在汽车参数化中ESP系统的发展

在汽车参数化中ESP系统的发展HANSUNGLEE,KIHONGPARK,TAEHUNHWANG,KEUNJENOH1,SEUNGJINHEOJAYILJEONG,SEONGHOCHOI,BYUNGHAKKWAKANDSEWOONGKIM手稿收到时间2008年12月24日，修改稿收到时间2009年3月16日，收录于2009年3月16日摘要在这项研究里，增强的横向稳定性控制系统被用于车辆的开发。这项系统包括车辆参数估计系统和一个增强的ESP控制逻辑系统。车辆参数估量系统是通过参考纵向动态的部件之间的物理位置关系来工作的。增强型的ESP逻辑被成功设计，使得控制器能更好的适应车辆参数的变化，所有的系统部件在一个模拟环境中测试，当然车辆质量估计算法还要测实地测量。结果表明设计的ESP系统可使车辆侧向极限稳定性大大提高。关键词ESPELECTRONICSTABILITYPROGRAM负载的自适控制最优化参数估计1简介ESP（车身电子稳定系统）是一种电控底盘系统，它的目的就是在汽车进行临界转弯时维持汽车的横向稳定性。在逻辑控制开始时ESP计算参考横摆角速度并作为以后的目标并使用横向汽车模型。但是汽车参数的模型可以随着乘客和和负载的变化而剧烈的发生变化。对于某些汽车总质量发生的变化有可能比整车的质量还要大。因此拥有智能逻辑控制的ESP在汽车参数发生变化时就显得尤为重要，否则有可能在汽车转弯时使情况变得更糟。之前，在许多在参数化领域的研究中，大部分都采用了递归最小二乘法，在汽车进行短暂的运动中这种不受约束的线性最小二乘法是比较可信的。但是由于可能拥有不唯一的最优解决方案，可能使在大量的数学问题中提取物理参数这一过程变得困难。博世最近做的一些研究表明通过对汽车质量的估计，ESP可以极大的提高制动效能和制动稳定性。在这项研究中，一种增强型的ESP被开发并用于乘用车中。这种系统包含有两部分汽车的参数估量部分和增强的ESP控制逻辑。车辆参数估量系统是通过参考纵向动态的部件之间的物理位置关系来工作的。这种增强型的ESP控制在设计的过程中运用的比例积分微分技术（PID），用来检测车辆的参数在一定合适范围内，并通过最轨迹优化的方法做出了一个PID的查询表。所有的系统中的元件都在一个一个模拟的环境中得到验证。其中CARSIM模型代替了实车进行测试。但是汽车质量估测算法只能在适当的修改后进行测试，所以它只能够在信号传感器安装的实车中进行。2基于模型的质量估算汽车质量估计算法首先开发应用在动力总成上，如图。这个模型包括发动机，液力变矩器，变速器，主减速器，车轮，它们之间的等量关系满足1EOUTEINJ在这个发动机模型（1）中，是发动机的输入输出扭矩，是发动机的EINTOUTE转速，是转动惯量。液力变矩器是根据查表得到它的特性曲线的。在这个变速模EJ型（2）中，是变速器的输出扭矩，是角速度，是旋转惯量，TOUMINTMTMJ是传动比。在后桥的模型（3）中，是后桥的输出转矩，是传TMIFDOUTINFDI动比。在模型（4）中，是轮胎的摩擦阻力，是车轮有效半径，是轮胎的WFFRWJ转动惯量。是车轮的纵向加速度。XA一旦轮胎的摩擦力确定，那么汽车的质量M就可以通过以下的等式来确定AEROROLINGWXM在上式中，是滚动阻力，是气动阻力，它们在这个研究中是由经验算法LIAEROR得到的，如图表2。在图表中可以看出不同速度下各个阻力的大小，表明在低速时滚动阻力占据主导地位，并且趋向于常数。这节的中基于模型的质量估算方法用的是CARSIM汽车模型，最大估计误差在百分之二以内。3信号传感器中的质量估算这节介绍另外一种质量估算方法，它是基于之前的算法，但是经过修改简化应用于实车中。在CARSIM汽车模型中（在第二章应用的）在传动系中摩擦造成损耗被忽略，而且转动惯量并没有精确的估算，为了改善在实车中的质量估算的准确性，这些部件首先应用于汽车测试中。当汽车在定速巡航时候，一个小开度的节气门（产生的动力）就能抵挡住所有的汽车阻力。折可以用下面的式子表示（6）AFFDTMTCEOUTTOTALRIR在（6）式中，是从液力变矩器或得的转矩，是总的阻力，它包括滚TTOALT动阻力，空气阻力，和传动系损失的摩擦力。运用这个等式，在不同档位时摩擦损失就可以被发现。一旦传动系中的摩擦损失被计算出来，那么传动系的转动惯量就可以从一个恒加速度测试中通过（7）式测算出来。在这个式子中代表传动系惯量的等效转矩。IT参数运行条件变速档13变矩器放大因子0508发动机马力1500以上纵向加速度01G以上表1质量估算运算条件。