使用基于模型的設計 開(kāi)發(fā)側翻穩定性控制系統

　　汽車(chē)電子領(lǐng)域內整合主動(dòng)安全機制的趨勢愈演愈烈，迫使汽車(chē)制造廠(chǎng)商將防側翻功能整合到傳統汽車(chē)底盤(pán)控制系統之中，例如，制動(dòng)防抱死系統和牽引力控制系統如今均已得到增強，整合了防側翻功能。美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）進(jìn)一步推進(jìn)了這種趨勢，強制要求所有 2011 年款汽車(chē)和更新的款式必須配備防側翻控制器。這項要求以 NHTSA 對于側翻碰撞的事故數據分析為依據。例如，根據 NHTSA 的國家統計與分析中心提供的數據，在 2001 年，共有 10,138 人死于側翻碰撞事故，占當年因事故死亡總人數的 32%。實(shí)施主動(dòng)安全機制可降低車(chē)輛側翻的風(fēng)險，從而減少潛在傷亡。降低側翻風(fēng)險的方法之一就是實(shí)現電子穩定性控制（ESC），根據測量和預計的車(chē)輛狀態(tài)來(lái)應用差動(dòng)制動(dòng)。本文主要介紹使用基于模型的設計，為運動(dòng)型多功能車(chē)（SUV）開(kāi)發(fā)和自動(dòng)優(yōu)化 ESC。

汽車(chē)和控制器模型

　　在基于模型的設計中，核心概念是可執行的規范或模型，它描述了系統的動(dòng)態(tài)行為?？梢岳媒?jīng)過(guò)驗證的汽車(chē)模型（本例中為高保真度的 SUV 模型），顯著(zhù)降低與控制器設計相關(guān)的開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間?？衫媚Ｐ偷臄底址抡鎭?lái)研究車(chē)輛對不同轉向操控實(shí)驗的反應，并且此類(lèi)測試可輕而易舉地在不同的路面、輪胎型號和車(chē)輛屬性等參數下重復執行。此外，還可以在嵌入式控制系統的開(kāi)發(fā)與驗證中使用模型。

　　本文所用的汽車(chē)是典型的中型 SUV。車(chē)輛模型可在 CarSim? 中找到，這是一款現成的商業(yè)汽車(chē)動(dòng)態(tài)仿真工具。車(chē)輛模型的性能根據測試數據進(jìn)行驗證，適合仿真車(chē)輛在嚴重側傾運動(dòng)下的反應。車(chē)輛模型具有兩個(gè)獨立前端懸架、一個(gè)用于支持簧載質(zhì)量的實(shí)心后軸。非線(xiàn)性數學(xué)模型可為簧載質(zhì)量、各軸、各輪、轉向系統和制動(dòng)系統提供自由度。車(chē)輛模型可使用不同的車(chē)輛參數以及路面和環(huán)境條件進(jìn)行自定義。

　　　　　　　　圖 1：使用 CarSim 用戶(hù)界面設置車(chē)輛參數。

　　圖 1 顯示了 CarSim 用戶(hù)界面，以及用于構建車(chē)輛模型的部分物理車(chē)輛參數?？蓮目刂破鲄抵蟹謩e修改這些參數，以便測試控制器在不同車(chē)輛條件下的行為，例如，一名乘客、多名乘客和高重心的情況。本文所用的車(chē)輛模型應用的轉向輸入符合 NHTSA fishhook 操控實(shí)驗，這種標準實(shí)驗用于評估動(dòng)態(tài)車(chē)輛穩定性。本測試的設計目的是模擬駕駛員在避開(kāi)路面上突然出現的障礙物時(shí)可能采取的行動(dòng)。對于數字仿真，我們?yōu)?SUV 模型設定轉向輸入，驗證了在沒(méi)有 ESC 的情況下，車(chē)輛將出現側翻。

控制器開(kāi)發(fā)與優(yōu)化