CN114987604B - 一种多源耦合滑板底盘系统及其多目标集成控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多源耦合滑板底盘系统及其多目标集成控制方法，包括：电液四轮转向模块、分布式驱动模块、电液复合制动模块、集成控制模块和底盘车架；本发明采用多目标集成控制方法对多源耦合滑板底盘系统进行控制，综合考虑滑板底盘四轮转向、分布式驱动及差动制动，建立整车动力学模型，采用模型预测控制方法对底盘系统进行集中优化控制，实现底盘各子系统的统一协调控制，提高了整体系统的控制稳定性和轨迹跟踪精度。

Description

一种多源耦合滑板底盘系统及其多目标集成控制方法
技术领域
本发明属于车辆底盘技术领域，具体涉及一种多源耦合滑板底盘系统及其多目标集成控制方法。
背景技术
随着汽车市场的不断扩大，用户对车辆智能化和电动化的需求也在不断提高。现有汽车多采用传统机械底盘，其底盘各子系统不具备线控功能，且各子系统相互干涉不能协同，无法满足汽车高等级自动驾驶的需求。
目前，不具备辅助驾驶功能的传统汽车大都仍旧采用纯机械底盘。纯机械底盘的转向子系统、制动子系统、驱动子系统均为纯机械结构，其转向路感差、制动踏板硬，对驾驶员带来了极大的操纵负担。随着汽车智能化和电动化的推进，当前具备L2级辅助驾驶功能的电动汽车销量占比不断攀升。这类具备L2级辅助驾驶功能的电动汽车一般仍沿用传统机械底盘架构，在此基础上通过引入转向助力电机、电控液压制动单元和驱动电机改善底盘各子系统的操纵性能，减轻了驾驶员的操纵负担。这类底盘的转向子系统一般采用前轮电动助力转向机构，制动子系统一般采用电控液压制动机构，驱动子系统一般采用前轴驱动电机机构。前轮电动助力转向机构通过减速器将助力电机输出轴与转向柱连接实现转向助力，但是该机构的转向柱上固接的方向盘与前轮之间的传动比固定。此外，其仍旧是基于前轮转向构型，只能通过改变前轮转角来实现车辆转向，在低速行驶时转弯半径大，高速行驶时稳定性有待提升。电控液压制动机构通过电磁阀调控液压大小实现制动力的控制，该机构液压制动响应时间慢，且不具备执行器冗余能力。前轴驱动电机机构通过一个高功率电机驱动汽车前轴转动，从而驱动车辆前进。该机构无法实现四轮驱动力的分配，无法在车辆转向不足及转向过大时提供额外的横摆力矩，其车辆低速行驶灵活性、高速行驶稳定性较差。因此，当前的底盘架构不能实现全线控化和全速域下的灵活稳定控制，其轨迹跟踪精度差，不满足高等级自动驾驶需求。此外，底盘转向、制动和驱动子系统之间具有较强的耦合干涉关系，单独控制某一个子系统会造成其他子系统控制性能受到影响，如何综合考虑车辆行驶过程的多个目标，实现各个子系统之间的协同控制是亟待解决的问题。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多源耦合滑板底盘系统及其多目标集成控制方法，以解决现有技术中存在的底盘系统不能实现全线控化、低速灵活性差、高速稳定性差以及各底盘子系统之间耦合干涉严重等导致无法满足高等级自动驾驶需求的问题；本发明的方法以最大化汽车行驶时的多个目标，集中控制底盘各子系统，实现各子系统的协同，提高汽车自动驾驶时的轨迹跟踪精度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种多源耦合滑板底盘系统，包括：电液四轮转向模块、分布式驱动模块、电液复合制动模块、集成控制模块和底盘车架；
所述电液四轮转向模块包括：右前轮、右前轮转向节、左前轮、左前轮转向节、右后轮、右后轮转向节、左后轮、左后轮转向节、前轴电液复合转向模块、后轴电液复合转向模块；
前轴电液复合转向模块安装于底盘车架前部，并通过左前轮转向节与左前轮相连，通过右前轮转向节与右前轮相连；
后轴电液复合转向模块安装于底盘车架后部，并通过左后轮转向节与左后轮相连，通过右后轮转向节与右后轮相连；
所述分布式驱动模块包括：右前轮轮毂电机，左前轮轮毂电机，右后轮轮毂电机，左后轮轮毂电机；