整备质量（负载）测试次数估算平均质量最小绝对误差最大绝对误差1810KG0KG41819KG65112110KG（300KG）62092KG02892310KG（500KG）42278KG114表2实际估算测量数据。图表3测试的估算质量。这章的质量估测算法需要一些特定的车辆瞬态的纵向动力学，所以在适当的时间进行质量估测成为这个算法中最关键的问题。表1列出了进行这种算法需要的条件。图表3展示了由是啊眼得出的质量估算结果。汽车的货箱当载有300KG的负载时，从节气门静止状态施加一个阶跃加速输入，在这项测试中，最大的纵向加速度大约为02G。在图3中，阴影部分的面积是满足表1时的结果。表2给出了其他不同负载的质量估算结果。表2表明这章的质量估算法在质量大范围变化是提供了一个相当可靠运算结果。这可以从估算误差中看出来，最大误差也没有超过15。4增强的ESP系统图4展现了在这个研究中增强型ESP的配置，当需要估测的质量变化超过一定的范围时，用于计算目标横摆率为ESP参考的汽车模型是依据质量和速度而不断更新的，而且ESP控制增益也随着PID查询表不断更新。质量估测算法|参数查询表参考车辆模型的更新默认质量数值优化设计ESP控制器图表4增强型ESP的配置图2DF汽车模型（质量变化）ESPPID获取CARSIM27DOF模型MMOXING轨迹优化图表5PID增益的轨迹优化为了确定特征速度和PID控制对不同车辆重量的增益，制作了离线的轨迹优化表。图5显示了找到最佳的PID增益框图通过轨迹优化的车辆质量的不同值的ESP逻辑。不同的车辆质量特征速度也发现相似，所以CARSIM模型和2DOF自行车模型之间的稳态横摆角速度误差被降低。5模拟结果在这一章节中给出了在研究中增强型的ESP的仿真分析结果，在摩擦系数为09的道路上进行双移线试验，车速保持在80KM/H，方向盘的转角在120度内。在进行性能验证时，将增强型的ESP系统和普通的ESP系统不带有自适控制的进行对比。图表6展示了普通的没有装配LAC和额外负载的ESP的仿真结果，表明了该控制器能敏捷的捕捉到横摆角速度的变化。图表7展示了一个没有装配有LAC的ESP系统但具有500KG负载时车辆的轨迹。结果表明汽车不能变换车道，这是由于参考额定横摆角速度和控制器增益是在车辆没有任何负载的条件下的模型。从图表8中可以看出，装配有增强型ESP系统并且载有500KG的负载时，汽车可以在规定的横摆角度下进行换道，并且没有出现侧向失稳的现象。图表6无负载和无LAC下的ESP图7没有装配LAC且具有500KG负载的ESP（A）横摆角速度（B）轨迹曲线图（8）增强型的ESP并且载有500KG负载6结论本文主要讲述开发了一个增强的横向稳定系统，这个系统主要包括车辆参数估测部分，一个增强型的ESP控制逻辑部分。汽车参数估测部分主要是在汽车纵向动力学中物理关系的进行估测，增强的ESP逻辑被开发使得控制器能够更好的察觉到汽车参数的变化。所有的系统部件都在模拟的环境下进行测试，当然质量估测算法也进行了实地的测量，试验结果表明在设计的ESP系统下汽车的横向极限稳定性得到较大的提高。7感谢这项工作得到了韩国国民大学研究机构的大力支持，也得到了韩国万都集团的大力支持。8参考文献1SJLEE,KPARKANDTHHWANG,JHHWANG,YCJUNG,ANDYJKIM,DEVELOPMENTOFHARDWAREINTHELOOPSIMULATIONSYSTEMASATESTBENCHFORESPUNIT,INTERNATIONALJOURNALOFAUTOMOTIVETECHNOLOGY,8220072032092KHUH,SLIMANDJJUNG,VEHICLEMASSESTIMATORFORADAPTIVEROLLSTABILITYCONTROL,SAETECHNICALPAPERS,2007041620073AVAHIDI,ASTEFANOPOULOU,ANDHPENG,RECURSIVELEASTSQUARESWITHFORGETTINGFORONLINEESTIMATIONOFVEHICLEMASSANDROADGRADETHEROYANDEXPERIMENTS,VEHICLESYSTEMDYNAMICS,431200531554ELIEBEMANN,TFUHRERANDPKROGER,LIGHTCOMMERCIALVEHICLESCHALLENGESFORVEHICLESTABILITYCONTROL,PROCOFINT