具有容错控制功能的盘式轮毂电机驱动车辆控制方法.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CN110334312A(43)申请公布日2019.10.15(21)申请号201910575589.0G06F17/50(2006.01)(22)申请日2019.06.28(71)申请人武汉理工大学地址430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号申请人武汉新能源汽车工业技术研究院有限公司(72)发明人刘超群曾春年罗杰黄斌卢炽华袁守利(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人徐员兰(51)Int.Cl.G06F17/11(2006.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图1页(54)发明名称具有容错控制功能的盘式轮毂电机驱动车辆控制方法(57)摘要本发明公开了一种具有容错控制功能的盘式轮毂电机驱动车辆控制方法，首先建立基于车辆动力学模型的车辆动力学空间状态方程,然后对车辆侧偏角、和前、后轮转向刚度进行联合行驶状态估计；最后根据估计结果，采用两级分层控制结构实现车辆的容错控制，其中，上层控制采用自适应滑膜控制，决策汽车动力学需要的横摆力矩和车辆纵向力，跟踪需求的车辆运动；下层控制采用优化分配算法，协调各轮之间的转矩分配，实现上层控制器的控制效果。在车辆发生转弯故障或执行器故障的情况下，能够实现整车容错控制，保证安全性和稳定性，在故障成熟处理的前提下尽可能的满足车辆的性能需求。CN110334312ACN110334312A权利要求书1/2页1.一种具有容错控制功能的盘式轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于包括如下步骤：S1：通过分析车辆的侧向、横摆和纵向运动，建立基于车辆动力学模型的车辆动力学空间状态方程；S2、在步骤S1之后进行车辆行驶状态估计：采用双扩展卡尔曼滤波根据实际测量的车辆状态信息，对车辆侧偏角、和前、后轮转向刚度进行联合行驶状态估计；S3、根据估计结果，进行容错控制：先引入执行器和转向增益矩阵描述执行器故障和转向故障；采用两级分层控制结构实现车辆的容错控制，其中，上层控制采用自适应滑膜控制，决策汽车动力学需要的横摆力矩和车辆纵向力，跟踪需求的车辆运动；下层控制采用优化分配算法，协调各轮之间的转矩分配，实现上层控制器的控制效果。2.根据权利要求1所述的具有容错控制功能的盘式轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于步骤S3中，引入执行器和转向增益矩阵η＝diag(η1,η2,η3,η4,η5,η6)作为故障反馈信息对执行器故障和转向故障进行描述，ηi在本发明中作为已知变量存在，代表执行器的失效程度，范围在[0,1]之间，当ηi＝1时，表示健康状态；ηi＝0时表示故障，失去全部控制权；0＜ηi＜1表示失效，失去部分控制权；ηi(i＝1,2,3,4)：i＝1时，η1代表左前轮盘式轮毂电机的故障等级、i＝2时，η2代表右前轮盘式轮毂电机的故障等级、i＝3时，η3代表左后轮盘式轮毂电机的故障等级、i＝4时，η4代表右后轮盘式轮毂电机的故障等级；ηi(i＝5,6)：i＝5时，η5代表前轮转向故障的等级、i＝6时，η6代表后轮转向故障的等级。3.根据权利要求1所述的具有容错控制功能的盘式轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于步骤S1中，分析车辆的侧向、横摆和纵向运动，建立基于车辆动力学的9自由度空间状态模型：TTx＝[βγVx]；u＝[Tw1Tw2Tw3Tw4δfδr]；其中：x表示状态变量、u表示输入变量、ε表示建模误差、A和B表示系数矩阵、β表示车辆侧偏角、γ表示车辆横摆角速度，Vx表示质心处纵向车速，Twi表示车轮转矩，其中，i＝1时，Twi代表左前轮；i＝2时，Twi代表右前轮；i＝3时，Twi代表左后轮；i＝4时，Twi代表右后轮；δf表示前轮转角，δr表示后轮转角。4.根据权利要求1所述的具有容错控制功能的盘式轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于步骤S2中，利用步骤S1获取的车辆动力学模型进行车辆行驶状态估计，利用双扩展卡尔曼滤波方法，以相同的采样时间T建立车辆侧偏角、前轮转向刚度和后轮转向刚度的离散预测方程，实现无偏最小方差联合估计。5.根据权利要求1所述的具有容错控制功能的盘式轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于步骤S2中首先根据车辆动力学模型和前轮转角、后轮转角和横摆角速度的实测值对估计变量车辆侧偏角、前轮转向刚度和后轮转向刚度进行预测，同时预测估计误差；然后对变量和误差的预测值进行卡尔曼增益校正更新。6.根据权利要求1所述的具有容错控制功能的盘式轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于步骤S3中，容错控制中的上层控制采用自适应滑膜控制，决策满足汽车动力学需要的需求横摆力矩和车辆纵向力，并采用变指数趋近法则进行自适应性控制，当距离滑膜面2CN110334312A权利要求书2/2页较远时，提高趋近速度