摘  要：汽車電子穩定程序(ESP)是一種先進的汽車控制系統，控制算法是ESP的核心。該文設計了基于狀態差異法的具有主副循環結構的ESP控制算法。主循環調節車輛的姿態，副循環控制車輪的狀態。利用MATLAB嵌入式目標工具．生成了ESP控制邏輯的代碼。在自行研制的試驗系統中，對該控制算法進行了硬件在環實時仿真，驗證了算法的臺理性、有效性和實時適應性。
關鍵詞：汽車；電子穩定程序(ESP)；狀態差異法；硬件在環實時仿真

    汽車電子穩定程序(electronic stabilityprogram，簡稱ESP)是近年來開發出來的一種先進的汽車底盤控制系統。其功能是監控汽車的行駛狀態，在車輛緊急躲避障礙物、轉彎等容易出現不穩定狀況時，利用動力系統干預及制動系統干預，幫助車輛克服偏離理想軌跡的傾向，為車輛提供更好的安全性。在國際上，ESP已經成為了高性能車輛的標準配置，而國內的ESP研究還處于起步階段。
    ESP的控制算法很多，有利用實際的車輛狀態，通過相平面法進行判斷控制的；也有采用狀態差異法，即利用名義狀態與實際狀態的差異來進行判斷控制的。但采用的控制參數不同，狀態差異法也不同。
    本文基于車輛橫擺角速度的狀態差異法，設計了ESP的控制邏輯，并根據某型車的動力學參數，設計了適用于該車的ESP控制算法。

1 ESP控制算法設計
    ESP從控制功能來看，包含了防抱死制動系統(ABS)、驅動力控制系統(TCS)，以及主動橫擺力偶矩控制系統(AYC)。控制邏輯總體結構如圖1所示。

    整個控制邏輯分為兩個層次，即主副兩個循環。主循環控制車輛的橫擺角速度，實施直接橫擺控制(DYC)；副循環監視車輪狀態，防止在控制過程中出現車輪抱死的情況。

1．1 主控制循環
    主循環DYC控制在監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，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，恢復車輪的自由滾動。同樣的，一旦橫擺角速度差值小于某個負門限值，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，需要控制器根據車輛的動力學參數、車輛的狀態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。假定輪胎的側偏角與側向力的關系是線性的，同時不考慮地面切向力對輪胎側偏特性的影響，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，忽略轉向系統的影響，直接以前輪轉角δ作為輸入；忽略懸架的作用，認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態橫擺角速度作為名義橫擺角速度：

1．2 副控制循環
    副循環在ABS控制的基礎上進行輪速控制。控制邏輯分3個主要階段：首次增減壓階段、高附循環階段及低附循環階段。控制過程從首次增減壓階段開始，進行相應的增減壓調節。在調節過程中，先進行路面識別。如果識別出是高附路面，則進行相應的高附路面的車輪制動力調節；如果識別出是低附路面，則進入相應的低附路面車輪制動力調節。同時，路面識別的結果也輸出到主控制循環，為主循環DYC提供路面信息，決定主循環DYC各控制門限值。

2 用于ESP設計的硬件在環仿真試驗臺
    為了驗證所設計的。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Embedded Target for Infineon C166Microcontrollers進行ESP控制算法的自動代碼生成，然后自動調用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將模型下載入目標機實時運行。實時運行的模型采集制動壓力信號，計算出當前的車速、橫擺角速度、前輪輪速，連同模型中設定的方向盤轉角一并傳遞給ECU。ECU根據當前狀態判斷車輛的穩定情況，一旦檢測到失穩傾向，就立刻控