shè)定在輕微的不足轉(zhuǎn)向和輕微的過渡轉(zhuǎn)向之間。
三．GCC系統(tǒng)的功能合成
由于車輛的各種控制系統(tǒng)，如ABS、ESP等，制造商的產(chǎn)品開發(fā)部門在進(jìn)行最初開發(fā)時(shí)都是單獨(dú)作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，整車制造商經(jīng)常也將其作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)打包采購，這就導(dǎo)致了車輛的多種控制系統(tǒng)進(jìn)行混裝時(shí)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)功能相同的傳感器互相重、復(fù)的現(xiàn)象。例如，如果車輛裝配疊加轉(zhuǎn)向、主動(dòng)底盤、ESP和電子差速器等，每個(gè)系統(tǒng)都需配備多種估算器、車輛運(yùn)動(dòng)計(jì)算器和驅(qū)動(dòng)狀態(tài)控制器，這樣每個(gè)系統(tǒng)都有功能相同的傳感器來測量車輛同一個(gè)參數(shù)變化量，例如車輛的橫向加速度。
各種各樣的執(zhí)行器功能的重疊必須強(qiáng)調(diào)動(dòng)作的協(xié)調(diào)性，以避免動(dòng)作的不協(xié)調(diào)給車輛的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性帶來不利的影響。各種控制系統(tǒng)用“共存法”安裝，并不定能達(dá)到預(yù)期的效果，最后得到的結(jié)果要比理想的效果差得多；“共存法”安裝結(jié)構(gòu)另外一個(gè)重要的缺陷就是在其發(fā)展過程中技術(shù)提升的潛力受到限制。由于產(chǎn)品的更新?lián)Q代，需對技術(shù)進(jìn)行提升時(shí)，通常需要了解各單個(gè)系統(tǒng)具有的功能數(shù)量，對不是同一家公司生產(chǎn)的產(chǎn)品來說，要了解其功能控制方式并破譯控制程序是很困難的，所以，這大大影響了產(chǎn)品開發(fā)周期和批量化生產(chǎn)。
與此相對應(yīng)的“集成”控制方法，控制方式見圖2b。在“集成”結(jié)構(gòu)中，底盤的每一個(gè)子系統(tǒng)都具有一個(gè)基本功能，如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有可變速比功能。它與“共存法”相比，只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)估算器、一個(gè)相對運(yùn)動(dòng)計(jì)算器和一個(gè)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)控制器。這取決于實(shí)際需要和車輛的實(shí)際運(yùn)動(dòng)；駕駛員設(shè)定的維持車輛穩(wěn)定性的相對偏航力矩由系統(tǒng)計(jì)算得到，然后該力矩由執(zhí)行器來執(zhí)行，以確保車輛最優(yōu)的主動(dòng)安全性、乘坐平順性和駕車樂趣，并且該力矩能夠一直進(jìn)行調(diào)整。例如在進(jìn)行設(shè)定時(shí)，可將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)干預(yù)設(shè)定為先于制動(dòng)系統(tǒng)干預(yù)；底盤各子系統(tǒng)之間相互作用，能夠產(chǎn)生最優(yōu)化的總體效果。
發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能集成的優(yōu)點(diǎn)將在下面說明，參見ESP II的應(yīng)用。
四．GCC系統(tǒng)的操作支持
GCC系統(tǒng)的操作支持功能要考慮如下因素：方向盤快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反應(yīng)到車輛上，其運(yùn)動(dòng)就有一定的滯后性，造成這種現(xiàn)象的原因就是如輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)支承、車輛本身的慣性矩等具有彈性裝置的彈性運(yùn)動(dòng)造成的。這種車輛本身的相對遲緩運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致嚴(yán)重的問題，因?yàn)轳{駛員通常采用使車輛過度轉(zhuǎn)向的方法來補(bǔ)償這種行動(dòng)的滯后性。
