使用基于模型的設(shè)計(jì) 開發(fā)側(cè)翻穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

　　汽車電子領(lǐng)域內(nèi)整合主動(dòng)安全機(jī)制的趨勢(shì)愈演愈烈，迫使汽車制造廠商將防側(cè)翻功能整合到傳統(tǒng)汽車底盤控制系統(tǒng)之中，例如，制動(dòng)防抱死系統(tǒng)和牽引力控制系統(tǒng)如今均已得到增強(qiáng)，整合了防側(cè)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(shì)，強(qiáng)制要求所有 2011 年款汽車和更新的款式必須配備防側(cè)翻控制器。這項(xiàng)要求以 NHTSA 對(duì)于側(cè)翻碰撞的事故數(shù)據(jù)分析為依據(jù)。例如，根據(jù) NHTSA 的國家統(tǒng)計(jì)與分析中心提供的數(shù)據(jù)，在 2001 年，共有 10,138 人死于側(cè)翻碰撞事故，占當(dāng)年因事故死亡總?cè)藬?shù)的 32%。實(shí)施主動(dòng)安全機(jī)制可降低車輛側(cè)翻的風(fēng)險(xiǎn)，從而減少潛在傷亡。降低側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)的方法之一就是實(shí)現(xiàn)電子穩(wěn)定性控制（ESC），根據(jù)測(cè)量和預(yù)計(jì)的車輛狀態(tài)來應(yīng)用差動(dòng)制動(dòng)。本文主要介紹使用基于模型的設(shè)計(jì)，為運(yùn)動(dòng)型多功能車（SUV）開發(fā)和自動(dòng)優(yōu)化 ESC。

汽車和控制器模型

　　在基于模型的設(shè)計(jì)中，核心概念是可執(zhí)行的規(guī)范或模型，它描述了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為?？梢岳媒?jīng)過驗(yàn)證的汽車模型（本例中為高保真度的 SUV 模型），顯著降低與控制器設(shè)計(jì)相關(guān)的開發(fā)成本和時(shí)間?？衫媚Ｐ偷臄?shù)字仿真來研究車輛對(duì)不同轉(zhuǎn)向操控實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)，并且此類測(cè)試可輕而易舉地在不同的路面、輪胎型號(hào)和車輛屬性等參數(shù)下重復(fù)執(zhí)行。此外，還可以在嵌入式控制系統(tǒng)的開發(fā)與驗(yàn)證中使用模型。

　　本文所用的汽車是典型的中型 SUV。車輛模型可在 CarSim? 中找到，這是一款現(xiàn)成的商業(yè)汽車動(dòng)態(tài)仿真工具。車輛模型的性能根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，適合仿真車輛在嚴(yán)重側(cè)傾運(yùn)動(dòng)下的反應(yīng)。車輛模型具有兩個(gè)獨(dú)立前端懸架、一個(gè)用于支持簧載質(zhì)量的實(shí)心后軸。非線性數(shù)學(xué)模型可為簧載質(zhì)量、各軸、各輪、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)提供自由度。車輛模型可使用不同的車輛參數(shù)以及路面和環(huán)境條件進(jìn)行自定義。

　　　　　　　　圖 1：使用 CarSim 用戶界面設(shè)置車輛參數(shù)。

　　圖 1 顯示了 CarSim 用戶界面，以及用于構(gòu)建車輛模型的部分物理車輛參數(shù)。可從控制器參數(shù)中分別修改這些參數(shù)，以便測(cè)試控制器在不同車輛條件下的行為，例如，一名乘客、多名乘客和高重心的情況。本文所用的車輛模型應(yīng)用的轉(zhuǎn)向輸入符合 NHTSA fishhook 操控實(shí)驗(yàn)，這種標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)用于評(píng)估動(dòng)態(tài)車輛穩(wěn)定性。本測(cè)試的設(shè)計(jì)目的是模擬駕駛員在避開路面上突然出現(xiàn)的障礙物時(shí)可能采取的行動(dòng)。對(duì)于數(shù)字仿真，我們?yōu)?SUV 模型設(shè)定轉(zhuǎn)向輸入，驗(yàn)證了在沒有 ESC 的情況下，車輛將出現(xiàn)側(cè)翻。

控制器開發(fā)與優(yōu)化