尤建祥

【摘 要】汽車動力學(xué)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（DSC）是汽車主動安全電控系統(tǒng)的重要研究前沿，是繼ABS之后需要進(jìn)行重點(diǎn)突破的汽車主動安全控制系統(tǒng)。要求汽車具有更好的可控性和更高的行駛安全性。因此，汽車的操縱穩(wěn)定性日益受到重視，成為現(xiàn)代汽車研究的重點(diǎn)。本文通過對國內(nèi)外關(guān)于DSC的研究文獻(xiàn)和開發(fā)的產(chǎn)品進(jìn)行收集整理，為DSC研發(fā)提供參考。

【關(guān)鍵詞】汽車 動力 控制系統(tǒng)

汽車動力學(xué)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（DSC）是汽車電控研究前沿。這一系統(tǒng)目前沒有統(tǒng)一的命名，Bosch公司稱之為汽車電子穩(wěn)定程序（ESP）；豐田公司稱之汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（VSC）或汽車穩(wěn)定性輔助系統(tǒng)（VSA），汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）；寶馬公司稱之汽車動力學(xué)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（DSC）。名稱不盡相同，但在設(shè)計(jì)目標(biāo)，控制策略，追求的性能上大體是相同的。

1 智能型汽車的特點(diǎn)

智能車又稱為無人駕駛汽車，屬于輪式移動機(jī)器人的一種，是一個集環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、自動駕駛等多功能于一體的綜合系統(tǒng)。智能汽車技術(shù)將許多領(lǐng)域聯(lián)系在一起，如計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、圖像處理、模式識別和控制理論等。智能汽車與一般所說的自動駕駛有所不同，它更多指的是利用GPS和智能公路技術(shù)實(shí)現(xiàn)的汽車自動駕駛。這種汽車不需要人去駕駛，因?yàn)樗b有相當(dāng)于人的“眼睛”、“大腦”和“腳”的電視攝像機(jī)、電子計(jì)算機(jī)和自動操縱系統(tǒng)之類的裝置，這些裝置都裝有非常復(fù)雜的電腦程序，所以這種汽車能和人一樣會“思考”、“判斷”、“行走”，可以自動啟動、加速、剎車，可以自動繞過地面障礙物。

2 智能汽車操縱穩(wěn)定性研究的目的及意義

汽車動力學(xué)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（DSC）是汽車電控的研究前沿。這一系統(tǒng)目前沒有統(tǒng)一的命名，Bosch公司稱之為汽車電子穩(wěn)定程序（ESP）；豐田公司稱之汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（VSC）或汽車穩(wěn)定性輔助系統(tǒng)（VSA），汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）；寶馬公司稱之汽車動力學(xué)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（DSC）。名稱不盡相同，但在設(shè)計(jì)目標(biāo)，控制策略，追求的性能上大體是相同的。隨著高速公路的發(fā)展和汽車技術(shù)的進(jìn)步，公路交通呈現(xiàn)出行駛高速化、車流密集化的趨勢?，F(xiàn)代轎車的設(shè)計(jì)最高時速一般都大于200km/h，有的運(yùn)動型轎車甚至超過300km/h。汽車在高速公路上的行駛速度通常也都在lOOkm/h，其次駕駛員的非職業(yè)化發(fā)展趨勢，使得車輛在高速行駛時出現(xiàn)了各種各樣的穩(wěn)定性問題。要求汽車具有更好的可控性和更高的行駛安全性。因此，汽車的操縱穩(wěn)定性日益受到重視，成為現(xiàn)代汽車研究的重點(diǎn)。

3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外發(fā)達(dá)越來越多的車型已將電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)作為其標(biāo)準(zhǔn)配置2005年大約40%的新注冊車輛配備了ESP，在高檔車上，ESP已經(jīng)成為了標(biāo)準(zhǔn)配置，中檔車上的裝配率也迅速提高，在緊湊型車上裝配率稍低。國內(nèi)對汽車操縱穩(wěn)定性控制的研究起步較晚，目前仍然處于研究開發(fā)的初期，沒有具備自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的裝配率還比較低，以往通常只在高檔車上才裝配ESP，2006年上市的東風(fēng)雪鐵龍的凱旋、一汽大眾的速騰和上海通用的君越都配有ESP，但是裝備的都是國外公司的產(chǎn)品，國內(nèi)還沒有自己的實(shí)際開發(fā)系統(tǒng)的能力，大多數(shù)學(xué)者只是基于理論的研究。

