基于模型预测控制的底盘分层集成控制算法研究

随着汽车底盘控制理论和电子技术的迅猛发展,汽车底盘电控系统的数量和复杂度都在不断增加。系统数量的增加导致系统之间的耦合问题显现出来,直接催生了底盘集成控制的研究。底盘集成控制的研究目的就是处理不同系统之间的耦合,利用有利的耦合,缓解或消除不利的耦合。 本文从车辆动力学角度出发,研究了底盘集成控制的潜力,分析了系统之间的耦合关系。利用MATLAB/Simulink建立了整车以及各个子系统的非线性模型,并进行了模型仿真试验验证。为了处理集成控制中的多目标优化以及控制模型的误差问题,本文采用模型预测控制作为集成控制算法,实现了制动和转向对质心侧偏角和横摆角速度的联合控制,并采用基于规则的集成逻辑实现了制动、转向和悬架的全局集成控制。最后从保证底盘集成控制约束的角度研究了基于二次规划的轮胎力分配,并和稳定性控制中常用的单轮制动法进行了比较。 对底盘集成控制理论和仿真研究结果表明:采用二自由度预测模型的模型预测控制实现转向和制动的集成控制时,优化权重系数对控制效果影响明显。大侧向加速度下悬架控制对转向和制动集成控制起到有效的补充作用,有效提高了大侧向加速度下车辆的操纵性。二次规划轮胎力分配方法能够保证轮胎力的附着极限不被打破,有效提高了车辆的稳定性。