智能车辆线控底盘与控制技术 课件 第6章 底盘域协调控制

第六章底盘域协调控制技术6.1底盘域协调控制框架6.2底盘动力学协调控制6.3底盘域电子电气架构本章内容几种底盘域协调控制框架的特点纵向动力学协调控制方法侧向动力学协调控制方法学习重点6.1底盘域协调控制框架对多底盘子系统间进行协调控制的优点互补单个子系统的性能限制；发挥协同效应，提高车辆动力学性能；通过传感器和信息共享，降低底盘系统成本和复杂性。自下而上（DownstreamArchitectures，DA）自上而下（UpstreamArchitectures，UA）独立共存协作共存集中协调监督协调多层协调6.1底盘域协调控制框架自下而上协调控制——独立共存底盘子系统单独开发，有独立的ECU、控制算法和逻辑，因而也称作分散控制框架通过通信总线，实现信息共享允许底盘子系统行为之间的轻微协调，并通过调整各子系统的控制算法，避免各子系统目标响应的冲突多动力学目标的车辆动力学控制难以有效实现6.1底盘域协调控制框架自下而上协调控制——协作共存保留独立的控制器增加协调层接收各控制器的输出，由协调层按一定协调策略，对状态变量值修正，并反馈给各子系统基于先验经验的测试场景无法考虑所有可能的驾驶工况；每个子系统基于不同模型控制律以及各子系统所处的位置会影响协调策略的有效性6.1底盘域协调控制框架自上而下协调控制——集中协调多变量主控制器汽车制造商与供应商一起开发主控制器，并适当地修改子系统控制算法，增加开发难度和复杂性；多变量主控制器的逻辑、算法结构复杂，计算负荷大；缺乏功能模块增减的灵活性；主控制单元故障的容错手段较复杂、成本高。6.1底盘域协调控制框架自上而下协调控制——监督协调局部控制器和上层协调控制层监控子系统的控制行为，允许子系统按照预定义的优先级进行干预。监控参考状态，基于路面附着系数检测驾驶条件，然后调整参考模型，产生相应的横摆角速度目标参考。上述两种方式的组合。容错能力6.1底盘域协调控制框架自上而下协调控制——多层协调监督策略层确定合适的控制模式，根据车辆动力学状态计算目标参考值。高层级控制器计算全局控制输入，即广义的力和力矩，跟踪目标参考信号。协调策略层根据控制模式选择对应的底盘子系统。控制分配层在选择的底盘子系统间分配控制输入。执行器控制层跟踪分配的控制输入，将本地动作指令发送到执行器硬件。物理层通过智能执行器执行各种操作6.1底盘域协调控制框架几种协调控制框架对比

架构自下而上协调控制自上而下协调控制独立共存协作共存集中协调监督协调多层协调易实施性成本低低中等中等高复杂度低低高中等中等车厂-供应商间独立性独立独立紧密耦合中等中等模块化程度高高低中等高集成度低低高中等中等性能计算负荷低低高中等中等容错性能力高高低中等高协调的执行器数量少少中等多多最优控制分配低中等高中等中等适应性低中等高高高面向全局稳定性设计差差好好好高层级监督低低中等高高多目标协调低低高高高目标车智能驾驶不适合不适合适合中等适合有人驾驶运动型中等中等适合适合中等普通有人驾驶中等适合适合适合中等6.2底盘动力学协调控制底盘协调控制的参考控制量参考驱动/制动力车轮滑移率纵向参考控制量侧向参考控制量横摆角速度参考

驾驶员希望能够感受到从线性逐步过渡到最终转向不足状态，并意识到接近转弯极限，线性模型对极低频次动力学介入的应用是合理的

6.2底盘动力学协调控制底盘协调控制的参考控制量侧偏角参考

侧向稳定不仅取决于侧偏角幅值，也与侧偏角速度有关

6.2底盘动力学协调控制底盘协调控制的参考控制量侧翻指数

考虑簧上质量的侧倾和侧向运动

直接表达车身运动参考控制量舒适性的角度，车身运动变量（如侧倾、俯仰、垂向运动）的参考值设为零车轮可靠抓地的角度，将动态轮胎载荷参考值设置为零6.2底盘动力学协调控制协调方法自下而上框架的协调方法排序法最大效用激活人工智能模型自上而下框架的协调方法监督决策策略控制分配算法机动控制、敏捷控制和稳定控制基于规则的控制、最优控制、模型预测控制、神经网络、模糊逻辑等6.2底盘动力学协调控制纵向动力学协调控制ABS与主动悬架协调缩短制动距离缩短制动距离、改善制动稳定性和舒适性以及提高能量回收率等

ABS与主动转向协调提高方向稳定性前后轴制动力分配策略复合制动分配策略电机和机械制动系统的动态响应特性协调6.2底盘动力学协调控制侧向动力学协调控制直接横摆力矩控制改善车辆的操纵性和侧向稳定性敏捷性

线性度（车辆线性响应程度）

稳定性危险、极限工况下应用四轮转向整个侧向加速度范围内实现车辆的不足转向特性中低侧向加速度条件下对转向特性调整的贡献要大于极限工况主动悬架控制侧向载荷转移、侧向力和车轮侧偏刚度变化对转向特性的作用只有在较大的侧向载荷转移（大侧向加速度）时显著主动空气动力学控制改变前后轴垂向载荷分配实现不足转向特性调整仅在高速时起作用主动前轮转向驾驶员感知的不足转向特性6.2底盘动力学协调控制车身动力学协