一种基于底盘的分布式协同控制方法及系统与流程

本技术属于车辆底盘，具体涉及一种基于底盘的分布式协同控制方法及系统。

背景技术：

1、随着汽车电动化和智能化的发展，车辆底盘控制技术也面临着从传统底盘、电动底盘到智能底盘的技术变革。智能底盘是指通过协同控制车辆的驱动/制动、转向和悬架系统，提高车辆的动力学性能、安全性、舒适性和节能性，同时具备自适应、自学习和主动控制的能力，为自动驾驶系统、座舱系统、动力系统提供承载平台的底盘系统。

2、目前，智能底盘控制技术的研究主要集中在底盘一体化控制技术，即通过集成底盘各个子系统的控制器，实现底盘的纵向、横向和垂向力的协同控制，提高车辆的稳定性、操控性和舒适性。底盘一体化控制技术的典型代表是统一底盘控制(ucc)技术，它是指通过一个中央控制器，对车辆的防抱死制动系统(abs)、牵引力控制系统(tcs)、电子稳定控制系统(esc)、主动前轮转向系统(afs)、电子助力转向系统(eps)、连续阻尼控制系统(cdc)、主动车身控制系统(abc)、主动悬架系统(as)和主动侧倾控制系统(arc)等进行协调控制，实现车辆的最优动力学性能。

3、然而，底盘一体化控制技术也存在一些问题和挑战，主要有以下几个方面：

4、1、底盘一体化控制技术需要一个中央控制器，用于协调各个子系统的控制器，这增加了系统的复杂性和成本，也降低了系统的可靠性和灵活性。

5、2、底盘一体化控制技术通常采用经验控制规则和简单的力分配方法，难以实现最优控制效果，也不利于系统的自适应和自学习。

6、3、底盘一体化控制技术的控制策略和参数往往依赖于车辆的模型和状态，而车辆的模型和状态受到路面情况、车辆载荷、轮胎附着等因素的影响，具有不确定性和非线性，难以准确估计和补偿。

7、可见，底盘一体化控制技术的控制性能受到底盘各个子系统的执行器的限制，例如，传统的机械制动系统、机械转向系统和被动悬架系统的响应速度和控制精度都较低，难以满足高速、高精度的控制要求。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的是提供一种基于底盘的分布式协同控制方法及系统，其利用多核处理器实现统一底盘控制算法的分布式协同控制，适用于具有四轮独立驱动/转向和主动悬架系统的分布式电驱动车辆，以解决现有技术中底盘一体化控制技术存在的系统复杂性高、成本高、可靠性低、灵活性差、控制效果不理想、响应速度慢、控制精度低等问题。

2、为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：

3、本技术实施例提供了一种基于底盘的分布式协同控制方法，包括以下步骤：

4、步骤s1，在分布式电驱动车辆的底盘上设置多核处理器，将统一底盘控制算法分配到多个核心上执行，形成多核架构；

5、步骤s2，在分布式电驱动车辆的底盘上设置四轮独立驱动/转向系统和主动悬架系统，作为底盘的执行器，实现车辆的全向控制；

6、步骤s3，在分布式电驱动车辆的底盘上设置多种用于测量车辆运行状态的传感器，并将传感器输出的信号作为底盘控制器的输入信号；

7、步骤s4，在底盘控制器中，对车辆的模型和状态进行估计和校正；

8、步骤s5，在底盘控制器中，根据车辆的运行状态，确定车辆的控制模式，分配控制权重，生成期望的纵向、横向和垂向力；

9、步骤s6，在底盘控制器中，根据期望的纵向、横向和垂向力，对车辆的驱动/制动、转向和悬架系统进行协调控制，实现车辆的最优动力学性能。

10、可选的，步骤s1中，所述多核架构为采用混合操作的多核架构。

11、可选的，步骤s1中，将统一底盘控制算法分配到多个核心上执行，包括：

12、将统一底盘控制算法分为三个部分：监督器、主控制器和故障检测与容错控制器，分别分配到三个核心上执行，实现分布式处理；

13、其中，所述监督器负责监测车辆的运行状态，确定车辆的控制模式，分配控制权重，生成期望的纵向、横向和垂向力；所述主控制器负责根据监督器的指令，对车辆的驱动/制动、转向和悬架系统进行协调控制，实现车辆的最优动力学性能；所述故障检测与容错控制器负责对车辆的传感器和执行器进行故障检测和诊断，根据故障类型和程度，采取相应的容错控制策略，保证车辆的安全运行。