右前轮轮毂电机、左前轮轮毂电机、右后轮轮毂电机、左后轮轮毂电机分别安装于所述的右前轮、左前轮、右后轮、左后轮内部；
所述电液复合制动模块包括：电控液压制动模块、第一盘式制动器、第二盘式制动器、第三盘式制动器、第四盘式制动器、右前轮轮毂电机、左前轮轮毂电机、右后轮轮毂电机、左后轮轮毂电机；
电控液压制动模块安装于底盘车架上，分别通过第一盘式制动器、第二盘式制动器、第三盘式制动器、第四盘式制动器与所述右前轮、左前轮、右后轮、左后轮相连；
所述集成控制模块包括：车速传感器、加速度传感器、底盘集成控制器；
车速传感器安装于底盘车架上，用于将获得的车速信号传递到所述底盘集成控制器；
加速度传感器安装于底盘车架上，用于将获得的加速度信号传递到所述底盘集成控制器；
底盘集成控制器安装于底盘车架上，其接收车速信号和加速度信号，并输出控制命令给前轴电液复合转向模块、后轴电液复合转向模块、右前轮轮毂电机、左前轮轮毂电机、右后轮轮毂电机、左后轮轮毂电机、电控液压制动模块；
所述底盘车架与所述的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮相连。
本发明还提供了一种多源耦合滑板底盘系统的多目标集成控制方法，基于上述系统，包含以下步骤：
(1)底盘集成控制器根据各传感器采集到的车辆状态信息，对车辆的行驶轨迹进行预测；
(2)根据步骤(1)中预测得到的车辆的行驶轨迹，底盘集成控制器进行多目标底盘集成控制，求解得到最优纵向加速度ax、最优前轮转角δf、最优后轮转角δr、最优差动力矩M；
(3)根据步骤(2)中得到的最优纵向加速度ax和最优差动力矩M，当车辆处于加速工况时，对各轮毂电机进行驱动力矩分配控制；当车辆处于减速工况时，对电液复合制动模块进行制动力矩分配控制；
(4)根据步骤(2)中得到的最优前轮转角δf和最优后轮转角δr，对前轴电液复合转向模块和后轴电液复合转向模块进行转角跟踪控制，实现滑板底盘的四轮转向。
进一步地，所述步骤(1)中车辆的行驶轨迹的预测方法具体为：
(11)建立滑板底盘纵横向动力学方程：
式中，m为车辆质量；x为车辆纵向行驶距离；y为车辆横向行驶距离；为车辆横摆角；δf为前轮转角；δr为后轮转角；a和b分别为车辆质心到前、后轴距离；ax为车辆纵向加速度； Fxf和Fyf分别为作用在车辆前轴上的轮胎纵向力的合力和轮胎侧向力的合力；Fxr和Fyr分别为作用在车辆后轴上的轮胎纵向力的合力和轮胎侧向力的合力；Iz为车辆绕垂直于地面的z 轴的惯性矩；M为车辆左右车轮纵向力不一致导致的差动力矩；X和Y分别为车辆在大地坐标系下的纵横向坐标；Cxf和Cxr分别为前轮和后轮的纵向刚度；Cyf和Cyr分别为前轮和后轮的侧偏刚度；αf和αr分别为前轮和后轮的轮胎侧偏角；sf和sr分别为前轮和后轮的纵向滑移率；u和v分别为车辆的纵向速度和侧向速度；
(12)根据式(1)，以为车辆系统的状态量，u＝[ax,δf,δr,M]为控制量，建立滑板底盘整车纵横向动力学模型：
x＝Ax+Bu   (2)
式中，A和B为系数矩阵；
(13)对式(2)线性化和离散化，得到离散化线性车辆动力学模型：
式中，k为当前时刻；xr和ur分别为参考轨迹点处的状态量和控制量；Ak＝I+ATd；Bk＝BTd；Td为采样时间；
(14)对式(3)增广为：
式中，η(k)为输出向量，
(15)根据式(4)，得到预测时域Np内车辆的输出向量为：
Y(k)＝Ψkξ(k)+ΦkΔU(k)   (5)
式中，Y(k)＝[η(k+1|k),η(k+2|k),...,η(k+Np|k)]T；η(k+1|k)为根据第k时刻的状态量预测第k+1时刻车辆的输出向量；ΔU(k)＝[Δu(k),Δu(k+1),...,Δu(k+Nc-1)]T；Nc为控制时域；
(16)根据式(5)得到预测时域Np内的车辆行驶预测轨迹：
[x(k+1),y(k+1)],[x(k+2),y(k+2)],...,[x(k+Np),y(k+Np)]   (6)。
进一步地，所述步骤(2)中的多目标底盘集成控制方法具体为：
