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汽車底盤控制系統之中，例如，制動防抱死系統和牽引力控制系統如今均已得到增強，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據分析為依據。例如，根據 NHTSA 的國家統計與分析中心提供的數據，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電子穩定性控制（ESC），根據測量和預計的車輛狀態來應用差動制動。本文主要介紹使用基于模型的設計，為運動型多功能車（SUV）開發和自動優化 ESC。

汽車和控制器模型

　　在基于模型的設計中，核心概念是可執行的規范或模型，它描述了系統的動態行為。可以利用經過驗證的汽車模型（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成本和時間。可利用模型的數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下重復執行。此外，還可以在嵌入式控制系統的開發與驗證中使用模型。

　　本文所用的汽車是典型的中型 SUV。車輛模型可在 CarSim? 中找到，這是一款現成的商業汽車動態仿真工具。車輛模型的性能根據測試數據進行驗證，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。非線性數學模型可為簧載質量、各軸、各輪、轉向系統和制動系統提供自由度。車輛模型可使用不同的車輛參數以及路面和環境條件進行自定義。

　　　　　　　　圖 1：使用 CarSim 用戶界面設置車輛參數。

　　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。可從控制器參數中分別修改這些參數，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車輛穩定性。本測試的設計目的是模擬駕駛員在避開路面上突然出現的障礙物時可能采取的行動。對于數字仿真，我們為 SUV 模型設定轉向輸入，驗證了在沒有 ESC 的情況下，車輛將出現側翻。

控制器開發與優化