一种带有容错功能的轮毂电动汽车直接横摆力矩控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号CN109733205B(45)授权公告日2022.02.15(21)申请号201811503586.8CN103419676A,2013.12.04(22)申请日2018.12.10US2008/0071451A1,2008.03.20CN107139775A,2017.09.08(65)同一申请的已公布的文献号王洋.基于最优分配的四轮独立驱动电动汽申请公布号CN109733205A车容错控制研究.《中国优秀硕士学位论文全文(43)申请公布日2019.05.10数据库工程科技Ⅱ辑》.2018,(第01期),(73)专利权人江苏大学ShihongDing、JinlinSun.Directyaw-地址212013江苏省镇江市京口区学府路momentcontrolfor4WIDelectricvehicle301号viafinite-timecontroltechnique.《NonlinearDynamics》.2017,第88卷(第1期),(72)发明人丁世宏黄蓉沈浩马莉239-254.(51)Int.Cl.审查员周小丹B60L15/20(2006.01)B60L15/32(2006.01)B60W30/02(2012.01)(56)对比文件CN105899421B,2018.01.23权利要求书5页说明书11页附图4页(54)发明名称一种带有容错功能的轮毂电动汽车直接横摆力矩控制方法(57)摘要本发明公开了一种带有容错功能的轮毂电动汽车直接横摆力矩控制方法，主要步骤为：建立线性二自由度模型得到车辆的理想横摆角速度和理想质心侧偏角，构造状态观测器估计车辆的实际质心侧偏角；建立七自由度车辆动力学模型作为控制对象，并引入故障因子构建具有驱动电机故障的车辆动力学模型；基于自适应终端滑模理论与PI控制理论设计上层控制器得到虚拟控制指令；基于故障信息与力矩优化分配法设计容错下层控制器，保障故障后车辆的行驶性能与安全性能。本发明所提出的方法保证了故障后的行驶安全性，在有无执行器故障的条件下，均能保证车辆行驶的稳定性，扩大了行驶稳定性范围。同时，改善了对四轮的控制协调性并提高了故障车辆的响应性能。CN109733205BCN109733205B权利要求书1/5页1.一种带有容错功能的轮毂电动汽车直接横摆力矩控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立线性二自由度车辆动力学模型作为汽车运行过程中的参考模型；根据参考模型，计算出理想横摆角速度γd和理想质心侧偏角βd；并构造状态观测器，根据γ估计车辆的实际质心侧偏角β；其中，构造状态观测器，根据γ估计车辆的实际质心侧偏角β的方法如下：采用非光滑算法设计观测器估计质心侧偏角；将实际横摆角速度γ和车辆侧向加速度ay作为观测器的反馈变量，是侧向加速度ay的估计值，以侧向加速度偏差作为反馈TT量，对模型误差进行补偿控制；令X＝[γ,β]，Y＝[γ,ay]，u＝[δf]，建立二自由度车辆动力学模型状态空间表达式：式中：非光滑观测器设计如下：其中其中分别为γ和β的观测值，c1和c2是两个正常数，是设计的分段函数；步骤2，建立七自由度车辆动力学模型并引入故障因子，构建具有驱动电机故障的车辆动力学模型，根据故障因子的变化，设计车辆无故障、部分故障、完全故障的情况；七自由度模型设计如下：首先以控制增益ki描述电机驱动：ii分别代表四个轮毂电机(ii＝fl,fr,rl,rr)，Ti是四个电机力矩，Fi四轮轮胎力，R是2CN109733205B权利要求书2/5页轮胎滚动半径，电机故障被描述成控制增益的减少，以电机故障因子λi(0＜λi＜1)描述故障程度；假定控制增益ki与故障因子λi已知，执行器故障程度表示如下：带故障七自由度模型状态方程如下其中B为控制效能矩阵，代表执行器故障，公式如下：f1(x)＝βvxγ，τ2为横向扰动，a和b分别是车辆质心到前后轴的纵向距离，δ是前轮转角，d是车辆轮距；车轮旋转动力学方程为式中Itw为车轮的转动惯量，ωij为车轮的角速度，Tdij为驱动力矩，Tbij为制动力矩，R为轮胎的滚动半径；步骤3，将由二自由度车辆模型得到的理想值与车辆动力学模型得到的实际值之差发送给上层控制器中的DYC控制器，利用自适应终端滑模控制算法计算出维持车辆稳定所需要的横摆力矩Mz；将输入纵向车速vx与实际纵向速度之差发给上层控制器中的PI控制器，计算维持车辆稳定所需要的纵向力Fx，Mz与Fx为所需的虚拟控制指令；其中，利用自适应终端滑模控制算法计算出维持车辆稳定所需要的横摆力矩Mz的方法：在二自由度车辆动力学模型的基础上增加一个附加的横摆力矩Mz，得到：整理为：3CN109733205B权利要求书3/5页改写为状态方程形式：其中u＝Mz