(21)建立轨迹跟踪过程的多目标集成优化问题为：
式中，κ(k+i|k)＝[x(k+i),y(k+i)]为在当前时刻k处预测k+i时刻的轨迹，由式(6)可得；κref(k+i|k)＝[xref(k+i),yref(k+i)]为要跟踪的k+i时刻的目标轨迹；Q和R为权重矩阵；ρ为权重系数；ε为松弛因子；ξmin和ξmax分别为最小和最大状态量；Δumin和Δumax分别最小和最大状态量变化量；
(22)采用内点法求解式(7)优化问题，得到控制时域内的最优控制量为：
[ax(k+i),δf(k+i),δr(k+i),M(k+i)],i＝0,1,...,Nc-1   (8)
式中，当i＝0时，即可得到当前k时刻的最优纵向加速度ax、最优前轮转角δf、最优后轮转角δr和最优差动力矩M。
其中，所述目标轨迹为车辆预行驶的轨迹。
进一步地，所述步骤(3)中的驱动力矩分配控制具体为：
(31)车辆纵向动力学方程为：
max＝2FxL+2FxR   (9)
M＝c(FxR cosδf+FxR cosδr-FxL cosδf-FxL cosδr)   (10)
式中，FxL为左侧车轮纵向力；FxR为右侧车轮纵向力；c为车轮中心至车辆质心的横向距离；
(32)联立式(9)和式(10)，求解得到左侧车轮纵向力和右侧车轮纵向力；左前轮轮毂电机和左后轮轮毂电机需求驱动力矩为MdL＝FxL/Rr，右前轮轮毂电机和右后轮轮毂电机需求驱动力矩为MdR＝FxR/Rr，Rr为轮胎半径；各轮毂电机按需求驱动力矩工作。
进一步地，所述步骤(3)中的制动力距分配控制具体为：
(33)根据式(9)和式(10)，求解得到左侧车轮纵向力和右侧车轮纵向力；左侧和右侧的车轮力矩分别为MdL＝FxL/Rr和MdR＝FxR/Rr；根据各车轮力矩，对电控液压制动模块和轮毂电机进行制动力矩优化分配；
所述制动力矩优化分配的步骤为：
(331)选取优化变量，建立动态优化模型，具体如下：
优化变量：选取电控液压制动模块的制动力矩分配系数q为优化变量，则轮毂电机的制动力矩分配系数为1-q；
约束条件：对制动力矩分配系数进行约束，即q∈[0,1]；对轮毂电机的输出力矩进行约束，即Md*q≤Te，Md为需求制动力矩，其等于所述的左侧车轮力矩MdL或右侧车轮力矩MdR， Te为电机的额定力矩；
优化目标：以系统总能耗最低为目标J1进行制动力矩分配，即J1＝Pe+Ph；Pe为轮毂电机功率，Ph为电控液压制动模块功率；
优化模型表示为：
(332)采用粒子群优化算法对式(11)中的优化模型进行求解，求解得到的使总目标 J1最小的解，即为制动力矩分配系数的最终值；
(34)根据制动力矩分配系数的最终值，分配电控液压制动模块和轮毂电机作用在车轮上的力矩。
进一步地，所述步骤(4)中的转角跟踪控制方法具体为：
(41)设计转向力矩为：
式中，Tn为转向转矩；k1、k2和k3均为常数；δ为轮胎转角，当其为前轮转角δf时，式(12) 求得前轮转向力矩，当其为后轮转角δr时，式(12)求得后轮转向力矩；
(42)分别控制前轴电液复合转向模块和后轴电液复合转向模块中的电机的电流，使其分别跟踪前轮转角和后轮转角：
式中，i为控制电流；当控制前轴电液复合转向模块跟踪前轮转角时，eδ(t)为跟踪前轮转角误差，当控制后轴电液复合转向模块跟踪后轮转角时，eδ(t)为跟踪后轮转角误差； 为常数；t表示时间；
(43)分别控制前轴电液复合转向模块和后轴电液复合转向模块中的液压压力，使其分别跟踪前轮转向力矩和后轮转向力矩：
式中，pl为控制液压；当控制前轴电液复合转向模块跟踪前轮转向力矩时，eT(t)为跟踪前轮转向力矩误差；当控制后轴电液复合转向模块跟踪后轮转向力矩时，eT(t)为跟踪后轮转向力矩误差；为常数；t表示时间。
本发明的有益效果：
本发明采用多目标集成控制方法对多源耦合滑板底盘系统进行控制，综合考虑滑板底盘四轮转向、分布式驱动及差动制动，建立整车动力学模型，采用模型预测控制方法对底盘系统进行集中优化控制，实现底盘各子系统的统一协调控制，提高了整体系统的控制稳定性和轨迹跟踪精度；通过优化电液复合制动模块的转矩分配，从整体上提高了制动子系统的运行效率，降低了制动子系统的能耗。通过结合集中优化控制和子系统跟踪控制的分层控制方法，提高底盘系统的敏捷性、稳定性和经济性，满足高等级自动驾驶需求。
