車輛行駛的安全性和穩定性一直是很重要的一塊研究領域，大多數車輛事 故發生的原因皆是駕駛無法對前方突然出現的障礙物或突發狀況做出正確的操 控動作而發生意外事故。正確操控動作的判斷依據包含車輛與障礙物之間的距 離，其他車道的狀況以及路面的狀況…等等。駕駛通常會因為缺乏處理危機狀 況的經驗而做出不恰當的操控行為，因此需要控制系統輔助駕駛渡過車輛危安 狀況。本篇在討論一個特殊的路面安全問題－車子在μ-split 路面上煞車。當車 輛行駛的輪胎路徑上，左右兩側的輪胎-路面摩擦係數有顯著的不同時，我們稱 這樣的路面為μ-split。車子在 μ-split 路面下定速通過或輕微煞車時，對其操控 影響並不大，而且μ-split 路面很難用肉眼去察覺，因此駕駛很難發覺自己已經 身處在不利的駕駛環境下；但若車輛在μ-split 路面上有急煞的動作，因為左右 兩邊輪胎-路面摩擦係數顯著的不同，車子兩邊的抓地力不一樣，將會產生偏離 角度（yaw angle）以及側向速度（lateral velocity），使得車子開始打轉甚至偏 離到其他車道去，若車子後方或者左右有貼近的車輛，將會造成嚴重的車輛危 安事故；因此，我們需要額外的控制器來輔助車輛能在煞車中安全的通過μ-split 路面。
現今已有許多文獻探討如何在μ-split 路面上達到安全的煞車控制，如：內 部 模 組 控 制 （Internal Model Control ） [1] ， 回 路 內 含 硬 體 之 類 比 控 制
（Hardware-In-the-Loop Control）[2]，後輪差動器控制輔助[3]，[4]，PID 控 制法[5]…等等。根據[6]我們知道車子在μ-split 路面上煞車時，若將車子的偏
移率（yaw rate）控制於零，車子將不會產生打轉或者偏離到其他車道，並能使 車子有安全的煞車控制；接著，我們期望在偏移率為零的情況下，車子的煞車 距離最短，因此我們藉由調整反鎖死煞車系統（Anti Brake System）的滑移率 達到上述的控制目的。反鎖死煞車系統被設計在防止輪胎鎖死的狀況下，使輪 胎產生最大的煞車力道，根據布克哈特輪胎模型（Burckhardt tire model） [7]，
我們知道輪胎在不同的路面下－乾地、溼地、雪地，適當的調整輪胎滑移率可 使輪胎獲得最大的煞車力道，因此，我們希望設計出一個控制器，當車子在μ -split 路面上煞車時，藉由控制器調整車子左右兩側的輪胎滑移率，使得車子 左右兩側的輪胎-路面摩擦力相等並且達到最短煞車距離的效果，意即我們需將 兩側的輪胎-路面摩擦數皆調至抓地效果較差一側所能獲得的最大輪胎-路面摩 擦係數；當車子左右兩側的胎-路面摩擦數時，意即抓地力相等，此時車子的旋 轉動能為零，也將不會產生偏移率。
[8]和[1]分別嘗試著用模糊控制（Fuzzy Control）以及內部模組控制解決 μ-split 路面上煞車問題，但皆無法藉由調整控制器內部的參數改變系統輸出的 收斂速度，設計上比較缺乏彈性。[6]則是利用 PID 控制器，調整車輛過彎時 的前輪內胎煞車力矩，但因車子左右兩側的車輛-輪胎摩擦係數仍有顯著的差 距，車子的滑移率和側向速度收斂效果不佳，也因為PID 控制器內部的微分項，
使得外在干擾對PID 控制器的影響極大。順滑模控制技術（Sliding Mode Control, 簡稱SMC）擁有響應速度快，設計簡單，以及對於外在干擾和系統不確定項有 著穩健性的優點，並且藉由調整控制器的參數，我們可以改變系統輸出的收斂 速度，設計上較為彈性；因此，我們希望藉由順滑模控制技術達到μ-split 路面 上安全的煞車控制。現今已有文獻利用順滑模控制技術來解決μ-split 路面上的 煞車問題[9]，[10]。[10]將車輛的非線性動態系統簡化成線性動態系統的問 題，但只在特定平衡點下的解決 μ-split 路面上的煞車控制問題；在[9]中，控 制輸入有八個：四個輪胎的操控角（steering angle）以及煞車力矩，系統輸出
（braking torque）。本篇論文考慮的車輛動態系統為非線性系統，同樣地利用順 滑模控制技術，但只需適當的調整車子左右兩側的輪胎滑移率，也能達到μ -split 路面上安全的煞車控制 。
實際駕駛情況中，車子在μ-split 路面上煞車前，可能會先在一般路面上(路 面左右兩側摩擦係數相等)煞車一段距離後，才進入 μ-split 路面，在上述的研 究中[1]，[2]，[3]，[4]，[5]，[9]，都是將控制器帶入已經進入μ-split 路面 的車子，並無交代任何機制去判斷車子是否從一般路面(路面左右兩側摩擦係數 相等)進入 μ-split 路面。在本篇論文中，我們設計出一個路面觀測器，路面觀 測器能在車子煞車過程中偵測煞車路面是否有變換，並判斷新的煞車路面為何 種路面，進而告知控制器切換至合適的控制律，達到μ-split 路面上安全的煞車 控制目的。車輛控制流程方塊圖如圖 1.1 所示。
圖 1.1 控制流程方塊圖