基于分布式递阶的纯电动汽车复合制动与主动馈能悬架协同预测控制研究

For the dynamic features of control function coupling and contradiction between dynamics performance and energy recovery existing in the composite brake and active energy regenerative suspension of electric vehicle, the complex physical relations (functional connections) in the controlled objects will be translated into certain information relations by analyzing the mutual relations, functional mechanism as well as the impact on the whole system. An integrated model of energy and dynamics including the man-machine environment will be also established. By proposing the top decision-making indicator system of the large-scale system, the comprehensive and reasonable allocation of dynamic performance will be solved by fuzzy quality function deployment method. On this basis, the vehicle chassis integration control problem will be transformed into the combination problem between the hierarchical modeling of complex large-scale system and the distributed design of subsystems. The multi-agent fuzzy network principle will be introduced and the synergetic control framework of the subsystems will be built to achieve dynamic and energy recovery decoupling of the chassis system. On this basis, the autonomous control of the chassis subsystems will be conducted through predictive control method to make the complex integrated control problem of the chassis system simplified to solve. The good match and the synergetic control of the system will be achieved to significantly improve the comprehensive performance. Meanwhile, the chassis vibration and braking energy will be recycled efficiently to lengthen the driving range. Finally, the real vehicle road test scheme will be designed to carry out the performance verification. This project can provide the system dynamics and the control of the new energy vehicle with new theoretical and technical support.

针对纯电动汽车复合制动与主动馈能悬架之间存在控制功能耦合与冲突、动力学性能与能量回收相矛盾的动态特征，通过分析受控对象相互关系、作用机理以及对整体的影响，将复杂的物理关系(功能联系)转化为确定的信息关系，建立包含人机环境的能量与动力学集成模型；提出大系统顶层决策指标体系，运用模糊质量功能配置方法，进行综合权衡与合理分配，将运行过程中的底盘协同控制问题抽象为一类复杂大系统分层递阶建模与子系统分布式设计相结合的问题；引入多智能体模糊关系网原理，构建子系统协同机制与控制框架，实现底盘子系统动力学与能量回收解耦；在此基础上，通过预测控制方法进行子系统自主控制，使复杂底盘大系统集成控制求解问题得以简化。实现系统良好匹配与协同预测控制，显著提高综合性能，同时高效回收底盘振动与制动能量，延长续驶里程。最后，设计实车道路试验进行系统验证。本项目可为新能源汽车系统动力学及其控制研究提供新的理论和技术支持。

随着汽车保有量的持续增长，能源与环境问题日益凸显。为应对能源紧张和环境污染，纯电动汽车成为当前汽车产业发展的重要趋势之一。纯电动汽车在传统车辆底盘基础上增加了制动能量回收功能，由于该功能的加入使得底盘制动子系统与悬架子系统之间的协同控制问题面临新挑战。为提高纯电动汽车底盘综合性能，本项目以复合制动与主动悬架协同控制作为研究对象，力图在保证主动悬架控制性能的同时，通过增加轮胎垂向力提高纯电动汽车在低附工况下的制动回收能量及高附工况下的制动安全性。首先，基于平板式轮胎试验台完成了轮胎纵向力学特性试验，准确获取了反映低附路面和高附路面下轮胎垂直载荷对轮胎纵向力学特性影响的试验数据。在此基础上，进一步利用ADMAS软件对轮胎魔术公式模型进行了参数辨识，根据辨识结果建立了较为准确的轮胎纵向力学模型，为后续纯电动汽车复合制动与主动悬架耦合机理分析奠定了重要基础。其次，进行了纯电动汽车复合制动与主动悬架集成动力学建模，在前述轮胎模型的基础上，进一步建立了路面输入模型、复合制动模型、主动悬架模型以及电池模型。对子模型之间的力和运动耦合关系进行了深入分析，基于模型仿真结果定量分析了制动过程中能量回收的主要影响因素，同时掌握了轮胎垂向力变化对制动能量回收及悬架控制性能的影响规律。再次，设计了纯电动汽车复合制动与主动悬架模糊协同控制策略，通过模糊控制器分别求解出低附工况及高附工况下主动悬架所需提供的最优垂向补偿力，从而针对性提高制动回收能量及制动安全性，进而在此基础上分别设计复合制动模糊子控制器和主动悬架模糊子控制器，保证子系统控制性能。最后，通过Carsim和Simulink联合仿真进行协同控制性能验证。研究结果表明，所设计的协同控制策略在牺牲较小部分悬架性能的基础上，使得复合制动性能得到了较大幅度提升，改善了电动汽车底盘综合性能。