随着“更加轻便、更加机动、更加灵活”陆军建设主要思想和“全电战斗车辆”概念的提出,电驱动轮式装甲车成为了发展趋势。本文以“十二五”某国防预研项目为背景,以8×8轮毂电机驱动车辆为研究对象。该研究对象车辆上电控系统数量显著增加,对多个电控系统进行协调和优化控制,可提升车辆综合性能,对包含驱动、制动、转向等主动独立控制子系统的集成协调控制已成为亟需解决的问题,而车辆动力学与节能优化集成协调控制,也成为近年来车辆动力学和能量优化研究的重点和难点。本文从车辆动力学理论角度出发,采用分层式车辆动力学集成协调控制结构,对独立驱动、制动、转向等主动控制子系统进行了模块化集成协调与优化控制,并结合控制分配(Control Allocation,CA)可重构控制的优点,提出了分层式车辆动力学与节能优化集成协调控制策略,还进行了不同危险工况下的离线和实时仿真试验,对所设计的控制系统进行了验证与分析。本文首先建立了22自由度整车非线性数学模型,模型中考虑了悬架系统与车身在垂向动力学中的静不定动态特性,并基于原型车辆参数和实车试验数据,验证所建立模型的正确性和有效性。还基于飞思卡尔MC9S12DP256B单片机硬件平台和dSPACE AutoBox实时仿真系统,搭建了控制器硬件在环仿真试验平台。另外,建立了四轴车辆单轨模型,分析了四轴车辆在稳态和瞬态下的稳定性条件,并研究了车辆在不同转向模式下的时域和频域响应特性。这为后续车辆动力学与节能优化集成协调控制的研究、分析与验证奠定了良好基础。8×8轮毂电机驱动车辆具有过驱动、欠定、有约束的特征,本文采用自上而下的模块化控制结构从全局角度对驱动、制动、转向控制系统进行考虑。为充分考虑轮胎非线性饱和特性、路面附着条件以及执行系统对其的约束条件,提出了分层式车辆动力学集成协调控制策略。在此基础上,结合控制分配可重构设计的优点,提出了分层式车辆动力学与节能优化集成协调控制策略,旨在满足车辆操纵稳定性的基础上使得电机工作在高效率区以达到节能的目的。并且建立了驱动模式选择子系统,该系统中充分考虑了轮毂电机失效、以及各轮胎-路面附着条件各不相同的特殊情况。在集成与协调控制系统中,首先,基于车辆加速度G-G图,建立了一种同时适用于线性和非线性区域的自调节粒子参考模型和自适应?参考模型,该模型可提高车辆在一般行驶工况,尤其是附着极限下的操纵稳定性和主动安全性。其次,不同于一般文献采用线性化反馈控制方法,本文采用强鲁棒性的非线性滑模控制设计高层车辆运动控制器,得到跟踪车辆参考运动状态的广义控制力/力矩。再次,轮胎纵向力和侧向力的优化分配是集成控制系统的关键问题,本文采用有约束优化的控制分配方法,将车辆需求的广义控制力/力矩优化的分配到八个车轮,并利用定点法和有效集算法实现轮胎力的优化分配,该方法可充分考虑各执行机构的约束条件且具有可重构控制的优势。最后,建立低层滑移率和侧偏角控制器以跟踪控制分配中得到的理想值,进而得到各轮毂电机的工作转矩和各车轮转向角。本文最后通过硬件在环(HIL)仿真试验验证了所建立的整个控制系统的有效性、实时性以及鲁棒性。HIL试验表明:分层式车辆动力学集成协调控制系统与自调节粒子参考模型、自适应?参考模型相结合,能够将车辆运行范围拓展到非线性附着极限区域,并可有效保证车辆在一般工况下,尤其是附着极限下纵向、侧向以及横摆运动的操纵稳定性和主动安全性,另外,当某些轮毂电机突然失效,该系统可实现可重构控制;且在良好附着路面,分层式车辆动力学与节能优化集成协调控制系统可在满足车辆操纵稳定性的基础上,使得轮毂电机工作在高效率区以提高整个驱动系统的效率,达到节能目的。