摘  要：汽车电子稳定程序(ESP)是一种先进的汽车控制系统，控制算法是ESP的核心。该文设计了基于状态差异法的具有主副循环结构的ESP控制算法。主循环调节车辆的姿态，副循环控制车轮的状态。利用MATLAB嵌入式目标工具．生成了ESP控制逻辑的代码。在自行研制的试验系统中，对该控制算法进行了硬件在环实时仿真，验证了算法的台理性、有效性和实时适应性。
关键词：汽车；电子稳定程序(ESP)；状态差异法；硬件在环实时仿真

    汽车电子稳定程序(electronic stabilityprogram，简称ESP)是近年来开发出来的一种先进的汽车底盘控制系统。其功能是监控汽车的行驶状态，在车辆紧急躲避障碍物、转弯等容易出现不稳定状况时，利用动力系统干预及制动系统干预，帮助车辆克服偏离理想轨迹的倾向，为车辆提供更好的安全性。在国际上，ESP已经成为了高性能车辆的标准配置，而国内的ESP研究还处于起步阶段。
    ESP的控制算法很多，有利用实际的车辆状态，通过相平面法进行判断控制的；也有采用状态差异法，即利用名义状态与实际状态的差异来进行判断控制的。但采用的控制参数不同，状态差异法也不同。
    本文基于车辆横摆角速度的状态差异法，设计了ESP的控制逻辑，并根据某型车的动力学参数，设计了适用于该车的ESP控制算法。

1 ESP控制算法设计
    ESP从控制功能来看，包含了防抱死制动系统(ABS)、驱动力控制系统(TCS)，以及主动横摆力偶矩控制系统(AYC)。控制逻辑总体结构如图1所示。

    整个控制逻辑分为两个层次，即主副两个循环。主循环控制车辆的横摆角速度，实施直接横摆控制(DYC)；副循环监视车轮状态，防止在控制过程中出现车轮抱死的情况。

1．1 主控制循环
    主循环DYC控制在监视横摆角速度差值的过程中，一旦横摆角速度差值大于某个正门限，则立即进入ABS副循环，快速增压左前轮，减压右前轮。一旦这个正门限值消失，则立即减压左前轮，恢复车轮的自由滚动。同样的，一旦横摆角速度差值小于某个负门限值，则立即以ABS的方式增压右前轮，减压左前轮，一旦门限值消失，则快速减压恢复车轮的自由滚动。
    横摆角速度差值即名义横摆角速度以及实际横摆角速度的差。车辆横摆角速度的实际值，可以利用装在车上的横摆角速度传感器测得。而名义横摆角速度，需要控制器根据车辆的动力学参数、车辆的状态以及驾驶员的输入进行计算而得到。本文利用一个线性二自由度车辆模型进行计算。
    该车辆模型中。假定轮胎的侧偏角与侧向力的关系是线性的，同时不考虑地面切向力对轮胎侧偏特性的影响，也不考虑空气动力的作用。将车辆简化为线性二自由度的模型，忽略转向系统的影响，直接以前轮转角δ作为输入；忽略悬架的作用，认为车辆车厢只作平行于地面的平面运动；车辆沿x轴的前进速度u视为不变，因此，车辆只有沿y轴的侧向运动和绕z轴的横摆运动两个自由度。线性二自由度车辆模型如图2所示。

二自由度车辆运动微分方程式如下：

将这样一个线性二自由度汽车等速行驶时，前轮角阶跃输入下得到的稳态横摆角速度作为名义横摆角速度：

1．2 副控制循环
    副循环在ABS控制的基础上进行轮速控制。控制逻辑分3个主要阶段：首次增减压阶段、高附循环阶段及低附循环阶段。控制过程从首次增减压阶段开始，进行相应的增减压调节。在调节过程中，先进行路面识别。如果识别出是高附路面，则进行相应的高附路面的车轮制动力调节；如果识别出是低附路面，则进入相应的低附路面车轮制动力调节。同时，路面识别的结果也输出到主控制循环，为主循环DYC提供路面信息，决定主循环DYC各控制门限值。

2 用于ESP设计的硬件在环仿真试验台
    为了验证所设计的。ESP控制逻辑的有效性，通过MATLAB／Simulink／xPC实时仿真工具，建立了如图3所示的硬件在环仿真试验台。

    图3中，宿主机中建立ESP算法控制模型，利用嵌入式目标Embedded Target for Infineon C166Microcontrollers进行ESP控制算法的自动代码生成，然后自动调用Infineon MiniMon工具通过RS232串行电缆将生成的代码下载进基于InfineonCl66微处理器的控制ECU中。
    宿主机内利用Simulink建立了15自由度的整车模型，利用xPC工具通过TCP／IP将模型下载入目标机实时运行。实时运行的模型采集制动压力信号，计算出当前的车速、横摆角速度、前轮轮速，连同模型中设定的方向盘转角一并传递给ECU。ECU根据当前状态判断车辆的稳定情况，一旦检测到失稳倾向，就立刻控制HCU电磁阀及主动压力源电磁阀进行增减压操作。新的压力信号又反馈给目标机，目标机根据新的制动压力信号计算下一个步长的车辆状态，形成一个闭环。
    仿真试验过程中，ESP对车辆的控制效果通过一个三维场景实时显示，相应的控制参数也可通过图表离线分析。采用这种分析方式，可以得到较精确的ESP控制参数值，从而大幅度节省后期道路试验的费用。

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