车辆转向制动性能容错稳定性控制机理研究

关注高速行驶车辆关键机构突发失效（爆胎、油门或制动失效等）时的转向制动瞬态（脉冲式）动力学物理特性，提炼影响整车动力学与运动学系统操纵过程中的关键模型参数（质量分配系数、制动力分配系数等）；针对不同的突发失效事件表现出不同的系统动力学特性，构造具有多种"故障模型"的模型集与控制器集合；分析车辆瞬态失稳时的动力学行为特征，迅速分类"错"输入与"错"输出变量，根据对应的模型估计器与切换逻辑获取动态冗余可靠性模型，切换到对应的控制器或重新调整控制器参数进行自适应重构控制，实现在线快速解决车辆瞬态失稳，使得车辆系统具备较强的容错能力并保证车辆的安全性。.本项目通过硬件在环仿真和实车试验验证具有强非线性特性（脉冲式故障）的车辆转向制动系统动力学模型集，容错稳定性控制性能以及多种在线突发故障的实时反馈控制效果，为研究下一代无人驾驶智能车辆的关键技术提供理论依据和方法。

本项目以四轮独立驱动纯电动汽车为研究对象，建立整车动力学与运动学的关键模型参数，分析多种故障模型的模型集和控制器，提出多种针对不同模型估计器的实时切换自适应重构控制策略，建立了硬件在环仿真平台，设计了新型四轮独立驱动全地形纯电动汽车并进行了实车试验的控制验证。与申请书的预期成果相比，超额完成了项目任务。主要取得了一些成果：.1、提出一种新的估计车辆侧向轮胎力与质心侧偏角的方法，通过交互式多模型滤波来融合轮毂驱动电动汽车的车载多传感器数据，同时使用多模型自动适应车辆行驶工况来实时提高估计精度。为凸显车辆动力学模型的非线性与未建模动态特征，对非线性滤波如扩展式卡尔曼与无迹式卡尔曼算法分别在交互式多模型滤波估计器中进行比较与研究，仿真结果证明提出的交互式多模型滤波参数估计器能准确的估计车辆动力学控制需要的侧向轮胎力与车辆质心侧偏角等关键车辆参数。.2、设计了一种变增益鲁棒直接横摆力矩控制器，通过调度参数的变化设计出主动具有稳定性约束的鲁棒变增益控制器，运用线性矩阵不等式给出变增益鲁棒控制器的存在条件与求解过程，同时能将闭环系统极点配置在期望的区域内来改善控制器的动态性能。.3、基于多主体的控制器组织方法建立底盘集成控制扩展框架，使主动悬架控制器与包含主动转向、 主动驱动/制动力矩分配的集成控制系统协调工作。结果表明局部控制器主体可方便地增加到集成控制系统中，体现了基于多主体的底盘集成控制框架的可扩展性。.4、采用双重拓展卡尔曼滤波方法，设计车辆质量及横摆转动惯量与车辆状态联合估计的方法。采用基于球域积分法则的容积卡尔曼滤波方法，设计包含车辆轮胎侧偏角、质心侧偏角、轮胎垂向载荷、车辆纵向速度以及横向速度等18个维度的非线性状态滤波器，在联合仿真中检验了状态估计效果。.5、设计全驱动纯电动汽车的鲁棒控制器，将汽车两侧轮胎力产生的直接横摆力矩作为控制输入，应用可解决未建模和参数不确定性的μ综合控制方法，设计的控制器性能通过具有载荷变化的两种不同的操纵方式来验证，结果表明全驱动纯电动汽车的鲁棒性得到有效提高。.6、提出了一种并联式混合动力汽车防抱死制动系统和能量回馈制动的协调控制策略。针对防抱死制动系统的强非线性、时变特征，设计了基于滑移率切换面的 ABS 滑模变结构控制器，该协调控制策略能在保证车辆制动稳定性的同时有效地提高制动能量的回收效率，且具有较强的鲁棒性。