随着国家政策的大力扶持,新能源汽车广泛普及,各式各样的电动汽车穿梭在大街小巷,对电动汽车的安全问题成为了新的研究热点。针对现今底盘电控系统大多从纵向力和侧向力的控制入手,而对垂向力仅采取简单的工况划分或者基于经验规则设计,难以实现最优控制效果。因此本文选取分布式电动汽车为被控车辆,对其进行底盘控制器的设计,以期全面提升其动力学性能。分布式电动汽车具有四轮驱制动系统、转向系统以及主动悬架系统,凭借其优越的底盘结构可作为提升主动安全和车辆操稳性的重要平台,因此对分布式电动汽车的独特底盘结构设计整车控制器以期实现最优的车辆动力学性能是非常有必要的。本文从全面提升车辆动力学性能入手,针对车辆的行车安全性、操纵稳定性、乘坐舒适性以及道路跟踪能力等关键问题展开研究,以可控性极高的分布式电动汽车为被控对象,设计了一种从上至下的分层式集成控制器来实现所期望的控制目标。在集成控制器的上层采用参考模型来制定实现车辆期望行驶状态的控制需求,其中采用线性二自由度模型作为车辆理想的转向模型,并采用最优预瞄侧向加速度模型模拟操纵者对汽车的行驶反应预期;集成控制器的中层分为两个部分,车身控制层和轮胎力分配层,车身控制层通过非线性滑模控制算法将运动学需求转变为力学需求,计算得到满足上层指令所需车身期望合力与合力矩;轮胎力分配层则是通过设计目标优化函数,通过降低轮胎负荷率和平衡垂向动态载荷系数提升车辆行驶的操纵稳定性和乘坐舒适性,并且确立了约束条件,对轮胎力进行优化求解;下层执行器控制层,通过控制相应的执行器来实现中层输出的轮胎力最优分配值。最后在Car Sim环境下调整车辆模型,验证了本文设计的底盘集成控制系统的有效性。本文的主要内容:1、分布式电动汽车具有四轮独立轮毂电机、四轮独立转向电机和主动悬架系统,配备多个执行机构,是一种高度冗余系统。为了全面提升车辆动力学性能,需要确定行驶过程中的控制目标,并对控制过程中的轮胎力进行优化分配,明确不同执行机构的执行命令,最后通过对执行器的精确控制实现控制目标。因此本文建立了基于模型的分层式集成控制策略用以控制底盘各个执行系统,以期实现全面提升车辆动力学响应。上层引入参考模型以及二自由度转向模型制定控制目标,得到所需的运动学需求;中层基于滑模控制算法将运动学需求转化为车身的力学需求,并通过优化求解算法将车身的合力与合力矩最优的分配至轮胎处;下层将优化的轮胎力转化为执行器的控制命令作用于驱制动系统、转向系统和悬架系统。2、底盘分层式集成控制器的上层主要作用是接受驾驶员信息(如油门开度、转向盘角度等)、车辆当前状态信息以及道路信息,根据参考模型制定运动学控制目标,包括期望的纵向车速、侧向车速和车身垂向加速度并且为平稳车辆姿态设定了理想俯仰角和侧倾角。在转向方面引入线性二自由度模型作为转向参考模型,得到期望的横摆角速度实现操纵者对车辆的转向预期。在仿真阶段基于侧向预瞄加速度模型模拟操纵者的侧向操纵使车辆行驶在目标轨迹中。3、集成控制器的中层主要作用是将上层输出的运动学控制目标通过非线性滑模控制算法转变为满足车辆期望行驶目标的合力与合力矩。滑模控制的优势在于能够有效的解决非线性车辆在各个方向上的耦合问题,采用简单滑模面对纵向、侧向以及车身垂向速度进行跟踪。针对转向过程中横摆角速度误差积累导致的跟踪偏差以及俯仰、侧倾角速度误差积累导致的控制目标异常,采用终端滑模面进行设计,最后得到车身期望合力与合力矩。轮胎力分配层则是通过设计调节轮胎负荷系数和垂向动态载荷系数的目标函数,确定了一系列约束条件,对轮胎力进行优化求解。4、集成控制器下层则是将轮胎力的最优分配值转化为可作用于轮毂电机、转向电机以及悬架系统的执行命令,最后通过Car Sim和Matlab/Simulink联合仿真平台进行仿真验证,结果表明底盘分层式集成控制系统对分布式电动汽车的道路跟踪能力、操纵稳定性和乘坐舒适性均有一定提升。