附图说明
图1为本发明的多源耦合滑板底盘系统示意图；
图2为本发明的多目标集成控制方法流程图；
图中，1-右前轮，2-右前轮轮毂电机，3-右前轮盘式制动器，4-右前轮转向节，5-电控液压制动模块，6-集成控制器，7-前轴电液复合转向模块，8-车速传感器，9-底盘车架，10-左前轮转向节，11-左前轮盘式制动器，12-左前轮轮毂电机，13-左前轮，14-右后轮，15-右后轮轮毂电机，16-右后轮转向节，17-右后轮转向制动器，18-后轴电液复合制动模块，19-加速度传感器，20-左后轮转向节，21-左后轮盘式制动器，22-左后轮轮毂电机，23-左后轮。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的一种多源耦合滑板底盘系统，包括：电液四轮转向模块、分布式驱动模块、电液复合制动模块、集成控制模块和底盘车架；
所述电液四轮转向模块包括：右前轮1、右前轮转向节4、左前轮13、左前轮转向节10、右后轮14、右后轮转向节16、左后轮22、左后轮转向节20、前轴电液复合转向模块7、后轴电液复合转向模块18；
前轴电液复合转向模块7安装于底盘车架9前部，并通过左前轮转向节10与左前轮13 相连，通过右前轮转向节4与右前轮1相连；
后轴电液复合转向模块18安装于底盘车架9后部，并通过左后轮转向节20与左后轮23 相连，通过右后轮转向节16与右后轮14相连；
所述分布式驱动模块包括：右前轮轮毂电机2，左前轮轮毂电机12，右后轮轮毂电机15，左后轮轮毂电机22；
右前轮轮毂电机2、左前轮轮毂电机12、右后轮轮毂电机15、左后轮轮毂电机22分别安装于所述的右前轮1、左前轮13、右后轮14、左后轮23内部；
所述电液复合制动模块包括：电控液压制动模块5、第一盘式制动器3、第二盘式制动器 11、第三盘式制动器17、第四盘式制动器21、右前轮轮毂电机2、左前轮轮毂电机12、右后轮轮毂电机15、左后轮轮毂电机22；
电控液压制动模块5安装于底盘车架9上，分别通过第一盘式制动器3、第二盘式制动器11、第三盘式制动器17、第四盘式制动器21与所述右前轮1、左前轮13、右后轮14、左后轮23相连；
所述集成控制模块包括：车速传感器8、加速度传感器19、底盘集成控制器6；
车速传感器8安装于底盘车架9上，用于将获得的车速信号传递到所述底盘集成控制器 6；
加速度传感器19安装于底盘车架9上，用于将获得的加速度信号传递到所述底盘集成控制器6；
底盘集成控制器6安装于底盘车架9上，其接收车速信号和加速度信号，并输出控制命令给前轴电液复合转向模块7、后轴电液复合转向模块18、右前轮轮毂电机2、左前轮轮毂电机12、右后轮轮毂电机15、左后轮轮毂电机22、电控液压制动模块5；
所述底盘车架9与所述的左前轮13、右前轮1、左后轮23、右后轮14相连。
参照图2所示，本发明还提供了一种多源耦合滑板底盘系统的多目标集成控制方法，基于上述系统，包含以下步骤：
(1)底盘集成控制器根据各传感器采集到的车辆状态信息，对车辆的行驶轨迹进行预测；
其中，所述步骤(1)中车辆的行驶轨迹的预测方法具体为：
(11)建立滑板底盘纵横向动力学方程：
式中，m为车辆质量；x为车辆纵向行驶距离；y为车辆横向行驶距离；为车辆横摆角；δf为前轮转角；δr为后轮转角；a和b分别为车辆质心到前、后轴距离；ax为车辆纵向加速度； Fxf和Fyf分别为作用在车辆前轴上的轮胎纵向力的合力和轮胎侧向力的合力；Fxr和Fyr分别为作用在车辆后轴上的轮胎纵向力的合力和轮胎侧向力的合力；Iz为车辆绕垂直于地面的z 轴的惯性矩；M为车辆左右车轮纵向力不一致导致的差动力矩；X和Y分别为车辆在大地坐标系下的纵横向坐标；Cxf和Cxr分别为前轮和后轮的纵向刚度；Cyf和Cyr分别为前轮和后轮的侧偏刚度；αf和αr分别为前轮和后轮的轮胎侧偏角；sf和sr分别为前轮和后轮的纵向滑移率；u和v分别为车辆的纵向速度和侧向速度；
