一种针对车辆稳定系统执行器故障的容错控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110758404A(43)申请公布日2020.02.07(21)申请号201911186356.8(22)申请日2019.11.28(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市市辖区前进大街2699号(72)发明人王德军谢宁宁程晶晶王丽华(74)专利代理机构长春吉大专利代理有限责任公司22201代理人朱世林牟风平(51)Int.Cl.B60W50/02(2012.01)权利要求书3页说明书9页附图10页(54)发明名称一种针对车辆稳定系统执行器故障的容错控制方法(57)摘要一种针对车辆稳定系统执行器故障的容错控制方法，包含以下步骤：采集车辆的行驶状态信息，根据二自由度车辆模型计算出状态量的参考值，将状态量参考值和实际值的误差作为上层车辆跟踪控制器的输入，通过最优控制方法得到当前工况的合力和合力矩，进行分配得到轮胎力，通过轮胎加速度的比值得到轮胎力之间的角度并结合当前工况和路面摩擦系数计算出当前的轮胎力可行域；将执行器故障后轮胎力的变化量引入整车动态，得出故障后的轮胎力容错可行域；判断当前所需轮胎力是否满足轮胎力容错可行域约束，根据不同的情况采取容错控制方法调整车辆行驶状态满足轮胎力容错可行域约束，并且最大限度的满足车辆行驶状态要求。CN110758404ACN110758404A权利要求书1/3页1.一种针对车辆稳定系统执行器故障的容错控制方法，其特征在于：包括以下步骤：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，以及纵向加速度、侧向加速度，车轮的速度、路面摩擦系数等状态信息；步骤二根据步骤一中得到的状态信息车辆纵向速度/侧向速度和前轮转角作为二自由度车辆模型的输入得到被控量的参考值，即车辆纵向速度Vx、侧向速度Vy和横摆角速度ωr；步骤三建立整车模型，采用直接反馈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误差作为上层车辆跟踪控制器的输入，通过最优控制算法得到当前工况下的合力和合力矩，并通过直接分配法得到各个轮的轮胎力；步骤四根据步骤一中得到的车辆纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度和前轮转角，根据当前的路面摩擦系数和作用在各个车轮上的垂直载荷，求取轮胎力的可行域；步骤五将某一执行器故障即此轮的轮胎力的变化量qi(i＝1,2,3,4)引入整车系统，忽略故障对侧向力的影想，则此车轮的纵向力变为Fxim＝Fxi+qi(i＝1,2,3,4)，根据轮胎力的变化重新规划轮胎力的可行域，这里称之为轮胎力容错可行域，从而得到故障后轮胎力可分配的范围；步骤六根据轮胎力相对于质心产生的横摆力矩方向，划分系统动力学的总平衡方程式，分别沿纵向和侧向描述车辆的驱动、制动以及转向特性，同时加入步骤五中的执行器故障引起的轮胎力变化量可以得到车辆行驶的容错可行域即上层控制其输出的合力与合力矩容错可行域；纵向合力的容错可行域：∑Fxmax＝(η1-q1)1cosδ1+(η2-q2)cosδ2+(η3-q3)cosδ3+(η4-q4)cosδ4+ξ1sinδ1+ξ2sinδ2+ξ3sinδ3+ξ4sinδ4∑Fxmin＝-∑Fxmax侧向合力的容错可行域：∑Fymax＝ξ1cosδ1+ξ2cosδ2+ξ2cosδ2+ξ2cosδ2+(η1-q1)sinδ1+(η2-q2)sinδ2+(η3-q3)sinδ3+(η4-q4)sinδ4∑Fymin＝-∑Fymax车辆绕质心运动所需横摆力矩的容错可行域：∑Mzmax＝[(η1-q1)cosδ1-(η2-q2)cosδ2+(η3-q3)cosδ3-(η4-q4)cosδ4]ls+(ξ2sinδ2-ξ1sinδ1+ξ4sinδ4-ξ3sinδ3)ls+[(η1-q1)1sinδ1+(η2-q2)sinδ2+ξ1cosδ1+ξ2cosδ2]lf-[η3-q3)sinδ3+(η4-q4)sinδ4+ξ3cosδ3+ξ4cosδ4]lr∑Mzmin＝-∑Mzmax其中μFzicosθi＝ηi，μFzisinθi＝ξi(i＝1,...,4)，μ为路面的附着系数，θi(i＝1,...,2CN110758404A权利要求书2/3页4)是轮胎力之间的角度，ηi(i＝1,...,4)和ξi(i＝1,...,4)分别代表轮胎纵向力和侧向力的极限值；步骤七判断步骤三中上层输出的合力与合力矩是否满足故障后的合力与合力矩容错可行域，有如下两种情况发生：(1)当故障发生后上层控制器输出的合力与合力矩在合力与合力矩的容错可行域范围内时，只需要采用容错控制I实现执行器故障的容错，即只通过轮胎容错优化分配消除故障的影响；(2)当故障发生后上层控制器需求的合力与合力矩超出合