一、概述

在新能源汽車的應(yīng)用中，為確保車輛在面對(duì)緊急避讓情況時(shí)依然具有可靠的穩(wěn)定性和操控性，通常會(huì)進(jìn)行一項(xiàng)名為“麋鹿測(cè)試”（也稱為“Elk Test”或“MOE測(cè)試”）的測(cè)試項(xiàng)目，以此來(lái)評(píng)估車輛在此緊急情況下的性能表現(xiàn)。

二、控制策略簡(jiǎn)介

2.1.關(guān)鍵參數(shù)

為實(shí)現(xiàn)車輛在緊急避讓下的良好性能表現(xiàn)，在控制策略的實(shí)施上需要采集來(lái)自車載各傳感器的數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)判斷車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)的依據(jù)，以此來(lái)幫助系統(tǒng)了解車輛的運(yùn)行情況以及必要的運(yùn)行環(huán)境信息，從而可在必要時(shí)做出適當(dāng)?shù)目焖夙憫?yīng)。這些關(guān)鍵參數(shù)通常包括：

1）整車質(zhì)量：車重及負(fù)載情況影響車輛轉(zhuǎn)彎、與地面的摩擦關(guān)系等信息，可讓系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)量情況對(duì)運(yùn)行狀態(tài)做出動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2）車速：是確定車輛動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)信息，在不同速度下車輛的穩(wěn)定性要求和反應(yīng)特性會(huì)有所不同。

3）方向盤轉(zhuǎn)角：反映駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖和車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)際輸入，該數(shù)據(jù)用于計(jì)算所需的轉(zhuǎn)向力矩。

4）橫向加速度：衡量車輛內(nèi)側(cè)向移動(dòng)的速度變化率，用于判斷車輛是否處于過(guò)度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向的狀態(tài)。

5）縱向加速度：反映車輛在前進(jìn)或后退方向上的加速度，主要影響車輛在緊急制動(dòng)或加速時(shí)穩(wěn)定性。

6）偏航率：用于描述車輛繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的速度，是判斷車輛是否穩(wěn)定的重要指標(biāo)之一。

7）輪胎與地面的摩擦系數(shù)：決定輪胎抓地力的大小，影響車輛的操縱極限。

8）車輛質(zhì)量及重心位置：影響車輛的慣性和穩(wěn)定性，尤其是在快速變道或轉(zhuǎn)彎時(shí)。

9）懸掛系統(tǒng)狀態(tài)：相關(guān)數(shù)據(jù)有懸掛高度、阻尼系數(shù)等，影響車輛在變道過(guò)程中的側(cè)傾程度。

10）路面狀況：包括路面濕滑程度、粗糙度等，影響輪胎與地面之間的摩擦力。

11）運(yùn)行環(huán)境：車輛運(yùn)行環(huán)境中的風(fēng)速、溫度等信息，對(duì)車輛的動(dòng)態(tài)性能會(huì)產(chǎn)生影響。

12）車輛姿態(tài)：俯仰角和滾轉(zhuǎn)角等信息，用于確定車輛在三維空間中的姿態(tài)。

13）駕駛員行為模式：幫助系統(tǒng)理解駕駛員的操作習(xí)慣和意圖。

2.2.數(shù)據(jù)應(yīng)用的差異

在傳統(tǒng)車輛的應(yīng)用中，由于相關(guān)技術(shù)及電子電氣架構(gòu)等的差異，在車輛穩(wěn)定性控制方面所應(yīng)用到的數(shù)據(jù)及種類較之電動(dòng)化程度更高且以軟件定義汽車為背景的新能源汽車要更少。且此階段下，系統(tǒng)對(duì)于相關(guān)數(shù)據(jù)的分析還無(wú)法應(yīng)用如大模型、多傳感器數(shù)據(jù)融合等先進(jìn)技術(shù)，因此在車輛穩(wěn)定性控制方面常基于部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)的應(yīng)用，并主要依賴于ESP、ABS等不同主動(dòng)安全系統(tǒng)的介入。

圖1 傳統(tǒng)汽車車輛穩(wěn)定性控制的數(shù)據(jù)應(yīng)用與控制

基于在新能源汽車的應(yīng)用中，需對(duì)相關(guān)車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行集中收集且管理的背景，可以數(shù)據(jù)應(yīng)用為主并通過(guò)多系統(tǒng)協(xié)調(diào)應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛穩(wěn)定性的控制，面對(duì)這種新的數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用方式，在車輛穩(wěn)定性方面其系統(tǒng)架構(gòu)有了新的變化。

圖2 新能源汽車車輛穩(wěn)定性控制的數(shù)據(jù)應(yīng)用與控制

三、控制過(guò)程簡(jiǎn)述

在實(shí)現(xiàn)緊急避讓情況時(shí)的車輛穩(wěn)定性控制上，首先系統(tǒng)通過(guò)如卡爾曼濾波器、擴(kuò)展卡爾曼濾波器、多傳感器數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，對(duì)來(lái)自不同的本地傳感器及V2X的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并確保數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性。

接著通分析來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)或基于傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行模型預(yù)測(cè)后獲得的新數(shù)據(jù)，對(duì)車輛的位置、速度、加速度、偏航率等動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行估計(jì)。

