使用基于模型的设计 开发侧翻稳定性控制系统

　　汽车电子领域内整合主动安全机制的趋势愈演愈烈，迫使汽车制造厂商将防侧翻功能整合到传统汽车底盘控制系统之中，例如，制动防抱死系统和牵引力控制系统如今均已得到增强，整合了防侧翻功能。美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）进一步推进了这种趋势，强制要求所有 2011 年款汽车和更新的款式必须配备防侧翻控制器。这项要求以 NHTSA 对于侧翻碰撞的事故数据分析为依据。例如，根据 NHTSA 的国家统计与分析中心提供的数据，在 2001 年，共有 10,138 人死于侧翻碰撞事故，占当年因事故死亡总人数的 32%。实施主动安全机制可降低车辆侧翻的风险，从而减少潜在伤亡。降低侧翻风险的方法之一就是实现电子稳定性控制（ESC），根据测量和预计的车辆状态来应用差动制动。本文主要介绍使用基于模型的设计，为运动型多功能车（SUV）开发和自动优化ESC。

汽车和控制器模型

　　在基于模型的设计中，核心概念是可执行的规范或模型，它描述了系统的动态行为。可以利用经过验证的汽车模型（本例中为高保真度的SUV模型），显著降低与控制器设计相关的开发成本和时间。可利用模型的数字仿真来研究车辆对不同转向操控实验的反应，并且此类测试可轻而易举地在不同的路面、轮胎型号和车辆属性等参数下重复执行。此外，还可以在嵌入式控制系统的开发与验证中使用模型。

　　本文所用的汽车是典型的中型SUV。车辆模型可在 CarSim® 中找到，这是一款现成的商业汽车动态仿真工具。车辆模型的性能根据测试数据进行验证，适合仿真车辆在严重侧倾运动下的反应。车辆模型具有两个独立前端悬架、一个用于支持簧载质量的实心后轴。非线性数学模型可为簧载质量、各轴、各轮、转向系统和制动系统提供自由度。车辆模型可使用不同的车辆参数以及路面和环境条件进行自定义。

　　　　　　　　图 1：使用 CarSim 用户界面设置车辆参数。

　　图 1 显示了 CarSim 用户界面，以及用于构建车辆模型的部分物理车辆参数。可从控制器参数中分别修改这些参数，以便测试控制器在不同车辆条件下的行为，例如，一名乘客、多名乘客和高重心的情况。本文所用的车辆模型应用的转向输入符合 NHTSA fishhook 操控实验，这种标准实验用于评估动态车辆稳定性。本测试的设计目的是模拟驾驶员在避开路面上突然出现的障碍物时可能采取的行动。对于数字仿真，我们为 SUV 模型设定转向输入，验证了在没有ESC的情况下，车辆将出现侧翻。

控制器开发与优化