為了避免發(fā)生這種情況，車輛實(shí)際需要的運(yùn)動(dòng)和其實(shí)際的運(yùn)動(dòng)必須連續(xù)地進(jìn)行比較計(jì)k算。車輛實(shí)際需要的運(yùn)動(dòng)與車輛制造商的意愿相適應(yīng)，而其實(shí)際運(yùn)動(dòng)用傳感器進(jìn)行監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)它們之間產(chǎn)生了差異，通過使用疊加轉(zhuǎn)向角，即提前角的方式來進(jìn)行補(bǔ)償，這也能夠使車輛載荷、輪胎類型和底盤磨損的變化影響保持到最小的限度。
五．偏航力矩補(bǔ)償
如果車輪兩側(cè)的路面具有不同摩擦系數(shù)。當(dāng)車輛進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，具有集成功能的底盤子系統(tǒng)具有很大的優(yōu)點(diǎn)，這也是特別具有服力的例子。如果車輛沒有安裝電子制動(dòng)系統(tǒng)，車輛進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，在車輛兩邊的輪子，上會(huì)建立起不相等的制動(dòng)力而產(chǎn)生偏航力矩，迫使車輛朝向具有大的地面摩擦系數(shù)的一側(cè)，當(dāng)車輪被完全抱死后，維持車輛運(yùn)動(dòng)的側(cè)向力就會(huì)消失，駕駛員就無法再對車輛進(jìn)行有效的控制。
目前車上安裝的電子制動(dòng)系統(tǒng)都能夠檢測路面的摩擦系數(shù)分布情況，并能快速減小制動(dòng)壓力，同時(shí)在具有較大地面摩擦系數(shù)的一側(cè)，再逐漸地建立起來，結(jié)果，駕駛員就不會(huì)有反向轉(zhuǎn)向的負(fù)擔(dān)。為了使車輛保持穩(wěn)定，后面兩車輪的制動(dòng)壓力設(shè)置的值較低，這對大多數(shù)駕駛員來說，都能夠使車輛保持在可控范圍之內(nèi)，但是制動(dòng)距離要稍長些。
對車輛本身來說，一方面存在的穩(wěn)定性和可控性之間的矛盾沖突，另一方面要求制動(dòng)時(shí)有較短的制動(dòng)距離，使用傳統(tǒng)的方法解決此問題時(shí)比較困難的，在GCC中，采用了主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)的方法來解決，其結(jié)果可參見圖3。由于較小的摩擦系數(shù)，由車輛兩側(cè)車輪制動(dòng)力不同引起的偏航力矩不能通過在較小摩擦系數(shù)一側(cè)增加制動(dòng)系統(tǒng)的壓力來補(bǔ)償，惟一可選擇的解決方法就是通過反向轉(zhuǎn)向提供額外的側(cè)向力。使用ESP II，通過駕駛員獨(dú)立的主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)來實(shí)現(xiàn)反向轉(zhuǎn)向，在此過程中，需要駕駛員能夠連續(xù)地進(jìn)行轉(zhuǎn)向，通過轉(zhuǎn)向干預(yù)實(shí)現(xiàn)的偏航力矩補(bǔ)償也意味著在前輪和后輪的制動(dòng)壓力的建立過程中實(shí)際是沒有延遲的，這樣，制動(dòng)距離就大大的縮短了，可以縮短10%之多，這取決于車輪兩側(cè)摩擦系數(shù)的差值和傳統(tǒng)的ABS/ESP的配合。因此，制動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都能保持它們的最原始功能：制動(dòng)系統(tǒng)縮短制動(dòng)距離，而轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)反向轉(zhuǎn)向。
六．偏行率控制
