1.4 发展趋势
任何车辆控制系统的构成都包括三大组成部分，即控制器、传感器和执行机构。后两者在技术上可以解决，但对于作为控制系统关键的控制器，其控制算法实质是要寻求一个能够为车辆提供良好性能的控制律。为此，需要将控制理论与车辆动力学紧密结合，且主要以计算机建模与仿真分析以及实时控制试验为研究手段。随着主动控制系统在车辆中应用的增加趋势及各种功能控制系统集成程度的日益提高，车辆动力学在未来车辆控制系统设计中的作用将愈加重要。最近10年，人们在主动控制系统开发及其与被动车辆系统的动力学结合方面做了很多工作。在未来的发展中，这两方面工作仍然会涉及并进一步加强。
1.4.1 主动控制
以主动悬架为例，从理论上讲，采用主动悬架的车辆要想获得满意的控制律还要用到几项技术。在设计控制器时，一般对车辆的行驶条件都采用了一些假设并限定了其范围。然而在现实中的路面粗糙度、路面不平度输入、车速、制动力或驱动力等因素可能在较大范围内变化，因此控制器设计时需要考虑稳定性和自适应问题。也就是说，在保证系统稳定的前提下，控制器可在线地自调节以适应当前特定的运行条件。这就需要更深入的基础性工作，把先进的控制理论运用到车辆动力学设计中去。
研究表明，利用“轴距预瞄”信息可以提高后轮处的悬架性能，而这种轴距预瞄信息基于一个前提，即后轮的输入与前轮输入相同，只是时间上存在着一个滞后。假如我们将这一概念进一步扩展，即在车辆前部安装一个前视预瞄传感器，来提供关于前轮前方路面输入的可靠信息，控制系统就可同时利用车辆前后轮的路面预测信息进行控制，这一控制方式称为“预瞄控制”。然而，预瞄控制的潜力尚有待于进一步研究，以判断开发这种传感器的实际价值。已有的一些研究结果显示，在前轮前方0.8～1m处前保险杠上安装传感器，能够获得满意的车辆性能改善效果，并具有可接受的性价比。
液气悬架的商业前途已得到人们的普遍认可，但实际中的一些约束条件限制了有限带宽主动悬架系统的市场开发。按其重要程度大致排列是，造价，能耗，增加的质量，安全性或可靠性。若想在今后几年内取得重大的发展，还需要在电液阀技术方面有大的突破来降低成本。一些功能相对较差而造价低得多的可控子系统将继续得到汽车厂商的关注，包括连续可调阻尼系统、侧倾控制系统和车高控制系统。实际上，如果能够将这3个子系统很好地结合使用的话，其共同完成的功能与一个有限带宽主动系统不相上下，但造价和能耗却可能低很多。
最后，探讨控制系统集成这个大范围的问题。控制系统已经在一些方面（如防抱死、牵引力控制等）得到了很好的应用，并且正在向其他方面拓展，如可切换阻尼器、侧倾控制、四轮转向等。这些系统最初只限于各自完成某一特定的功能，但它们迟早会结合起来。虽然这里我们并未涉及防抱死制动系统（ABS）和牵引力控制系统（TCS）等，但显然这些底盘系统通常相互关联，且相互作用。比如，通过垂向的轮胎动载荷影响，ABS或TCS必然要和主动悬架控制发生联系；又比如，车辆在对开路面（两边摩擦系数不同的路面）制动时，通过ABS对纵向力的控制可以与采用4WS对横向力的控制共同作用，以保证横摆力矩的稳定，提高车辆行驶安全性。因此，在车辆动力学领域中，对于这些控制系统的集成研究不仅必要，而且必需，同时也为未来的车辆动力学研究者留下了一个新的挑战。
1.4.2 整体底盘控制
作为车辆和道路之间的界面，轮胎和底盘对于行驶安全和舒适性起着决定性的作用，对于这个界面进行优化也就是我们未来最重要的项目。整体底盘控制项目将制动系统、悬架系统、转向系统和轮胎集成为智能底盘，如图1-7所示。整体底盘智能控制的中央计算机根据传感器数据对行驶状态进行评估，通过各系统的相互协调，确保所有路况下都能获得更好的安全性、舒适性和驾驶乐趣。整体底盘智能控制与传统底盘有以下区别。在弯道较多的山路行驶时，驾驶员要不断转向，整体底盘智能控制可大大改善对车辆的操纵，主动底盘使摆动减到最小，可变转向比使转向更轻松，这样，驾驶员可轻易完成弯道的行驶。道路上的湿树叶对于高速行驶来说不成问题。传感器获得有关各车轮附着力的数据，主动转向开始工作，以避免甩尾。主动底盘使车辆保持稳定，驾驶员在任何时候都能控制情况。在不同附着系数路面全制动时，传统车辆的驾驶员必须不断对转向进行校准以保持车道，这导致制动无法达到最高效率，进而延长了制动距离。主动转向缓解了可转向性和制动距离的矛盾，使车辆自动保持方向稳定性，使驾驶员的转向操纵减至最少，并能将制动距离缩短15%～20%。
图1-7 集成的底盘操纵稳定性控制
1.4.3 车辆动力学
成熟的车辆模型和与之有关的功能强大的软件包都已经在汽车工业界得到广泛应用。将在第5章中以车辆平顺性的仿真分析为例，介绍车辆多体系统动力学建模及有关分析软件的应用。
近年来发展起来的多刚体系统动力学，其基本计算方法是，首先对一个由不同质量和几何尺寸组成的系统施加一些不同类型的连接元件，从而建立起一个具有合适自由度的模型，然后软件包会自动生成相应的时域非线性方程，并在给定的系统输入下进行求解。
其实，不管实际的系统方程组有多么复杂，都可以写成一个形式，即
（1-1）
式中 M——系统参数矩阵，包括质量、惯量、刚度、阻尼、几何尺寸等；
X——系统变量构成的向量，它可能包含几百个变量；
F——所有外力的矩阵。
在此需要特别指出，假如F中还包括一些不确定因素的话，那么花很大的精力去提高方程式左边MX的精度，也是没有意义的。例如，在操纵动力学模型中，F矩阵包括的轮胎作用力恐怕就是最不精确的部分。因此，不断努力地对轮胎性能进行测量、提炼和建模将成为车辆动力学发展的一个核心问题。
回顾行驶动力学和操纵动力学的发展，可以清楚地看到，车辆动力学中一些更为微妙的因素未必能够通过建模来预测，但在主观评价中，这些因素却很容易被有经验的实验工程师发现。目前，人们普遍承认，在对车辆行驶和操纵性能的开发、调节、以至最后形成批量生产决策时，仍以主观评价为基础。也许我们会问，既然功能强大的计算机软件能如此有效地模拟日益复杂的车辆模型，我们又何必仍然依赖于经过精确“标定”的试验工程师们精湛技能呢？对这个问题，或许可以从两方面来回答。首先，这些模型虽不“完美”，但并不意味着它们没有用处，比起以往的那种反复实车试验的做法，任何加速开发设计进程的分析工具都肯定有用。其次，如果我们在建模时把精力都集中在模型的复杂性和精确度方面，就有可能搞错了其主次关系。我们对车辆性能的客观测量和主观评价之间复杂的关系还缺乏了解，而车辆的最终用户是驾驶员或乘客，是他们最终决定着对行驶振动的被动反应以及对车辆操纵行为的主动控制。因此，对车辆动力学研究者来说，今后一个重要的研究领域就是对这些主观与客观之间关系的认识问题。