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關鍵詞：汽車；電子穩(wěn)定程序(ESP)；狀態(tài)差異法；硬件在環(huán)實時仿真
汽車電子穩(wěn)定程序(electronic stabilityprogram，簡稱ESP)是近年來開發(fā)出來的一種先進的汽車底盤控制系統(tǒng)。其功能是監(jiān)控汽車的行駛狀態(tài)，在車輛緊急躲避障礙物、轉(zhuǎn)彎等容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況時，利用動力系統(tǒng)干預及制動系統(tǒng)干預，幫助車輛克服偏離理想軌跡的傾向，為車輛提供更好的安全性。在國際上，ESP已經(jīng)成為了高性能車輛的標準配置，而國內(nèi)的ESP研究還處于起步階段。
ESP的控制算法很多，有利用實際的車輛狀態(tài)，通過相平面法進行判斷控制的；也有采用狀態(tài)差異法，即利用名義狀態(tài)與實際狀態(tài)的差異來進行判斷控制的。但采用的控制參數(shù)不同，狀態(tài)差異法也不同。
本文基于車輛橫擺角速度的狀態(tài)差異法，設計了ESP的控制邏輯，并根據(jù)某型車的動力學參數(shù)，設計了適用于該車的ESP控制算法。
1 ESP控制算法設計
ESP從控制功能來看，包含了防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、驅(qū)動力控制系統(tǒng)(TCS)，以及主動橫擺力偶矩控制系統(tǒng)(AYC)�？刂七壿嬁傮w結構如圖1所示。
整個控制邏輯分為兩個層次，即主副兩個循環(huán)。主循環(huán)控制車輛的橫擺角速度，實施直接橫擺控制(DYC)；副循環(huán)監(jiān)視車輪狀態(tài)，防止在控制過程中出現(xiàn)車輪抱死的情況。
1．1 主控制循環(huán)
主循環(huán)DYC控制在監(jiān)視橫擺角速度差值的過程中，一旦橫擺角速度差值大于某個正門限，則立即進入ABS副循環(huán)，快速增壓左前輪，減壓右前輪。一旦這個正門限值消失，則立即減壓左前輪，恢復車輪的自由滾動。同樣的，一旦橫擺角速度差值小于某個負門限值，則立即以ABS的方式增壓右前輪，減壓左前輪，一旦門限值消失，則快速減壓恢復車輪的自由滾動。
橫擺角速度差值即名義橫擺角速度以及實際橫擺角速度的差。車輛橫擺角速度的實際值，可以利用裝在車上的橫擺角速度傳感器測得。而名義橫擺角速度，需要控制器根據(jù)車輛的動力學參數(shù)、車輛的狀態(tài)以及駕駛員的輸入進行計算而得到。本文利用一個線性二自由度車輛模型進行計算。
該車輛模型中。假定輪胎的側偏角與側向力的關系是線性的，同時不考慮地面切向力對輪胎側偏特性的影響，也不考慮空氣動力的作用。將車輛簡化為線性二自由度的模型，忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角δ作為輸入；忽略懸架的作用，認為車輛車廂只作平行于地面的平面運動；車輛沿x軸的前進速度u視為不變，因此，車輛只有沿y軸的側向運動和繞z軸的橫擺運動兩個自由度。線性二自由度車輛模型如圖2所示。
二自由度車輛運動微分方程式如下：
將這樣一個線性二自由度汽車等速行駛時，前輪角階躍輸入下得到的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度作為名義橫擺角速度：
1．2 副控制循環(huán)
副循環(huán)在ABS控制的基礎上進行輪速控制�？刂七壿嫹�3個主要階段：首次增減壓階段、高附循環(huán)階段及低附循環(huán)階段�？刂七^程從首次增減壓階段開始，進行相應的增減壓調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)過程中，先進行路面識別。如果識別出是高附路面，則進行相應的高附路面的車輪制動力調(diào)節(jié)；如果識別出是低附路面，則進入相應的低附路面車輪制動力調(diào)節(jié)。同時，路面識別的結果也輸出到主控制循環(huán)，為主循環(huán)DYC提供路面信息，決定主循環(huán)DYC各控制門限值。
2 用于ESP設計的硬件在環(huán)仿真試驗臺
為了驗證所設計的。ESP控制邏輯的有效性，通過MATLAB／Simulink／xPC實時仿真工具，建立了如圖3所示的硬件在環(huán)仿真試驗臺。
圖3中，宿主機中建立ESP算法控制模型，利用嵌入式目標Embedded Target for Infineon C166Microcontrollers進行ESP控制算法的自動代碼生成，然后自動調(diào)用Infineon MiniMon工具通過RS232串行電纜將生成的代碼下載進基于InfineonCl66微處理器的控制ECU中。
宿主機內(nèi)利用Simulink建立了15自由度的整車模型，利用xPC工具通過TCP／IP將模型下載入目標機實時運行。實時運行的模型采集制動壓力信號，計算出當前的車速、橫擺角速度、前輪輪速，連同模型中設定的方向盤轉(zhuǎn)角一并傳遞給ECU。ECU根據(jù)當前狀態(tài)判斷車輛的穩(wěn)定情況，一旦檢測到失穩(wěn)傾向，就立刻控