(12)根据式(1)，以为车辆系统的状态量，u＝[ax,δf,δr,M]为控制量，建立滑板底盘整车纵横向动力学模型：
x＝Ax+Bu    (2)
式中，A和B为系数矩阵；
(13)对式(2)线性化和离散化，得到离散化线性车辆动力学模型：
式中，k为当前时刻；xr和ur分别为参考轨迹点处的状态量和控制量；Ak＝I+ATd；Bk＝BTd；Td为采样时间；
(14)对式(3)增广为：
式中，η(k)为输出向量，
(15)根据式(4)，得到预测时域Np内车辆的输出向量为：
Y(k)＝Ψkξ(k)+ΦkΔU(k)   (5)
式中，Y(k)＝[η(k+1|k),η(k+2|k),...,η(k+Np|k)]T；η(k+1|k)为根据第k时刻的状态量预测第k+1时刻车辆的输出向量；ΔU(k)＝[Δu(k),Δu(k+1),...,Δu(k+Nc-1)]T；Nc为控制时域；
(16)根据式(5)得到预测时域Np内的车辆行驶预测轨迹：
[x(k+1),y(k+1)],[x(k+2),y(k+2)],...,[x(k+Np),y(k+Np)]   (6)。
(2)根据步骤(1)中预测得到的车辆的行驶轨迹，底盘集成控制器进行多目标底盘集成控制，求解得到最优纵向加速度ax、最优前轮转角δf、最优后轮转角δr、最优差动力矩M；
其中，所述步骤(2)中的多目标底盘集成控制方法具体为：
(21)建立轨迹跟踪过程的多目标集成优化问题为：
式中，κ(k+i|k)＝[x(k+i),y(k+i)]为在当前时刻k处预测k+i时刻的轨迹，由式(6)可得；κref(k+i|k)＝[xref(k+i),yref(k+i)]为要跟踪的k+i时刻的目标轨迹；Q和R为权重矩阵；ρ为权重系数；ε为松弛因子；ξmin和ξmax分别为最小和最大状态量；Δumin和Δumax分别最小和最大状态量变化量；
(22)采用内点法求解式(7)优化问题，得到控制时域内的最优控制量为：
[ax(k+i),δf(k+i),δr(k+i),M(k+i)],i＝0,1,...,Nc-1   (8)
式中，当i＝0时，即可得到当前k时刻的最优纵向加速度ax、最优前轮转角δf、最优后轮转角δr和最优差动力矩M；
其中，所述目标轨迹为车辆预行驶的轨迹。
(3)根据步骤(2)中得到的最优纵向加速度ax和最优差动力矩M，当车辆处于加速工况时，对各轮毂电机进行驱动力矩分配控制；当车辆处于减速工况时，对电液复合制动模块进行制动力矩分配控制；
其中，所述步骤(3)中的驱动力矩分配控制具体为：
(31)车辆纵向动力学方程为：
max＝2FxL+2FxR   (9)
M＝c(FxR cosδf+FxR cosδr-FxL cosδf-FxL cosδr)   (10)
式中，FxL为左侧车轮纵向力；FxR为右侧车轮纵向力；c为车轮中心至车辆质心的横向距离；
(32)联立式(9)和式(10)，求解得到左侧车轮纵向力和右侧车轮纵向力；左前轮轮毂电机和左后轮轮毂电机需求驱动力矩为MdL＝FxL/Rr，右前轮轮毂电机和右后轮轮毂电机需求驱动力矩为MdR＝FxR/Rr，Rr为轮胎半径；各轮毂电机按需求驱动力矩工作。
其中，所述步骤(3)中的制动力距分配控制具体为：
(33)根据式(9)和式(10)，求解得到左侧车轮纵向力和右侧车轮纵向力；左侧和右侧的车轮力矩分别为MdL＝FxL/Rr和MdR＝FxR/Rr；根据各车轮力矩，对电控液压制动模块和轮毂电机进行制动力矩优化分配；
所述制动力矩优化分配的步骤为：
(331)选取优化变量，建立动态优化模型，具体如下：
优化变量：选取电控液压制动模块的制动力矩分配系数q为优化变量，则轮毂电机的制动力矩分配系数为1-q；
约束条件：对制动力矩分配系数进行约束，即q∈[0,1]；对轮毂电机的输出力矩进行约束，即Md*q≤Te，Md为需求制动力矩，其等于所述的左侧车轮力矩MdL或右侧车轮力矩MdR， Te为电机的额定力矩；
