基于多中心理论的汽车底盘关键电控系统综合匹配控制研究

针对底盘多系统综合控制核心问题，即避免功能冲突并实现有机协调，以车辆系统动力学理论为基础，从纵横垂向动力学内在耦合关系出发，研究底盘关键子系统的协调匹配新理论新方法。基于社会学"多中心"治理思想，提出一种柔性分级多中心分散决策控制构架，实现控制权力从传统自上而下理念，转向上下互动、相互协调的关系，将决策中心适度下移，使决策和控制在多层展开。结合灰预测控制、非线性智能控制和Alpha灰卡尔曼滤波等方法，综合考虑子系统功能权重和作用范围，提出一种基于制动、转向和悬架三维空间底盘综合控制系统的协调匹配策略和子系统任务分配算法，以区域功能协调方式来解决由于功能冗余引起的冲突问题；结构上采用前馈+复反馈复合控制，利用状态重构实现容错控制，充分利用子系统功能相容域叠加效应的同时，合理协调干涉域系统功能分布，以进一步提高整车综合性能。本研究对车辆底盘综合匹配控制系统的设计与开发具有重要的理论和实际意义。

项目以汽车底盘多电控子系统间的功能冲突与冗余问题为背景，以非线性耦合轮胎力为纽带，结合整车纵横垂向内在动力学耦合关系，建立了包含车辆制动、转向和悬架等底盘关键子系统的多维度耦合整车非线性动力学模型，并进行了实验验证；定量分析了各可控子系统对车辆重要姿态的控制权重及有效作用区域，进一步考虑了不同车速和转向速率对其的影响，明晰了各子系统操纵特性场；以智能可控悬架系统为例对关键子系统执行机构的控制力调节范围、响应速度及带宽等时频动力学特性进行了定性分析和实验研究；在此基础上，根据区域功能协调思想，以多工况下主体控制目标为中心，提出了柔性分级多中心分散决策控制构架，以目标中心为导向制定了系统任务分配策略，综合应用积分滑模、模糊及灰色预测等鲁棒智能方法设计了子系统控制器，并采用状态重构技术克服了局部状态不可测问题。大量虚拟试验分析表明，以多主体目标为中心的柔性策略具有较强的适应性，可显著改善复杂工况下整车综合性能。此外，根据课题研究结果及底盘子系统功能冗余特征，探索性的研究了基于转向功能容错的制动子系统失效控制问题，研究表明利用子系统间的功能冗余关系，可有效的对特定系统失效工况进行及时容错控制。