基于嵌入式的悬架与转向集成控制器研究

      为了改善车辆的操纵稳定性和行驶平顺性，提高汽车底盘控制的集成度，本文对底盘部分的半主动悬架SASS(Semi-Active Suspension System)和电动动力转向EPS(Electric Power Steering)系统进行了集成控制研究。

       设计并试制出基于嵌入式系统ARM S3C44B0X的SASS和EPS集成控制器，并进行了台架试验，结果表明研制的集成控制器效果良好，可用于汽车底盘集成控制系统的开发研究。

        车辆底盘控制通过电控系统改善底盘的动力学特性，提高车辆的主动安全性和驾驶舒适性，是当前汽车研究领域的热点之一，是今后底盘系统的发展方向。目前国内汽车底盘集成主要集中在对防抱死制动系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）、驱动防滑转系统（ASR）和自动巡航系统（ACC）的集成上[1-4]，对车辆悬架系统和转向系统集成控制的报道尚不多见。本文对半主动悬架和电动助力转向的集成控制器进行了设计，采用嵌入式系统SAMSUNG S3C44B0X，选用模糊控制算法和PID算法分别控制SASS和EPS，试制出基于嵌入式系统的集成控制器，台架试验表明该集成控制器取得了较好的效果，可以达到设计要求。

        1. 集成控制方案设计

      研究的悬架系统是减振器可调阻尼式半主动悬架（广义上称为主动悬架，ASS），转向系统是电动助力式转向。

图1  ASS/EPS集成控制示意图                      图2  集成系统控制策略

        图1所示为ASS/EPS集成控制示意图，将主动悬架系统和电动助力转向视为一个整体，考虑了二者部分状态变量上的耦合，设计集成控制器，对半主动减振器步进电机和电动助力转向的直流电机进行协调控制，改变可调减振器阻尼和提供转向助力，达到改善转向车身姿态变化、协调操稳性和平稳性间矛盾的目的。基于集成模型考虑到软件编程的难易程度，本文采用模糊+PID控制策略，见图2所示[5]，对EPS的的助力电压U进行PID控制，修正助力，改善横摆角速度的响应，提高转向灵敏度；用模糊控制器根据反馈的状态变量控制ASS系统，改善质心垂直加速度和悬架动挠度响应，提高车辆的行驶平顺性。

      2. 控制系统硬件设计

       控制器硬件部分设计见图3所示，主要包括输入信号的采集调理模块、微处理器的接口模块、和对执行机构的输出控制模块。

图3  控制器的硬件模块

       车辆正常行驶时，传感器采集控制系统外部的车身垂直振动加速度、转向轴转矩、车速等状态信号，经调理传送到控制器的电控单元ECU，ECU进行分析计算处理，产生控制信号传输给执行机构，执行机构按控制要求驱动悬架减振器的步进电机和转向系的直流电机，改变减振器的阻尼，同时提供转向助力，实现ASS和 EPS的协调集成控制。

       控制器是集成系统的核心，微处理器MCU是控制器的核心，考虑到MCU的速度、集成的资源、输入输出口及其开发环境，本文选用SAMSUNG的 S3C44B0X作为控制器的微处理芯片。S3C44B0X 微处理器片内集成ARM7TDMI核[6]，采用0.25umCMOS工艺制造，在ARM7TDMI核基本功能的基础上集成了丰富的外围功能模块，便于低成本设计应用系统。