优化目标：以系统总能耗最低为目标J1进行制动力矩分配，即J1＝Pe+Ph；Pe为轮毂电机功率，Ph为电控液压制动模块功率；
优化模型表示为：
(332)采用粒子群优化算法对式(11)中的优化模型进行求解，求解得到的使总目标 J1最小的解，即为制动力矩分配系数的最终值；
(34)根据制动力矩分配系数的最终值，分配电控液压制动模块和轮毂电机作用在车轮上的力矩。
(4)根据步骤(2)中得到的最优前轮转角δf和最优后轮转角δr，对前轴电液复合转向模块和后轴电液复合转向模块进行转角跟踪控制，实现滑板底盘的四轮转向；
其中，所述步骤(4)中的转角跟踪控制方法具体为：
(41)设计转向力矩为：
式中，Tn为转向转矩；k1、k2和k3均为常数；δ为轮胎转角，当其为前轮转角δf时，式(12) 求得前轮转向力矩，当其为后轮转角δr时，式(12)求得后轮转向力矩；
(42)分别控制前轴电液复合转向模块和后轴电液复合转向模块中的电机的电流，使其分别跟踪前轮转角和后轮转角：
式中，i为控制电流；当控制前轴电液复合转向模块跟踪前轮转角时，eδ(t)为跟踪前轮转角误差，当控制后轴电液复合转向模块跟踪后轮转角时，eδ(t)为跟踪后轮转角误差； 为常数；t表示时间；
(43)分别控制前轴电液复合转向模块和后轴电液复合转向模块中的液压压力，使其分别跟踪前轮转向力矩和后轮转向力矩：
式中，pl为控制液压；当控制前轴电液复合转向模块跟踪前轮转向力矩时，eT(t)为跟踪前轮转向力矩误差；当控制后轴电液复合转向模块跟踪后轮转向力矩时，eT(t)为跟踪后轮转向力矩误差；为常数；t表示时间。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多源耦合滑板底盘系统的多目标集成控制方法，基于多源耦合滑板底盘系统，系统包括：电液四轮转向模块、分布式驱动模块、电液复合制动模块、集成控制模块和底盘车架；
所述电液四轮转向模块包括：右前轮、右前轮转向节、左前轮、左前轮转向节、右后轮、右后轮转向节、左后轮、左后轮转向节、前轴电液复合转向模块、后轴电液复合转向模块；
前轴电液复合转向模块安装于底盘车架前部，并通过左前轮转向节与左前轮相连，通过右前轮转向节与右前轮相连；
后轴电液复合转向模块安装于底盘车架后部，并通过左后轮转向节与左后轮相连，通过右后轮转向节与右后轮相连；
所述分布式驱动模块包括：右前轮轮毂电机，左前轮轮毂电机，右后轮轮毂电机，左后轮轮毂电机；
右前轮轮毂电机、左前轮轮毂电机、右后轮轮毂电机、左后轮轮毂电机分别安装于所述的右前轮、左前轮、右后轮、左后轮内部；
所述电液复合制动模块包括：电控液压制动模块、第一盘式制动器、第二盘式制动器、第三盘式制动器、第四盘式制动器、右前轮轮毂电机、左前轮轮毂电机、右后轮轮毂电机、左后轮轮毂电机；
电控液压制动模块安装于底盘车架上，分别通过第一盘式制动器、第二盘式制动器、第三盘式制动器、第四盘式制动器与所述右前轮、左前轮、右后轮、左后轮相连；
所述集成控制模块包括：车速传感器、加速度传感器、底盘集成控制器；
车速传感器安装于底盘车架上，用于将获得的车速信号传递到所述底盘集成控制器；
加速度传感器安装于底盘车架上，用于将获得的加速度信号传递到所述底盘集成控制器；
底盘集成控制器安装于底盘车架上，其接收车速信号和加速度信号，并输出控制命令给前轴电液复合转向模块、后轴电液复合转向模块、右前轮轮毂电机、左前轮轮毂电机、右后轮轮毂电机、左后轮轮毂电机、电控液压制动模块；
所述底盘车架与所述的左前轮、右前轮、左后轮、右后轮相连；
其特征在于，包含以下步骤：
(1)底盘集成控制器根据各传感器采集到的车辆状态信息，对车辆的行驶轨迹进行预测；
(2)根据步骤(1)中预测得到的车辆的行驶轨迹，底盘集成控制器进行多目标底盘集成控制，求解得到最优纵向加速度ax、最优前轮转角δf、最优后轮转角δr、最优差动力矩M；
(3)根据步骤(2)中得到的最优纵向加速度ax和最优差动力矩M，当车辆处于加速工况时，对各轮毂电机进行驱动力矩分配控制；当车辆处于减速工况时，对电液复合制动模块进行制动力矩分配控制；