這里以通過(guò)卡爾曼濾波器的應(yīng)用，基于動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)車輛的下一個(gè)狀態(tài)，并使用測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)狀態(tài)進(jìn)行更新，從而估計(jì)車輛的狀態(tài)為例。如我們想要估計(jì)車輛的橫向位置和橫向速度，可基于來(lái)自橫向加速度傳感器和橫向速度傳感器的數(shù)據(jù)，并首先定義狀態(tài)向量：

XK=[xpos,xvel]T

其中，xpos是橫向位置，xvel是橫向速度。

接著，定義狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣：

再定義測(cè)量矩陣：

H=[0 1]

這里假設(shè)只能直接測(cè)量速度。

然后，我們初始化狀態(tài)向量和協(xié)方差矩陣，即：X0|0,P0|0

基于上述結(jié)果更新?tīng)顟B(tài)預(yù)測(cè)：

和更新預(yù)測(cè)協(xié)方差：

Pk|k-1=AP k-1|k-1AT+Q

基于測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，需要確定該數(shù)據(jù)在更新?tīng)顟B(tài)中的權(quán)重，為此需要計(jì)算卡爾曼增益：

Kk= Pk|k-1HT（H Pk|k-1HT+R）-1

最后更新?tīng)顟B(tài)估計(jì)：

并更新協(xié)方差矩陣：

Pk=（1- KkH）Pk|k-1

基于上述過(guò)程，我們可不斷地更新車輛的狀態(tài)估計(jì)，從而為確保控制系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)車輛動(dòng)態(tài)變化提供依據(jù)。

基于狀態(tài)估計(jì)，需對(duì)車輛的實(shí)時(shí)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。通常穩(wěn)定性評(píng)估是通過(guò)分析車輛的狀態(tài)參數(shù)來(lái)判斷車輛是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，并確定是否需要采取控制措施來(lái)恢復(fù)穩(wěn)定性的過(guò)程。其過(guò)程是，首先通過(guò)相關(guān)模型來(lái)預(yù)測(cè)車輛在給定輸入條件（狀態(tài)估計(jì)參數(shù)作為輸入）下的行為，接著通過(guò)比較實(shí)際測(cè)量值與預(yù)設(shè)的安全閾值（如最大允許橫向加速度、最大偏航率等），以判斷車輛是否接近其操作極限。如橫向加速度超過(guò)輪胎與地面的最大摩擦力所提供的極限時(shí)，車輛可能失控或側(cè)偏角過(guò)大時(shí)，輪胎可能失去抓地力等。并同時(shí)評(píng)估車輛是否有按照駕駛員的輸入（如轉(zhuǎn)向角、加速、制動(dòng)等）進(jìn)行正確響應(yīng)。

再基于上述的穩(wěn)定性評(píng)估的結(jié)果，去決定是否需要干預(yù)車輛的行為，以及如何干預(yù)。在傳統(tǒng)車輛的應(yīng)用中，該決策通常由ESP等主動(dòng)安全系統(tǒng)負(fù)責(zé)，如當(dāng)檢測(cè)并分析車輛即將失去控制時(shí)，ESP系統(tǒng)通過(guò)對(duì)個(gè)別車輪施加制動(dòng)來(lái)修正車輛軌跡，或根據(jù)分析得出的車輛側(cè)傾程度，懸掛系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)整懸掛的硬度和阻尼，從而以減少車身?yè)u擺的幅度，進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)車輛的穩(wěn)定性的目的。

在基于數(shù)據(jù)應(yīng)用的新能源汽車的中，車輛穩(wěn)定性的評(píng)估及決策可由“本地?cái)?shù)據(jù)中心”通過(guò)邊緣計(jì)算來(lái)完成，通過(guò)利用更多的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確的去評(píng)估車輛在此時(shí)刻的穩(wěn)定性，從而根據(jù)評(píng)估結(jié)果向相關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)出執(zhí)行指令。

最后再基于決策結(jié)果，相關(guān)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)執(zhí)行這些控制命令，并在整個(gè)執(zhí)行過(guò)程中，持續(xù)監(jiān)控車輛的狀態(tài)，并不斷調(diào)整控制結(jié)果以符合決策指令，從而確保車輛在動(dòng)態(tài)變化的條件下始終保持穩(wěn)定。

四、總結(jié)

傳統(tǒng)汽車與新能源汽車相比，在所應(yīng)用的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)量、應(yīng)用方式、計(jì)算速度等方面都存在差異，新能源汽車可承續(xù)傳統(tǒng)汽車在穩(wěn)定性控制方面的經(jīng)驗(yàn)，并依托于新的技術(shù)、方式及理念，更快、更全面、更有效的處理相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)較之傳統(tǒng)車更為優(yōu)越的控制結(jié)果，進(jìn)而讓車輛具有更優(yōu)的穩(wěn)定性表現(xiàn)。

在應(yīng)用差異上，不僅表現(xiàn)在緊急避讓的功能上，許多的控制系統(tǒng)其實(shí)都需要全新的控制邏輯及理念去更新傳統(tǒng)的應(yīng)用。