汽車電子領域內整合主動安全機制的趨勢愈演愈烈，迫使汽車制造廠商將防側翻功能整合到傳統(tǒng)汽車底盤控制系統(tǒng)之中，例如，制動防抱死系統(tǒng)和牽引力控制系統(tǒng)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）進一步推進了這種趨勢，強制要求所有 2011 年款汽車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(shù)據(jù)分析為依據(jù)。例如，根據(jù) NHTSA 的國家統(tǒng)計與分析中心提供的數(shù)據(jù)，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(shù)的 32%。實施主動安全機制可降低車輛側翻的風險，從而減少潛在傷亡。降低側翻風險的方法之一就是實現(xiàn)電子穩(wěn)定性控制（ESC），根據(jù)測量和預計的車輛狀態(tài)來應用差動制動。本文主要介紹使用基于模型的設計，為運動型多功能車（SUV）開發(fā)和自動優(yōu)化 ESC。

汽車和控制器模型

　　在基于模型的設計中，核心概念是可執(zhí)行的規(guī)范或模型，它描述了系統(tǒng)的動態(tài)行為。可以利用經(jīng)過驗證的汽車模型（本例中為高保真度的 SUV 模型），顯著降低與控制器設計相關的開發(fā)成本和時間?？衫媚Ｐ偷臄?shù)字仿真來研究車輛對不同轉向操控實驗的反應，并且此類測試可輕而易舉地在不同的路面、輪胎型號和車輛屬性等參數(shù)下重復執(zhí)行。此外，還可以在嵌入式控制系統(tǒng)的開發(fā)與驗證中使用模型。

　　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)汽車動態(tài)仿真工具。車輛模型的性能根據(jù)測試數(shù)據(jù)進行驗證，適合仿真車輛在嚴重側傾運動下的反應。車輛模型具有兩個獨立前端懸架、一個用于支持簧載質量的實心后軸。非線性數(shù)學模型可為簧載質量、各軸、各輪、轉向系統(tǒng)和制動系統(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)境條件進行自定義。

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

　　圖 1 顯示了 CarSim 用戶界面，以及用于構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用的轉向輸入符合 NHTSA fishhook 操控實驗，這種標準實驗用于評估動態(tài)車輛穩(wěn)定性。本測試的設計目的是模擬駕駛員在避開路面上突然出現(xiàn)的障礙物時可能采取的行動。對于數(shù)字仿真，我們?yōu)?SUV 模型設定轉向輸入，驗證了在沒有 ESC 的情況下，車輛將出現(xiàn)側翻。

控制器開發(fā)與優(yōu)化