智能汽车技术及汽车动力学控制系统

　　汽车动力学稳定性控制系统(DSC)是汽车主动安全电控系统的重要研究前沿，是继ABS之后需要进行重点突破的汽车主动安全控制系统。要求汽车具有更好的可控性和更高的行驶安全性。因此，汽车的操纵稳定性日益受到重视，成为现代汽车研究的重点。本文通过对国内外关于DSC的研究文献和开发的产品进行收集整理，为DSC研发提供参考。

　　汽车动力学稳定性控制系统(DSC)是汽车电控研究前沿。这一系统目前没有统一的命名，Bosch公司称之为汽车电子稳定程序(ESP);丰田公司称之汽车稳定性控制系统(VSC)或汽车稳定性辅助系统(VSA)，汽车电子稳定控制系统(ESC);宝马公司称之汽车动力学稳定性控制系统(DSC)。名称不尽相同，但在设计目标，控制策略，追求的性能上大体是相同的。

　　1 智能型汽车的特点

智能车又称为无人驾驶汽车，属于轮式移动机器人的一种，是一个集环境感知、路径规划、自动驾驶等多功能于一体的综合系统。智能汽车技术将许多领域联系在一起，如计算机科学、人工智能、图像处理、模式识别和控制理论等。智能汽车与一般所说的自动驾驶有所不同，它更多指的是利用GPS和智能科技公路技术实现的汽车自动驾驶。

这种汽车不需要人去驾驶，因为它装有相当于人的“眼睛”、“大脑”和“脚”的电视摄像机、电子计算机和自动操纵系统之类的装置，这些装置都装有非常复杂的电脑程序，所以这种汽车能和人一样会“思考”、“判断”、“行走”，可以自动启动、加速、刹车，可以自动绕过地面障碍物。

　　2 智能汽车操纵稳定性研究的目的及意义

汽车动力学稳定性控制系统(DSC)是汽车电控的研究前沿。这一系统目前没有统一的命名，Bosch公司称之为汽车电子稳定程序(ESP);丰田公司称之汽车稳定性控制系统(VSC)或汽车稳定性辅助系统(VSA)，汽车电子稳定控制系统(ESC);宝马公司称之汽车动力学稳定性控制系统(DSC)。

名称不尽相同，但在设计目标，控制策略，追求的性能上大体是相同的。随着高速公路的发展和汽车技术的进步，公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化的趋势。现代轿车的设计最高时速一般都大于200km/h，有的运动型轿车甚至超过300km/h。

汽车在高速公路上的行驶速度通常也都在lOOkm/h，其次驾驶员的非职业化发展趋势，使得车辆在高速行驶时出现了各种各样的稳定性问题。要求汽车具有更好的可控性和更高的行驶安全性。因此，汽车的操纵稳定性日益受到重视，成为现代汽车研究的重点。

　　3 国内外研究现状

国外发达越来越多的车型已将电子稳定性控制系统作为其标准配置2005年大约40%的新注册车辆配备了ESP，在高档车上，ESP已经成为了标准配置，中档车上的装配率也迅速提高，在紧凑型车上装配率稍低。国内对汽车操纵稳定性控制的研究起步较晚，目前仍然处于研究开发的初期，没有具备自主知识产权的产品。

电子稳定性控制系统的装配率还比较低，以往通常只在高档车上才装配ESP，2006年上市的东风雪铁龙的凯旋、一汽大众的速腾和上海通用的君越都配有ESP，但是装备的都是国外公司的产品，国内还没有自己的实际开发系统的能力，大多数学者只是基于理论的研究。

　　4 车辆操纵稳定性控制的基本原理及分析

汽车电子稳定控制的基本思想是通过对临界稳态工况的控制，来阻止汽车进入不可控的非稳态，此时汽车的质心侧偏角往往较大，车轮的侧向力已接近轮胎与路面的附着极限，此时方向盘转角控制对车辆稳定性的改善并不明显，所以一般不使用方向盘转角控制，可以采用通过纵向力匹配来产生横摆力矩的控制方法来改善车辆稳定性。

本文采用横摆力矩控制来保证车辆稳定性，使车辆的实际运动状态与期望状态一致。首先由传感器检测出汽车运行状态如横摆角速度、整车侧偏角、侧向加速度以及左右轮速差等实际值，然后根据理想状态模型计算出汽车运动状态的名义横摆角速度和质心侧偏角的值，当实际变量值与名义变量值之差超过某一极限时通过一定的控制逻辑和算法计算出所需要控制的横摆力矩，这里所采用的控制逻辑和算法是具有较强鲁棒性的模糊逻辑控制器，通过控制汽车的横摆力矩来达到改善汽车操纵稳定性的目的。

　　5 车辆动力学模型的建立

　　建立精确的整车模型，是进行系统仿真的关键。两轮模型参数简单，能够考虑纵向、横向运动控制，是动力学控制系统开发常用模型。基于该模型，开发了侧偏角估算算法，侧向速度估算算法。但在进行环仿真分析过程中，一般采用四轮多自由度汽车仿真分析模型，可以考虑悬架、轮胎、车身的非线性，以及汽车的动态非线性，能够较为精确地反映汽车的动态特征。

　　6 模糊逻辑控制器的设计

　　模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。模糊控制的基本思想是将操作人员的控制经验用具有模糊含义的语言变量加以描述，用一组条件语句构成控制规则以及相应的模糊推理，最终通过模糊决策得到精确的控制量，使复杂系统做出合乎实际的、符合人类思维方式的处理成为可能。模糊控制系统对于无法得到被控对象精确的数学模型或系统具有较强非线性的控制过程将会取得较好的控制效果。

　　7 汽车稳定性系统的联合仿真的建立

　　ADAMS是一种多刚体动力学软件，其中的ADAMS/Car模块可以精确的建立整车虚拟样机多自由度模型。ADAMS本身可以进行的控制方式有两种：一、输入、输出变量的设置和对控制函数的定义。二、利用ADAMS自带的控制工具箱(Controls Toolkit)。控制工具箱提供了简单的线性控制模块和滤波模块，可以方便地实现前置滤波、PID控制和其它连续时间单元的模拟仿真。利用此工具箱可以直接在ADAMS样机模型中添加控制模块，解决一些简单的控制问题，很难实现复杂的控制联合仿真。

　　作者：尤建祥 来源：中国科技纵横 2016年6期