基于嵌入式的懸架與轉(zhuǎn)向集成控制器研究

      為了改善車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性，提高汽車(chē)底盤(pán)控制的集成度，本文對(duì)底盤(pán)部分的半主動(dòng)懸架SASS(Semi-Active Suspension System)和電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向EPS(Electric Power Steering)系統(tǒng)進(jìn)行了集成控制研究。

       設(shè)計(jì)并試制出基于嵌入式系統(tǒng)ARM S3C44B0X的SASS和EPS集成控制器，并進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)，結(jié)果表明研制的集成控制器效果良好，可用于汽車(chē)底盤(pán)集成控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究。

        車(chē)輛底盤(pán)控制通過(guò)電控系統(tǒng)改善底盤(pán)的動(dòng)力學(xué)特性，提高車(chē)輛的主動(dòng)安全性和駕駛舒適性，是當(dāng)前汽車(chē)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，是今后底盤(pán)系統(tǒng)的發(fā)展方向。目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)底盤(pán)集成主要集中在對(duì)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）、驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)（ASR）和自動(dòng)巡航系統(tǒng)（ACC）的集成上[1-4]，對(duì)車(chē)輛懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成控制的報(bào)道尚不多見(jiàn)。本文對(duì)半主動(dòng)懸架和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的集成控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用嵌入式系統(tǒng)SAMSUNG S3C44B0X，選用模糊控制算法和PID算法分別控制SASS和EPS，試制出基于嵌入式系統(tǒng)的集成控制器，臺(tái)架試驗(yàn)表明該集成控制器取得了較好的效果，可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

        1. 集成控制方案設(shè)計(jì)

      研究的懸架系統(tǒng)是減振器可調(diào)阻尼式半主動(dòng)懸架（廣義上稱為主動(dòng)懸架，ASS），轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向。

圖1  ASS/EPS集成控制示意圖                      圖2  集成系統(tǒng)控制策略

        圖1所示為ASS/EPS集成控制示意圖，將主動(dòng)懸架系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向視為一個(gè)整體，考慮了二者部分狀態(tài)變量上的耦合，設(shè)計(jì)集成控制器，對(duì)半主動(dòng)減振器步進(jìn)電機(jī)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的直流電機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，改變可調(diào)減振器阻尼和提供轉(zhuǎn)向助力，達(dá)到改善轉(zhuǎn)向車(chē)身姿態(tài)變化、協(xié)調(diào)操穩(wěn)性和平穩(wěn)性間矛盾的目的。基于集成模型考慮到軟件編程的難易程度，本文采用模糊+PID控制策略，見(jiàn)圖2所示[5]，對(duì)EPS的的助力電壓U進(jìn)行PID控制，修正助力，改善橫擺角速度的響應(yīng)，提高轉(zhuǎn)向靈敏度；用模糊控制器根據(jù)反饋的狀態(tài)變量控制ASS系統(tǒng)，改善質(zhì)心垂直加速度和懸架動(dòng)撓度響應(yīng)，提高車(chē)輛的行駛平順性。

      2. 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

       控制器硬件部分設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3所示，主要包括輸入信號(hào)的采集調(diào)理模塊、微處理器的接口模塊、和對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出控制模塊。

圖3  控制器的硬件模塊

       車(chē)輛正常行駛時(shí)，傳感器采集控制系統(tǒng)外部的車(chē)身垂直振動(dòng)加速度、轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)矩、車(chē)速等狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)調(diào)理傳送到控制器的電控單元ECU，ECU進(jìn)行分析計(jì)算處理，產(chǎn)生控制信號(hào)傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按控制要求驅(qū)動(dòng)懸架減振器的步進(jìn)電機(jī)和轉(zhuǎn)向系的直流電機(jī)，改變減振器的阻尼，同時(shí)提供轉(zhuǎn)向助力，實(shí)現(xiàn)ASS和 EPS的協(xié)調(diào)集成控制。

       控制器是集成系統(tǒng)的核心，微處理器MCU是控制器的核心，考慮到MCU的速度、集成的資源、輸入輸出口及其開(kāi)發(fā)環(huán)境，本文選用SAMSUNG的 S3C44B0X作為控制器的微處理芯片。S3C44B0X 微處理器片內(nèi)集成ARM7TDMI核[6]，采用0.25umCMOS工藝制造，在ARM7TDMI核基本功能的基礎(chǔ)上集成了豐富的外圍功能模塊，便于低成本設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)。