(4)根据步骤(2)中得到的最优前轮转角δf和最优后轮转角δr，对前轴电液复合转向模块和后轴电液复合转向模块进行转角跟踪控制，实现滑板底盘的四轮转向；
所述步骤(1)中车辆的行驶轨迹的预测方法具体为：
(11)建立滑板底盘纵横向动力学方程：
Figure FDA0004065064010000021
式中，m为车辆质量；x为车辆纵向行驶距离；y为车辆横向行驶距离；
Figure FDA0004065064010000022
为车辆横摆角；δf为前轮转角；δr为后轮转角；a和b分别为车辆质心到前、后轴距离；ax为车辆纵向加速度；Fxf和Fyf分别为作用在车辆前轴上的轮胎纵向力的合力和轮胎侧向力的合力；Fxr和Fyr分别为作用在车辆后轴上的轮胎纵向力的合力和轮胎侧向力的合力；Iz为车辆绕垂直于地面的z轴的惯性矩；M为车辆左右车轮纵向力不一致导致的差动力矩；X和Y分别为车辆在大地坐标系下的纵横向坐标；Cxf和Cxr分别为前轮和后轮的纵向刚度；Cyf和Cyr分别为前轮和后轮的侧偏刚度；αf和αr分别为前轮和后轮的轮胎侧偏角；sf和sr分别为前轮和后轮的纵向滑移率；u和v分别为车辆的纵向速度和侧向速度；
(12)根据式(1)，以
Figure FDA0004065064010000023
为车辆系统的状态量，u＝[ax,δf,δr,M]为控制量，建立滑板底盘整车纵横向动力学模型：
x＝Ax+Bu  (2)
式中，A和B为系数矩阵；
(13)对式(2)线性化和离散化，得到离散化线性车辆动力学模型：
Figure FDA0004065064010000031
式中，k为当前时刻；
Figure FDA0004065064010000032
xr和ur分别为参考轨迹点处的状态量和控制量；Ak＝I+ATd；Bk＝BTd；Td为采样时间；
(14)对式(3)增广为：
Figure FDA0004065064010000033
式中，
Figure FDA0004065064010000034
η(k)为输出向量，
Figure FDA0004065064010000035
Figure FDA0004065064010000036
(15)根据式(4)，得到预测时域Np内车辆的输出向量为：
Y(k)＝Ψkξ(k)+ΦkΔU(k)  (5)
式中，Y(k)＝[η(k+1|k),η(k+2|k),...,η(k+Np|k)]T；η(k+1|k)为根据第k时刻的状态量预测第k+1时刻车辆的输出向量；ΔU(k)＝[Δu(k),Δu(k+1),...,Δu(k+Nc-1)]T；Nc为控制时域；
Figure FDA0004065064010000037
Figure FDA0004065064010000038
(16)根据式(5)得到预测时域Np内的车辆行驶预测轨迹：
[x(k+1),y(k+1)],[x(k+2),y(k+2)],...,[x(k+Np),y(k+Np)]  (6)。
2.根据权利要求1所述的多源耦合滑板底盘系统的多目标集成控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中的多目标底盘集成控制方法具体为：
(21)建立轨迹跟踪过程的多目标集成优化问题为：
Figure FDA0004065064010000041
式中，κ(k+ik)＝[x(k+i),y(k+i)]为在当前时刻k处预测k+i时刻的轨迹，由式(6)可得；κref(k+ik)＝[xref(k+i),yref(k+i)]为要跟踪的k+i时刻的目标轨迹；Q和R为权重矩阵；ρ为权重系数；ε为松弛因子；ξmin和ξmax分别为最小和最大状态量；Δumin和Δumax分别最小和最大状态量变化量；
(22)采用内点法求解式(7)优化问题，得到控制时域内的最优控制量为：
[ax(k+i),δf(k+i),δr(k+i),M(k+i)],i＝0,1,...,Nc-1  (8)式中，当i＝0时，即可得到当前k时刻的最优纵向加速度ax、最优前轮转角δf、最优后轮转角δr和最优差动力矩M。
