无人车辆技术能在有效提高道路利用率和交通安全性的同时降低交通管理运行成本,近年来与其相关的智能驾驶技术成为了汽车领域及其交叉学科的研究热点,具有良好的发展前景与实际应用价值。无人车辆的动力学协调控制可以在实现轨迹跟踪的同时确保车辆自身的稳定性和控制机动性,同时,无人车辆的转向控制能力直接影响无人车轨迹跟踪和动力学协调控制效果。然而,在智能驾驶过程中,若转向系统出现故障,无人车辆协调控制系统的可靠性将会大大降低,进而影响无人车轨迹跟踪效果甚至导致车辆失稳。因此,有必要针对无人车辆设计相应的多目标协调与容错控制方法,从而提高无人车辆面对突发故障的容错能力。针对这一问题,本文提出了基于状态估计的分布式驱动无人驾驶汽车多目标协调与容错控制方法,旨在保证分布式驱动无人车面对突发故障情况时仍能维持良好的轨迹跟踪能力和整车协调控制效果,以期为分布式驱动无人车辆的容错控制以及可靠性研究提供新的研究基础与实践经验。首先,进行了分布式驱动无人车模型构建与容错控制问题分析。结合分布式驱动无人车辆的电驱动特性及其智能驾驶场景进行车辆建模,搭建了整车动力学模型、电驱动轮模型、轮胎模型、轨迹跟踪模型和自主转向系统模型,从而表征无人车辆的轨迹跟踪模型关系以及自身动力学控制特性。在此基础上,为进一步实现无人车辆的容错控制,分别进行了转向电机非失效故障和完全失效故障情况下的模型分析与控制问题描述。其次,提出了一种兼顾估计精度与可靠性的分布式驱动无人车辆行驶状态估计方法。结合车辆动力学特性以及不同估计算法的特点与优势,设计了基于多模型观测器加权融合的车辆状态估计方法,利用闭环估计系统中观测器的加权融合来提高车辆状态整体估计精度。此外,设计了一种基于误差迭代和信息融合的车辆状态估计方法,充分利用不同车辆模型之间的相互关系以及冗余状态信息的融合结果,在确保估计精度的同时,进一步提高了估计系统的可靠性与自适应调节能力。第三,构建了分布式驱动无人车多目标协调分层控制系统。为了实现对于分布式驱动无人车辆的轨迹跟踪和横摆稳定的多目标控制,应用分层控制方法设计了分布式驱动无人车轨迹跟踪和横摆稳定协调控制策略。在上层控制器中,包含有基于模型预测控制算法的轨迹跟踪控制器和基于滑模控制算法的横摆稳定控制器,分别求解得到所需的前轮转角和额外横摆力矩。在下层控制器中,包含有前轮转角跟踪控制器和四轮轮胎力优化分配控制器,分别用于完成上层控制器所指令的前轮转角需求和额外横摆力矩需求。通过轨迹跟踪控制与横摆稳定控制的协调作用,可在跟踪参考轨迹的同时确保无人车辆的横摆稳定性,从而为无人车辆的容错控制奠定研究基础。第四,提出了一种考虑转向电机非失效故障的分布式驱动无人车容错控制方法。为了确保分布式驱动无人车辆在面对转向电机非失效故障的情况时仍能基本维持原有的控制性能,设计了相应的分布式驱动无人车容错控制方法。根据转向电机故障的描述与数学化建模,实现了转向电机非失效故障的表征和容错控制问题的提出,并在此基础上设计了无人车分层容错控制策略,其中,利用卡尔曼滤波实现对车辆质心侧偏角和转向故障的估计,并基于状态估计结果设计了被动容错控制器,然后在下层控制器中提出了一种新的具有反馈补偿机制的轮胎力优化分配方法,从而实现了分布式驱动无人车在转向电机故障情况下的闭环控制。第五,进一步研究了考虑转向电机全故障模式的分布式驱动无人车容错控制方法。为了确保无人车辆在转向电机完全失效时仍能通过相应的转向控制来实现轨迹跟踪,充分分析了无人车辆自主转向的驱动机理并提出采用差动转向控制在转向电机完全失效时紧急接替转向控制的可行性,并设计了此情况下的前轮转角估计和跟踪控制方法,从而实现在转向电机完全失效情况下的分布式驱动无人车转向控制。在此基础上,设计了考虑转向电机全故障模式的主动容错控制策略,通过转向电机故障辨识结果来选择相应的容错控制模式,从而确保分布式驱动无人车在不同的转向电机故障情况下都具有良好的控制性能。最后,进行了硬件在环仿真平台试验与实车试验来验证所提出的车辆状态估计方法、多目标协调控制方法、以及考虑转向电机故障的容错控制方法在实际应用中的效果。进行了硬件在环仿真平台和试验样车的搭建与调试,利用底盘测功机台架试验和实车道路试验来验证所提出的车辆状态估计方法的实际效果,利用硬件在环平台联合仿真测试和实车道路试验来验证多目标协调控制方法在轨迹跟踪和横摆稳定控制中的实际效果,利用硬件在环平台联合仿真测试来验证不同转向电机故障模式下容错控制方法的实际效果。研究表明:a)提出的车辆行驶状态估计方法对能够实时观测分布式驱动无人车的纵向轮胎力、侧向车速、横摆角速度、质心侧偏角等行驶状态,整体估计精度和可靠性分别提升了8.73%和11.69%,估计性能符合实际控制需求;b)提出的分布式驱动无人车多目标协调控制系统能够兼顾无人车辆的轨迹跟踪控制需求和横摆稳定控制需求,在道路试验中,协调控制下的轨迹跟踪精度和横摆稳定控制精度相比了常规的MPC算法分别提升了13.76%和25.11%;c)提出的考虑转向电机故障的分布式驱动无人车容错控制方法能够提高了分布式驱动无人车辆面对转向电机故障的容错能力,在不同的转向电机故障下能够基本维持原有的轨迹跟踪和横摆稳定控制效果,故障发生后车辆轨迹跟踪和横摆稳定控制精度分别达到了93.07%和91.66%。本文研究工作丰富了现有的无人车辆运动控制技术,提升了无人车辆可靠性水平,为无人车辆的智能化研究积累了较为宝贵的研究经验。