4 車輛操縱穩(wěn)定性控制的基本原理及分析

汽車電子穩(wěn)定控制的基本思想是通過對臨界穩(wěn)態(tài)工況的控制，來阻止汽車進(jìn)入不可控的非穩(wěn)態(tài)，此時汽車的質(zhì)心側(cè)偏角往往較大，車輪的側(cè)向力已接近輪胎與路面的附著極限，此時方向盤轉(zhuǎn)角控制對車輛穩(wěn)定性的改善并不明顯，所以一般不使用方向盤轉(zhuǎn)角控制，可以采用通過縱向力匹配來產(chǎn)生橫擺力矩的控制方法來改善車輛穩(wěn)定性。本文采用橫擺力矩控制來保證車輛穩(wěn)定性，使車輛的實(shí)際運(yùn)動狀態(tài)與期望狀態(tài)一致。首先由傳感器檢測出汽車運(yùn)行狀態(tài)如橫擺角速度、整車側(cè)偏角、側(cè)向加速度以及左右輪速差等實(shí)際值，然后根據(jù)理想狀態(tài)模型計(jì)算出汽車運(yùn)動狀態(tài)的名義橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角的值，當(dāng)實(shí)際變量值與名義變量值之差超過某一極限時通過一定的控制邏輯和算法計(jì)算出所需要控制的橫擺力矩，這里所采用的控制邏輯和算法是具有較強(qiáng)魯棒性的模糊邏輯控制器，通過控制汽車的橫擺力矩來達(dá)到改善汽車操縱穩(wěn)定性的目的。

5 車輛動力學(xué)模型的建立

建立精確的整車模型，是進(jìn)行系統(tǒng)仿真的關(guān)鍵。兩輪模型參數(shù)簡單，能夠考慮縱向、橫向運(yùn)動控制，是動力學(xué)控制系統(tǒng)開發(fā)常用模型?；谠撃Ｐ?，開發(fā)了側(cè)偏角估算算法，側(cè)向速度估算算法。但在進(jìn)行環(huán)仿真分析過程中，一般采用四輪多自由度汽車仿真分析模型，可以考慮懸架、輪胎、車身的非線性，以及汽車的動態(tài)非線性，能夠較為精確地反映汽車的動態(tài)特征。

6 模糊邏輯控制器的設(shè)計(jì)

模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。模糊控制的基本思想是將操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)用具有模糊含義的語言變量加以描述，用一組條件語句構(gòu)成控制規(guī)則以及相應(yīng)的模糊推理，最終通過模糊決策得到精確的控制量，使復(fù)雜系統(tǒng)做出合乎實(shí)際的、符合人類思維方式的處理成為可能。模糊控制系統(tǒng)對于無法得到被控對象精確的數(shù)學(xué)模型或系統(tǒng)具有較強(qiáng)非線性的控制過程將會取得較好的控制效果。

7 汽車穩(wěn)定性系統(tǒng)的聯(lián)合仿真的建立

ADAMS是一種多剛體動力學(xué)軟件，其中的ADAMS/Car模塊可以精確的建立整車虛擬樣機(jī)多自由度模型。ADAMS本身可以進(jìn)行的控制方式有兩種：一、輸入、輸出變量的設(shè)置和對控制函數(shù)的定義。二、利用ADAMS自帶的控制工具箱（Controls Toolkit）?？刂乒ぞ呦涮峁┝撕唵蔚木€性控制模塊和濾波模塊，可以方便地實(shí)現(xiàn)前置濾波、PID控制和其它連續(xù)時間單元的模擬仿真。利用此工具箱可以直接在ADAMS樣機(jī)模型中添加控制模塊，解決一些簡單的控制問題，很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制聯(lián)合仿真。

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