3.根据权利要求2所述的多源耦合滑板底盘系统的多目标集成控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中的驱动力矩分配控制具体为：
(31)车辆纵向动力学方程为：
max＝2FxL+2FxR  (9)
M＝c(FxRcosδf+FxRcosδr-FxLcosδf-FxLcosδr)  (10)
式中，FxL为左侧车轮纵向力；FxR为右侧车轮纵向力；c为车轮中心至车辆质心的横向距离；
(32)联立式(9)和式(10)，求解得到左侧车轮纵向力和右侧车轮纵向力；左前轮轮毂电机和左后轮轮毂电机需求驱动力矩为MdL＝FxL/Rr，右前轮轮毂电机和右后轮轮毂电机需求驱动力矩为MdR＝FxR/Rr，Rr为轮胎半径；各轮毂电机按需求驱动力矩工作。
4.根据权利要求2所述的多源耦合滑板底盘系统的多目标集成控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中的制动力距分配控制具体为：
(33)根据式(9)和式(10)，求解得到左侧车轮纵向力和右侧车轮纵向力；左侧和右侧的车轮力矩分别为MdL＝FxL/Rr和MdR＝FxR/Rr；根据各车轮力矩，对电控液压制动模块和轮毂电机进行制动力矩优化分配；
所述制动力矩优化分配的步骤为：
(331)选取优化变量，建立动态优化模型，具体如下：
优化变量：选取电控液压制动模块的制动力矩分配系数q为优化变量，则轮毂电机的制动力矩分配系数为1-q；
约束条件：对制动力矩分配系数进行约束，即q∈[0,1]；对轮毂电机的输出力矩进行约束，即Md*q≤Te，Md为需求制动力矩，其等于所述的左侧车轮力矩MdL或右侧车轮力矩MdR，Te为电机的额定力矩；
优化目标：以系统总能耗最低为目标J1进行制动力矩分配，即J1＝Pe+Ph；Pe为轮毂电机功率，Ph为电控液压制动模块功率；
优化模型表示为：
Figure FDA0004065064010000051
(332)采用粒子群优化算法对式(11)中的优化模型进行求解，求解得到的使总目标J1最小的解，即为制动力矩分配系数的最终值；
(34)根据制动力矩分配系数的最终值，分配电控液压制动模块和轮毂电机作用在车轮上的力矩。
5.根据权利要求1所述的多源耦合滑板底盘系统的多目标集成控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中的转角跟踪控制方法具体为：
(41)设计转向力矩为：
Figure FDA0004065064010000052
式中，Tn为转向转矩；k1、k2和k3均为常数；δ为轮胎转角，当其为前轮转角δf时，式(12)求得前轮转向力矩，当其为后轮转角δr时，式(12)求得后轮转向力矩；
(42)分别控制前轴电液复合转向模块和后轴电液复合转向模块中的电机的电流，使其分别跟踪前轮转角和后轮转角：
Figure FDA0004065064010000053
式中，i为控制电流；当控制前轴电液复合转向模块跟踪前轮转角时，eδ(t)为跟踪前轮转角误差，当控制后轴电液复合转向模块跟踪后轮转角时，eδ(t)为跟踪后轮转角误差；
Figure FDA0004065064010000054
Figure FDA0004065064010000063
为常数；t表示时间；
(43)分别控制前轴电液复合转向模块和后轴电液复合转向模块中的液压压力，使其分别跟踪前轮转向力矩和后轮转向力矩：
Figure FDA0004065064010000061
式中，pl为控制液压；当控制前轴电液复合转向模块跟踪前轮转向力矩时，eT(t)为跟踪前轮转向力矩误差；当控制后轴电液复合转向模块跟踪后轮转向力矩时，eT(t)为跟踪后轮转向力矩误差；
Figure FDA0004065064010000062
为常数；t表示时间。
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