汽车底盘系统分层式协调控制研究

随着汽车底盘一体化集成控制系统的不断发展,对底盘系统的集成控制研究愈加紧迫。基于此,本文对汽车底盘系统中的悬架系统、电动助力转向系统及制动系统进行了分层式协调控制研究。分层式协调控制策略与集中控制、分散控制相比,具有控制器设计复杂程度低、控制系统稳定性高、便于集成控制系统扩展等优点,为汽车底盘一体化集成控制提供了新思路。 本文以半车为研究对象,首先对悬架系统、电动助力转向系统及制动系统分别建立数学模型,模型的建立并不考虑子系统间的相互影响,采用不同控制方法对各子系统进行控制器设计,并进行了仿真研究。然后,利用前面设计好的各子系统控制器作为底层控制器,在深入分析悬架系统与制动系统、电动助力转向系统与制动系统以及三系统间的相互影响的基础上,设计了上层协调控制器。上层协调控制器是一个决策控制器,起到了对底层控制器决策、监控的作用。它相当于一个选择开关:当车辆正常行驶时,上层协调控制器起到了监控各底层控制器的作用,各传感器信号通过CAN总线传输到上层协调控制器,对主要指标进行监控;当出现异常情况时(如紧急制动),上层协调控制器对主要指标进行监控,发现异常后对底层控制器发出决策指令。仿真结果表明:采用分层式协调控制策略,在保证子系统性能良好的情况下,汽车综合性能得到提高。 本文的试验研究较为深入。首先基于LabVIEW开发平台进行了防抱制动系统硬件在环试验,缩短了ABS电子控制单元的开发周期;然后基于ARM7和protel开发平台进行了ABS、EPS实际控制器的开发;最后,基于分层协调控制策略,设计了上层协调控制器,以协调ABS、EPS之间的矛盾性。试验结果表明:底层ABS、EPS子控制器控制逻辑正确,上层协调器决策控制输出设计合理,在降低较少制动性能基础上,车辆的操纵性能、横向稳定性能得到较大提高,从而获得良好的综合性能。