图 8 1.5 s 失效时 RNTSMC 控制仿真结果
图 9 2 s 失效时仿真控制结果对比
4 控制器在环仿真验证
设计了如图 10 所示的控制器在环仿真平台，进一步验证所设计控制方法的有效性和实时性。该平台由 PXI 计算机、dSPACE 计算机、PXI 实时机、dSPACE 控制器以及电源组成。在进行控制器在环试验时，将控制算法编译成 C 代码部署于 dSPACE控制器中，作为车辆控制器；将车辆模型和仿真工况编译到 PXI 实时机中，搭建实时仿真环境。二者通过 CAN 总线进行通信，完成闭环控制。dSPACE计算机通过 ControlDesk 软件对 dSPACE 控制器发送控制命令；PXI 计算机通过 LabVIEW 实时测量PXI 实时机中车辆的状态信息。
图 10 控制器在环仿真平台
为了验证控制效果，采用与仿真一致的工况进行控制器在环验证。三种控制方案在 1.5 s 失效和 2 s 失效时的试验结果分别如图 11～13 所示，根据图 11a、11c 可知，在控制器在环试验中，当 1.5 s 时发生左前轮转向失效时，所设计的 RNTSMC 控制的最大横向位置偏差和最大横摆角偏差分别为 0.18 m 和 0.37°，即使存在CAN通信延迟以及控制器采样周期的限制，仍然具有较好的控制精度；SMC 控制的最大横向位置偏差为 1.5 m，且仍有继续远离期望轨迹的趋势，最大横摆角偏差为 2°，偏差较仿真结果均有大幅度增加；而失效无控制的方案，由于不具备控制的鲁棒性，单轮转向失效后无法对执行机构合理分配，最终在 5.4 s 时控制器无解，车辆将以该时刻的最终状态继续行驶，车辆不受控制。相比于普通 SMC 控制，RNTSMC 控制最大横向位置误差降低了 88.1%，最大横摆角降低了 81.5%。由图 13a、13c 可知，当 2 s发生转向失效时，在控制器在环验证中，RNTSMC 控制较 SMC 控制仍然可以使车辆保持正常的轨迹行驶，具有较高的控制精度。由图 11 和图 13b、13d、13e 可知，容错控制下的横摆角速度、侧向加速度、质心侧偏角仍可以保持在较小范围的稳定区域，具有良好的横向稳定性。由图 13 可见，所设计的 RNTSMC 控制方案，在转向失效车辆回正的过程中，车辆状态较 SMC控制方案抖振较小，并且可以较快回归稳态。图 12 为RNTSMC 控制下的试验结果图，由图 12a、12b 可知，轮胎侧偏角仍处于线性区域，可以通过稳态转向的方式完成转向。由图 12c、12d 可知，由于发生单轮转向失效以及 CAN 通信延迟的影响，会使车轮转角产生一定的抖动，但所设计的 RNTSMC 控制方法均能在一定时间内快速恢复稳定，保证车辆正常行驶。
来源：博创汽车科技
