Carsim车辆电子稳定系统控制分析

Electronic technology •

电子技术

Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 123

【关键词】电子稳定系统 Carsim 联合仿真 Fishhook 控制算法

电子稳定性控制系统(Electronic Stability Control, ESC)是一种新型主动安全系统，是ABS 和TCS 两种系统功能的延伸。电子稳定性控制系统在实现按理想轨迹行驶的同时，改善汽车的方向稳定性和操控性能。

由于考虑到电子稳定系统研制的复杂性，特别是在ESC 试车时所需运行工况都是非常恶劣和危险的，加快研发进度和研发的经济效益，在研究初期，对电子稳定系统进行软件仿真显得尤为重要。

1 电子稳定系统构成与工作过程

1.1 ESC系统结构组成

汽车ESC 系统主要由电子控制单元(ECU)、各种传感器及执行器三部分组成。

（1） ESC 系统中的传感器主要有:横摆角速度传感器、轮速传感器、转向传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器、制动压力传感器、纵向加速度传感器、车身翻转角速度传感器等，采用这些传感器采集汽车行驶状况的各种信息。

（2）电子控制单元(ECU):电控单元ECU 接收上述各传感器的信号后，然后进行分析、判断、计算从而得出汽车的运行状态，进而发出控制指令，控制一个或多个车轮制动器的制动力，使汽车按照驾驶员所期望的理想路线行驶。

（3）执行器:接收电子控制单元(ECU)发出的命令信号，同时执行控制信号。ESC 系统中的执行器:制动系统和发动机管理系统。1.2 ESC系统工作过程

ESC 系统的工作过程可概括为信号采集、信号处理计算及ECU 判断、执行器执行。

2 基于CARSIM与SIMULINK联合控制仿真平台

Carsim 车辆电子稳定系统控制分析

文/朱成水 张天华 陆盛祥

2.1 电子稳定系统联合仿真平台构建

(1) 点击图中Test Speci fication 的下三角，选择相应的车型，或者点击进入根据参数建立自己实际所要车型。

(2)在Procedure 下新建或一个所要求的仿真工况（或选择满足用户需求的已有工况）：

(3) Simulink 接口

A ：点击Model 图标所示的下三角，选择‘Models:Simulink ’。

B:自定义carsim 车型的在simulink 中的输入输出变量，选择simulink 的工作路径（已经建立的simulink 的文件）。

1、定义CarSim 的导入变量：

选择‘I/O Channels:Import ’，然后按

图1：ESC 系统结构图

图2：有无ESC 控制的.mdl

电子技术

• Electronic technology

124 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering

图新建导入变量；浏览找到Readme file for output ，选择i_i_imports_tab.txt 。定义导入所需变量。

2、定义CarSim 的导出变量：

定义CarSim 的导出变量与定义CarSim 的导入变量相同，浏览找到Readme file for output ，这里为i_i_outputs_tab.txt 。定义CarSim 的导出变量2.2 ECS控制策略

在ECS.mdl 可以写入控制策略，ESC 的控制框图如图形成闭环：

这样，最终在建立的.MDL 文件中就形成了Carsim 与simulink 联合仿真平台，如图2所示。操作者可以在carsim 根据需要重定义汽车仿真控制实际所需要的输入、输出变量，供在simulink 进行控制算法搭建的使用。其中上图中的Electronic Stabilish controller 如图3所示。

其中，系统理想参考横摆角速度的计

算公式如下：

为理想参考横摆角速度，为车辆纵向速度，前轮转角，为车辆轴距，

K 为车辆稳定性

基于在Carsim 与simulink 中形成的仿真平台，搭建了以横摆角速度作为控制变量的电子稳定系统对残差进行PD 控

制。

在有此控制算法建立的平台上，本文进行了ROLLOVER STEER INPUT 稳定仿真。方向盘输入转角如图4。

3 仿真结果与分析

在针对电子稳定系统测试的FISHhook 测

试工况下，对于有无ESC 控制算进行仿真，汽车模型参数选择E-Class,SUV ,仿真结果如图5。

从图5、6中，明显看出有无ESC 控制的汽车在Fishhook 测试工况下。电子稳定系统在危险恶劣工况的介入，使汽车具有很好

的稳定性。在图6中的Four-wheel brake wheel cylinder pressure ，有ESC 控制算法，汽车通过轮缸对车轮进行ESP 控制制动，达到控制汽车稳定性，图7由于没有ESP 系统，当汽车失去稳定性时，不能主动通过制动，增加你像横摆力矩，从而增加汽车稳定性。而且在图6、7中的Yaw Rate ，对比可知由于没有ESC 控制系统的介入，汽车的横摆率最后是发散的。

4 总结

在本文中，主要是介绍关于ESC 电子

稳定系统的控制算法研究。在Carsim 建立simulink 接口，并在simulink 中利用由Carsim 导入带有自定义的输入输出汽车模型，进行ESC 算法搭建。本文在形成的仿真平台上，又对车体、空气动力学、动力传动系统、制动系统、转向系统、悬架、轮胎模型建模的基础，搭建在打开的.MDL 文件中搭建了相应的控制算法，并比较有无ESC 控制汽车运行的效果。

参考文献

[1]李永，宋健等.车辆电了电磁器件力学[M].

北京:人民交通出版社,2010.

[2]叶锦权.汽车侧向稳定性控制系统设计

与半实物仿真研究[D].哈尔滨理工大学,2010.

[3]安丽华.汽车电子稳定性程序(ESP)控制

方法及联合仿真研究[D].南京:南京理工大学,2009.

[4]HOPKINS B,TAHERI S,AHMADIAN M.Yaw

stability control and emergency roll control for vehicle rollover m i t i g a t i o n [C ]//P r o c.o f S A E 2010 World Congress.Detroit:SAE Press,2010.

作者单位

上海汽车集团股份有限公司培训中心 上海市 200086

图3：电子稳定系统控制器图4：方向盘转角输入

图5：带ESC 的仿真结果

图6：没有ESC 的仿真结果