在GCC系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向干預(yù)的內(nèi)容對車輛在極為關(guān)鍵的駕駛情況下偏航率控制也很有利。例如，在適應(yīng)過度轉(zhuǎn)向時(shí)，允許反向轉(zhuǎn)向自動(dòng)起作用，駕駛員根本就感覺不到轉(zhuǎn)向干預(yù)的作用，因此在設(shè)定時(shí)可以使轉(zhuǎn)向干預(yù)早點(diǎn)起作用，從而避免在危險(xiǎn)情況下，駕駛員在感覺到車輛不穩(wěn)定前使車輛保持穩(wěn)定。車輛保持穩(wěn)定所需要的數(shù)據(jù)與傳感器實(shí)際測的數(shù)據(jù)不停地進(jìn)行對比計(jì)算，如果車輛偏離了駕駛員設(shè)定的道路，主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)產(chǎn)生校正偏航力矩以確保車輛保持穩(wěn)定。在轉(zhuǎn)向干預(yù)的協(xié)助下，ESP II比制動(dòng)本身的效果更加理想，因?yàn)檗D(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的杠桿調(diào)節(jié)作用比制動(dòng)系統(tǒng)更多，并且軸距比車輛的軌跡更大。
車輛在雙向車道上，改變其機(jī)動(dòng)性，如從行車道轉(zhuǎn)到另一車道然后再返回本車道的過程。在此過程（a）“雙倍車道”的機(jī)動(dòng)性能（b）TI制動(dòng)和轉(zhuǎn)向功能上進(jìn)行校正力矩分配落（c）測量的方向盤轉(zhuǎn)角中，標(biāo)準(zhǔn)的ESP系統(tǒng)的控制功能只有發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)參與作用，而ESPII就加入了主動(dòng)轉(zhuǎn)向的作用（紅線）。駕駛員操作的方向盤轉(zhuǎn)角（綠線）與總的轉(zhuǎn)向角（藍(lán)線）相比顯示出了很大的協(xié)調(diào)性，如果沒有ESPII，駕駛員完成相同的轉(zhuǎn)向動(dòng)作，需要轉(zhuǎn)動(dòng)的方向盤角度就很大，所以ESPII可以大大降低駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
七．不足轉(zhuǎn)向干預(yù)
在主動(dòng)安全方面更進(jìn)一步的改進(jìn)體現(xiàn)在不足轉(zhuǎn)向的情況下，如圖5所示。車輛在冰面和雪地上行駛時(shí)，地面、的摩擦系數(shù)小，就會(huì)出現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向的情況，車輛也就不再按駕駛員設(shè)定的方向行駛。增加前輪的轉(zhuǎn)向角，有時(shí)甚至?xí)p小作用在輪子上的側(cè)向力和偏航力矩，車輛將繼續(xù)保持不足轉(zhuǎn)向的狀態(tài)。
車輛如果從濕滑路面突然到摩擦系數(shù)較高的路面上，如干燥的瀝青路，前輪上的側(cè)向力突然增加將產(chǎn)生嚴(yán)重的偏航力矩，這將使大多數(shù)駕駛員失去對車輛的控制。
由于上述原因，最大可能出現(xiàn)的方向盤轉(zhuǎn)角被限制在一個(gè)合理的值上。如果檢測到不足轉(zhuǎn)向，即使駕駛員在相同方向上轉(zhuǎn)更大的方向盤轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角也不會(huì)增加，這就防止了前輪上的側(cè)向力出現(xiàn)陡降的情況。當(dāng)車輛突然到了摩擦系數(shù)較高的路面上，車輛就變得很容易控制，因?yàn)榍拜嗈D(zhuǎn)角相對很小。
八．結(jié)論
Continental Teves公司開發(fā)的底盤綜合控制系統(tǒng)GCC將電子控制的底盤各子系統(tǒng)的功能集成到了一起，因此就提高了車輛的主動(dòng)安全性、舒適性和駕車快樂。它與若干傳統(tǒng)的單個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)相比，可以節(jié)省更多的開發(fā)費(fèi)用，另外在應(yīng)用的傳感器和控制單元的數(shù)量上，以及性能上可節(jié)省更多的成本。各子系統(tǒng)之間使用標(biāo)準(zhǔn)的操作界面，車輛制造商在選擇供應(yīng)商時(shí)可以不受任何限制。
