一种针对电动汽车稳定系统执行器故障的容错控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115892040A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211357621.6(22)申请日2022.11.01(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市长春高新技术产业开发区前进大街2699号(72)发明人王德军顾添骠张凯然(74)专利代理机构吉林省中玖专利代理有限公司22219专利代理师李泉宏(51)Int.Cl.B60W50/02(2012.01)B60W50/00(2006.01)B60W60/00(2020.01)权利要求书8页说明书18页附图13页(54)发明名称一种针对电动汽车稳定系统执行器故障的容错控制方法(57)摘要一种针对电动汽车稳定系统的执行器故障容错控制方法，包含以下步骤：采集车辆的行驶状态与执行器信息，利用轮胎力可行域与摩擦圆导向范围构建整车行驶状态可行域，根据车辆参考模型计算出状态量的参考值，并根据状态量参考值和实际值作为上层车辆运动控制器的输入，由模型预测控制在整车行驶状态可行域的约束下得到当前工况的合力和合力矩，进而在轮胎力可行域的约束下分配得到轮胎力，将由执行器故障引起的轮胎力变化引入整车动态对控制器重构，首先得到故障后的轮胎力容错可行域以及整车行驶状态容错可行域，将容错可行域作为新的约束进行容错控制，最后对于容错控制无法控制的状况，对参考输入进行重塑，以最大限度保证车辆可以安全行驶。CN115892040ACN115892040A权利要求书1/8页1.一种针对电动汽车稳定系统执行器故障的容错控制方法，其特征在于，该方法的步骤如下：步骤一：通过车载传感器实时采集车辆行驶过程中的状态量，得到车辆纵向行驶速度、侧向行驶速度、横摆角速度和方向盘转角，以及包括纵向加速度、侧向加速度，车轮的速度、和路面摩擦系数在内的状态信息；步骤二：根据步骤一中得到的信息得到轮胎在垂直载荷变化下的摩擦限制以及执行器自身限制计算得到轮胎力可行域；根据状态信息得到摩擦圆导向范围，在摩擦圆导向角范围内的轮胎力可行域计算虚拟导向角，使其对应的整车合力与合力矩最大和最小，即求取虚拟导向角θi，则此时的合力与合力矩即为整车行驶状态可行域的上界与下界；所述整车行驶状态可行域包括：纵向合力可行域：侧向合力可行域：横摆力矩可行域：其中Fxi,Fyi,θi,Fximmax(i＝1,2,3,4)分别为轮胎纵向力、轮胎纵向力导数、轮胎侧向力、轮胎侧向力导数、轮胎力夹角以及由电机转矩转化得到的纵向力上界，(θyi,θxi)为2CN115892040A权利要求书2/8页摩擦圆导向范围，μ为路面摩擦系数，Fzi为轮胎载荷，Fmxi,Fmyi分别为轮胎力可行域中上界与下界虚拟导向角θi对应的纵向力与侧向力极值，δi,θi分别为轮胎转角以及由导向范围计算得到的上界虚拟导向角和下界虚拟导向角并且步骤三：根据步骤一中得到的状态信息，利用车辆参考模型，得到车辆行驶状态量的参考值，即车辆纵向参考速度Vxre、车辆侧向参考速度Vyre和车辆参考横摆角速度ωrre；式中其中V0,δ，axre分别为参考模型纵向速度初值，前轮转角以及纵向加速度的给定值，δ为前轮转角，lf为车辆质心到前轮距离，lr为车辆质心到后轮距离，L为车辆轴距，Kf为前轮侧偏刚度，Kr为车辆后轮侧偏刚度，ζ为忽略车辆axre,Vyre微分的补偿性无量纲系数；步骤四：建立整车模型，采用直接离散线性化的方法把非线性的车辆模型转变为线性模型，根据状态量参考值和实际值的偏差作为上层车辆运动控制器的输入，通过模型预测控制算法得到当前工况的纵向合力、侧向合力以及横摆合力矩即虚拟控制量，其目标函数如下：其中Np为预测时域，Nc为控制时域，Δu(k+i∣k)为虚拟控制量，Q,R,ρ为权重因子，η(k+i∣k),ηref(k+i∣k)分别为输出状态量和参考值，ε为松弛因子可以问题避免无解；控制增量约束：ΔUmin≤Δu≤ΔUmax执行器可调节的增量上限；下层分配控制器将上层控制器的虚拟控制量分配到各个轮上，目标函数如下：其中，W4×4表示四维对称矩阵，Ci(i＝1,2,3,4)为矩阵中对角线元素分子项表示每个轮胎的加权系数，表达式为：B3×8为控制效率矩阵，可由车辆模型的总体平衡式得到，表达式为：ud为控制向量，udmax,udmin分别为轮胎力可行域中轮胎纵向力侧向力的上界与下界，ud＝3CN115892040A权利要求书3/8页TT[Fx1Fx2Fx3Fx4Fy1Fy2Fy3Fy4]，u为虚拟控制向量，u＝[∑Fx∑Fy∑Mz]；步骤五：忽略故障对侧向力的影响将执行器故障对整车的影响即对车辆电气制动与驱动的作用转化为车轮上轮胎力的变化趋势Fxim＝λiFxi+qi(i＝1,2,3,4，λi∈[0,1])引入整车系统，根