基于多Agent的車輛底盤集成控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展和對(duì)車輛行駛安全要求的提高，底盤控制功能元件數(shù)目與日俱增，并行作用的子控制系統(tǒng)之間的相互影響甚至沖突不可避免。因此需集成這些子系統(tǒng)以提高車輛總體安全性、舒適性和操縱性能，但是傳統(tǒng)的集中式或分層監(jiān)督式的集成控制框架缺乏靈活性和可擴(kuò)展性。
　　 本文將車輛底盤控制看成復(fù)雜的分布式實(shí)時(shí)控制問(wèn)題，基于多Agent的建模和控制器組織方法，提出包括主動(dòng)轉(zhuǎn)向(ASC)、驅(qū)動(dòng)力矩主動(dòng)分配(ADC)、主動(dòng)制動(dòng)控制(ABC)、AB

2、S/ASR和主動(dòng)懸架(ASUS)在內(nèi)的底盤集成控制框架；并建立包括后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向和主動(dòng)制動(dòng)控制的底盤集成控制系統(tǒng)的控制器硬件在環(huán)仿真平臺(tái)。論文主要內(nèi)容及創(chuàng)新成果包括：
　　 1．采用分布式問(wèn)題求解方法，根據(jù)操縱穩(wěn)定性和車輛縱向動(dòng)力學(xué)控制的目標(biāo)以及各控制單元的物理分布，將復(fù)雜底盤控制問(wèn)題分解為ASC、ADC、ABC和ABS/ASR等子控制系統(tǒng)；基于高魯棒性和抗干擾性能的滑模控制或模糊滑?？刂扑惴?，分別設(shè)計(jì)這些子系統(tǒng)的控制器；并采用M

3、atlab/Simulink仿真環(huán)境，對(duì)所設(shè)計(jì)的子控制器逐個(gè)進(jìn)行仿真試驗(yàn)。結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制器能夠獨(dú)立工作，實(shí)現(xiàn)各自預(yù)期的車輛動(dòng)力學(xué)控制目標(biāo)：①ASC控制器在側(cè)向加速度不很大時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的橫擺角速度跟蹤和橫向操縱穩(wěn)定性；②ADC和ABC在極限轉(zhuǎn)向工況下仍能實(shí)現(xiàn)橫向操縱穩(wěn)定性，其中ADC適合于加速工況，而ABC更適合于減速工況，且ABC的控制效果更顯著；③ABS/ASR能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的制動(dòng)防抱死/驅(qū)動(dòng)防滑功能。
　　 2．基于

4、多Agent的控制器組織方法，先將相對(duì)獨(dú)立、自治的車輛底盤子控制器ASC、ADC、ABC和ABS/ASR描述成局部控制器Agent，然后采用協(xié)調(diào)機(jī)制，設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)對(duì)象來(lái)組織這些局部控制器Agent，建立基于多Agent的車輛底盤集成控制框架?；贛atlab/Simulink，建立該集成控制框架的仿真試驗(yàn)平臺(tái)，用于研究控制框架和算法在各種操縱情形特別是橫向操縱臨界穩(wěn)定狀態(tài)下的性能，以及控制系統(tǒng)中有子控制器失效時(shí)的性能。研究表明：①基于多Ag

5、ent的自下而上的控制器組織方法能夠成功地用于底盤子控制器的集成，在實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)總體控制目標(biāo)的同時(shí)保持子控制系統(tǒng)的自治性，并且集成控制可繼承子控制系統(tǒng)具有的魯棒性等經(jīng)典控制性能；②基于多Agent的底盤集成控制框架使得原本十分復(fù)雜的控制問(wèn)題被分解成為相對(duì)簡(jiǎn)單的子控制問(wèn)題，當(dāng)獲得各個(gè)子控制器的解之后很容易得到全局控制的聯(lián)合輸出；③協(xié)調(diào)控制機(jī)制比傳統(tǒng)的監(jiān)督控制靈活，很容易通過(guò)設(shè)計(jì)備用的附加協(xié)調(diào)規(guī)則，避免因個(gè)別子控制器失效導(dǎo)致整個(gè)集成控制系統(tǒng)

6、失效。
　　 3．將模糊滑?？刂坪虷∞魯棒控制兩種算法相結(jié)合，設(shè)計(jì)以提高行駛平順性為目標(biāo)的主動(dòng)懸架控制器ASUSR，仿真試驗(yàn)表明該控制算法對(duì)模型參數(shù)的變化具有較強(qiáng)的魯棒性，且控制效果優(yōu)于單獨(dú)采用模糊滑?？刂苹騂∞魯棒控制的主動(dòng)懸架。依據(jù)主動(dòng)懸架力對(duì)車輛操縱穩(wěn)定性的影響關(guān)系，提出基于模糊滑?？刂频闹鲃?dòng)懸架控制器ASUSH，以提高車輛操縱穩(wěn)定性。
　　 4．在基于多Agent的集成底盤控制框架中增添主動(dòng)懸架控制器ASUSR和

7、ASUSH模塊，提出行駛平順性控制和操縱穩(wěn)定性控制協(xié)調(diào)工作的底盤集成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了底盤集成控制框架的一個(gè)擴(kuò)展?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程和仿真試驗(yàn)可得到以下結(jié)論：①集成控制框架是按照自下而上的方式設(shè)計(jì)的，其中的協(xié)調(diào)對(duì)象考慮了局部控制器的意圖或請(qǐng)求，因此低層的控制器Agent能夠方便地增加到協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，或者從中刪除，這體現(xiàn)了控制框架的靈活性和可擴(kuò)展性；②當(dāng)ASUSH和ASUSR協(xié)調(diào)工作時(shí)，對(duì)提高車輛操縱穩(wěn)定性的輔助效果明顯，減輕了ASC、AD

8、C和ABC的工作負(fù)荷，而且在提高操縱穩(wěn)定性的同時(shí)不影響ASUSR改善車輛平順性的效果，包括主動(dòng)懸架在內(nèi)的底盤集成控制的總體性能比無(wú)主動(dòng)懸架的集成控制更佳。
　　 5．以主動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向和ABC子控制器的集成為例，采用飛思卡爾HCS12單片機(jī)和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ，設(shè)計(jì)基于多Agent的底盤集成控制系統(tǒng)的控制器原型；然后基于Matlab/Simulink/dSPACE與該控制器原型，建立集成控制的控制器硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)平臺(tái)