融合转向制动功能的车辆集成线控系统关键技术研究

The project focuses on the integrated X-by-wire system combined steer and brake function,the software replication strategy is applied into agent-based intelligent control, agent replication group with redundant features is devised. Focusing on fault tolerance of unit system and reconstruction of integrated system, with the loosly coupled intelligence of multi-Agent replication group, a fault-tolerant control method for integrated X-by-wire system with an open architecture is developed. The generalized description of the agent replication group is established, and the communication mechanism and the coordination rules for the multi-agent replication group is investigated. Based on the analysis of the fault type and characteristics of the integrated X-by-wire system, the fault detection and diagnosis algorithm is designed, and the system is optimized using hierarchical modular design method. The ability of system fault tolerance is improved by intelligent system response, and the open architecture enhances the feasibility of practical application. In this project, the basic fault-tolerant control architecture for the integrated X-by-wire system combined steer and brake function is constructed based on distributed intelligence. The hardware platform and software environment are propsed. The fault-tolerant control method derived in this project can be directly applied to the engineering design of X-by-wire system to improve the system reliability, and the abundant experience can facilitate the progress of the utility of a new generation X-by-wire system.

本项目围绕融合转向制动功能的车辆集成线控系统，将软件复制策略应用于基于Agent的智能控制，设计具有冗余特性的Agent复制组，以单元系统容错和集成系统功能重构为重点，借助多Agent复制组的松耦合分布智能特性，以开放的架构及分布智能控制方式，设计适用于集成线控系统的动态、可裁剪的容错控制方法。建立具有冗余特性的Agent复制组的一般化描述方法，研究其通信机制以及相互之间的协调规则，分析集成线控系统的故障类型和特征，探讨系统故障检测与诊断算法，采用层次模块化设计思路，依据系统故障层次特征进行优化匹配。以响应智能化来提高系统的容错能力，以开放的模块化来达到实际应用的可行性。具体将搭建基于分布智能的融合转向制动功能的车辆集成线控系统基本容错架构，建立硬件系统平台和软件算法环境。该项目可直接应用于线控系统的工程化应用，对于提高线控系统的可靠性，探索新一代车辆线传控制技术的实用化具有重要意义。

线控系统取消了操纵机构与执行机构之间的机械连接，无法通过机械方式保证系统的可靠性，这对线控系统在故障情况下的容错控制性能提出了很高的要求。针对这一问题，本项目基于多智能体分布控制技术，结合线控系统容错控制需求，在容错控制架构、Agent复制组设计、故障诊断算法及试验验证技术四个方面展开研究。首先，基于多智能体分布式控制技术定义适用于本项目应用的单元控制Agent，基于故障状态和车辆动力学分析设计协调机制将单元控制Agent联合为具有冗余特性的Agent复制组；然后从单系统和多系统两方面研究容错控制架构的建立与性能验证，将线控驻车制动系统作为应用对象研究单系统在关键传感器（倾角、制动拉力）发生故障时的容错控制架构，提出利用系统其它传感器信息融合车辆动力学建立关键信息的估计算法，将其封装于单元控制Agent中作为关键信息的软件冗余，基于模型的残差阵列法实时诊断系统故障，将系统故障诊断结果作为输入设计协调机制管理设计的单元控制Agent组成关键传感器Agent复制组，并将其融合到闭环控制实现对故障信息的完全冗余控制。在此基础上，以融合转向、制动、驱动功能的集成线控系统为应用对象研究多系统在关键传感器（横摆角速度、侧向加速度、方向盘转角）和执行机构发生故障时的容错控制架构，关键传感器容错控制设计与单系统相同，当执行机构发生故障时，本项目提出将全局控制目标分解为各局部控制目标，上层协调机制依据各子控制器的健康状况将全局控制目标进行分解，由各健康的子控制器完成分解后的局部控制目标。通过子系统执行器之间的冗余关系实现对执行机构故障的补偿。最后，分别基于工控机和dSPACE系统研究线控系统容错控制试验验证方法，以机械式线控驻车制动系统和气压式线控驻车制动系统为对象，基于Matlab软件建立车辆动力学及相关子系统数学模型，结合相关组件建立硬件在环仿真试验台，通过软件注入和硬件注入两种方式实现故障模拟，提出了一种可在实验室条件下完成系统容错控制功能验证的方法。