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(shè)計了ESP的控制邏輯，并根據(jù)某型車的動力學(xué)參數(shù)，設(shè)計了適用于該車的ESP控制算法。
1 ESP控制算法設(shè)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(jié)構(gòu)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(fù)車輪的自由滾動。同樣的，一旦橫擺角速度差值小于某個負(fù)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(fù)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(xué)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(cè)偏角與側(cè)向力的關(guān)系是線性的，同時不考慮地面切向力對輪胎側(cè)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(rèn)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(cè)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(chǔ)上進行輪速控制?？刂七壿嫹?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(yīng)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(yīng)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(yīng)的低附路面車輪制動力調(diào)節(jié)。同時，路面識別的結(jié)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(shè)計的硬件在環(huán)仿真試驗臺
為了驗證所設(shè)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(biāo)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(biāo)機實時運行。實時運行的模型采集制動壓力信號，計算出當(dāng)前的車速、橫擺角速度、前輪輪速，連同模型中設(shè)定的方向盤轉(zhuǎn)角一并傳遞給ECU。ECU根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)判斷車輛的穩(wěn)定情況，一旦檢測到失穩(wěn)傾向，就立刻控制HCU電磁閥及主動壓力源電磁閥進行增減壓操作。新的壓力信號又反饋給目標(biāo)機，目標(biāo)機根據(jù)新的制動壓力信號計算下一個步長的車輛狀態(tài)，形成一個閉環(huán)。
仿真試驗過程中，ESP對車輛的控制效果通過一個三維場景實時顯示，相應(yīng)的控制參數(shù)也可通過圖表離線分析。采用這種分析方式，可以得到較精確的ESP控制參數(shù)值，從而大幅度節(jié)省后期道路試驗的費用。
3 ESP控制算法的驗證
基于制動器的數(shù)學(xué)模型進行了安裝ESP車輛移線操作的純數(shù)字仿真。仿真結(jié)果能夠證明ESP的調(diào)節(jié)作用。但由于目前制動器模型不能準(zhǔn)確描述制動力作用過程中的非線性因素，因此采用硬件在環(huán)仿真試驗?zāi)軌虻玫浇咏缆吩囼灥慕Y(jié)果。
Fishhook試驗方法是驗證ESP控制效果的有效方式之一，其試驗操作如圖4所示。當(dāng)汽車達到需要的速度之后，駕駛員將方向盤向一個方向急速轉(zhuǎn)向270°，然后將汽車向相反方向急速回轉(zhuǎn)540°。
初始仿真條件為，車輛初速100 km／h，路面附著系數(shù)O．5。圖5所示是未加ESP控制時的Fishhook試驗結(jié)果。仿真結(jié)果分別列出了車速及輪速、名義橫擺及實際橫擺角速度、車輛軌跡曲線。施加了ESP控制的硬件在環(huán)仿真結(jié)果如圖6所示。
從仿真結(jié)果可以看出，沒有施加ESP控制之前，橫擺角速度的名義值與實際值之間出現(xiàn)了很大的偏差，而且表征車輛橫向穩(wěn)定性狀態(tài)的車輛質(zhì)心側(cè)偏角一度出現(xiàn)大于1 rad時，車輛明顯失穩(wěn)。從車輛的軌跡上也可以看出，車輛橫向偏移大，已偏出實際跑道。而施加了ESP控制之后，從制動力矩曲線可以看出，控制系統(tǒng)對車輛進行了必要的制動力干預(yù)，使得車輛的實際橫擺角速度與名義橫擺角速度保持在允許的范圍之內(nèi)。車輛的質(zhì)心側(cè)偏角也控制在了正常范圍以內(nèi)，保證車輛的穩(wěn)定性。制動施加過程中，車輪也沒有出現(xiàn)抱死的情況，說明控制算法中ABS制動小循環(huán)發(fā)揮了作用。從車輛的軌跡曲線來看，車輛能夠完成正常的Fishhook動作。
4 結(jié) 論
本文設(shè)計了包含主副兩個控制循環(huán)的ESP控制算法。主循環(huán)控制橫擺實施DYC，副循環(huán)控制車輪轉(zhuǎn)動實施ABS。主控制循環(huán)中的控制參數(shù)為車輛的狀態(tài)差異值。其狀態(tài)差異由實測車輛的橫擺角速度與由一個2自由度車輛模型計算得到的車輛橫擺角速度相比較而獲得。采用自行研制的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，針對ESP性能測試專用Fishhook測試模式，對所設(shè)計的ESP控制算法進行了試驗驗證。試驗結(jié)果驗證了所設(shè)計ESP算法的有效性和實時適應(yīng)性。
（轉(zhuǎn)載）