14、可选的，步骤s2中，四轮独立驱动/转向系统由四个电机组成，每个电机分别控制一个车轮的驱动力和转向角，实现车辆的纵向和横向力的独立控制；主动悬架系统由四个液压缸组成，每个液压缸分别控制一个车轮的垂向力，实现车辆的垂向力的独立控制。

15、可选的，步骤s3中，车辆运行状态包括车速、侧向加速度、纵向加速度、偏航角、偏航角速度、侧倾角、侧倾角速度、车轮转速、车轮转向角、车轮侧偏力、车轮纵向力以及车轮垂向力。

16、可选的，步骤s4中，对车辆的模型和状态进行估计和校正，包括：

17、采用多模型滤波或者扩展卡尔曼滤波方法，对车辆的模型和状态进行估计和校正。

18、可选的，步骤s5中，根据车辆的运行状态，确定车辆的控制模式，包括：

19、采用基于偏航率误差和侧翻危险指数的监测方法，对车辆的横向稳定性和侧翻危险进行监测，确定车辆的控制模式。

20、可选的，步骤s6具体包括：采用基于优化的力分配方法，对期望的纵向、横向和垂向力进行优化分配，使得车辆的驱动/制动、转向和悬架系统能够协同工作，满足车辆的运动需求；

21、其中，采用二次规划的方法，将力分配问题转化为一个最小化目标函数的优化问题，通过求解二次规划问题，可以得到每个车轮的最优力分配，然后根据力的分解原理，计算出每个车轮的驱动力、转向角和垂向力，进而控制车辆的驱动/制动、转向和悬架系统，实现车辆的最优动力学性能。

22、本技术实施例还提供了一种用于实现所述的方法的基于底盘的分布式协同控制系统，包括：

23、多核架构形成模块，其用于在分布式电驱动车辆的底盘上设置多核处理器，将统一底盘控制算法分配到多个核心上执行，形成多核架构；

24、全向控制实现模块，其用于在分布式电驱动车辆的底盘上设置四轮独立驱动/转向系统和主动悬架系统，作为底盘的执行器，实现车辆的全向控制；

25、状态信息提供模块，其用于在分布式电驱动车辆的底盘上设置多种用于测量车辆运行状态的传感器，并将传感器输出的信号作为底盘控制器的输入信号，提供车辆的状态信息；

26、估计和校正模块，其用于在底盘控制器中，对车辆的模型和状态进行估计和校正；

27、期望力生成模块，其用于在底盘控制器中，根据车辆的运行状态，确定车辆的控制模式，分配控制权重，生成期望的纵向、横向和垂向力；以及

28、最优动力学性能实现模块，其用于在底盘控制器中，根据期望的纵向、横向和垂向力，对车辆的驱动/制动、转向和悬架系统进行协调控制，实现车辆的最优动力学性能。

29、本技术相较于现有技术具有如下有益效果：

30、(1)本技术使用多核处理器作为底盘控制器，实现统一底盘控制算法的分布式协同处理，提高系统的计算效率和可靠性，降低系统的复杂性和成本；

31、(2)本技术使用四轮独立驱动/转向和主动悬架系统，实现了车辆的全向控制，提高系统的响应速度和控制精度，扩展系统的控制边界；

32、(3)本技术使用基于偏航率误差和侧翻危险指数的监测方法，实现了对车辆的横向稳定性和侧翻危险进行监测，确定车辆的控制模式，分配控制权重，生成期望的纵向、横向和垂向力；

33、(4)本技术使用基于优化的力分配方法，对期望的纵向、横向和垂向力进行优化分配，使得车辆的驱动/制动、转向和悬架系统能够协同工作，满足车辆的运动需求，同时考虑力的大小、方向、摩擦等约束条件，保证车辆的稳定性和安全性。