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原文传递一种分布式驱动电动汽车的驱动系统容错控制策略

专利名称：	一种分布式驱动电动汽车的驱动系统容错控制策略
摘要：	本发明公开了一种分布式驱动电动汽车的驱动系统容错控制策略，在已知某个车轮失效的情况下，采用容错控制策略进行车辆的容错控制；上层控制：选取车辆的横摆角速度和质心偏转角作为控制目标，建立失效故障下车辆横摆力矩控制体系，通过基于横摆角速度和质心偏转角进行约束的滑模变结构控制策略，计算得到期望横摆力矩；下层控制：通过滑模变结构控制或者LQR分别实现动力学及稳定性转矩协调优化分配策略，结合期望横摆力矩，计算出车轮力矩的分配，对正常工作的车轮进行力矩重分配，保证车辆的行驶稳定。本发明能对正常工作的车轮进行力矩重分配，最大可能符合预定行车轨迹，避免突发的变化，保证车辆行驶安全和稳定。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉理工大学
发明人：	杨波;程阳;裴晓飞;张震;林晨;余嘉星;张佳琛
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910126899.4
公开号：	CN109808508A
代理机构：	湖北武汉永嘉专利代理有限公司
代理人：	崔友明
分类号：	B60L15/20(2006.01);B;B60;B60L;B60L15
申请人地址：	430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
主权项：	1.一种分布式驱动电动汽车的驱动系统容错控制策略，其特征在于，电动汽车的驱动系统中，上层控制器采用滑模变结构控制，下层控制器采用滑模变结构控制或者LQR；该容错控制策略包括以下步骤：在已知某个车轮失效的情况下，采用容错控制策略进行车辆的容错控制；上层控制：选取车辆的横摆角速度和质心偏转角作为控制目标，建立失效故障下车辆横摆力矩控制体系，通过基于横摆角速度和质心偏转角进行约束的滑模变结构控制策略，计算得到期望横摆力矩；下层控制：通过滑模变结构控制或者LQR分别实现动力学及稳定性转矩协调优化分配策略，结合期望横摆力矩，计算出车轮力矩的分配，对正常工作的车轮进行力矩重分配，保证车辆的行驶稳定。 2.根据权利要求1所述的分布式驱动电动汽车的驱动系统容错控制策略，其特征在于，上层控制中采用滑模变结构控制得到车辆的期望横摆力矩；设计了附加横摆力矩控制器，用滑模变结构控制得到期望的附加横摆力矩M；选取质心侧偏角β和横摆角速度γ作为状态变量，输入为车辆的质心侧偏角β与横摆角速度γ与实际的值的误差，输出为M，公式如下： s＝eγ-c·eβ＝γd-γ+c·(βd-β) 又由可得：其中，其中，c、ε为控制器设计参数，β为质心侧偏角，βd为期望质心侧偏角，γ为横摆角速度，γd为期望横摆角速度，m为整车整备质量，vx为纵向车速，Fyf、Fyr为车辆前、后轮横向力，δf为前轮转角，αf、αr为前后轮侧偏角，lf、lr为质心到前、后轴的距离，kf、kr为前、后轮侧偏刚度，IZ为车辆绕Z轴的转动惯量。 3.根据权利要求1所述的分布式驱动电动汽车的驱动系统容错控制策略，其特征在于，下层控制中采用动力学及稳定性转矩协调优化分配策略，通过滑模变结构控制或者LQR实现两种控制策略，并实现软件冗余，减小软件出错的情况。 4.根据权利要求3所述的分布式驱动电动汽车的驱动系统容错控制策略，其特征在于，下层控制中采用滑模变结构控制策略的具体方法为：上层控制中用滑模变结构控制得到期望驱动力矩T；先建立附加横摆力矩M和纵向滑移率λ的关系：通过动力学方程，得到附加横摆力矩M与轮胎纵向力Fx的关系，再由魔术公式查表得到对应的滑移率λ，从而将上层控制器得到的期望附加横摆力矩经过转换得到纵向滑移率λ；通过滑移率，再建立λ和T的关系；选取纵向滑移率λ为状态变量，以期望值和实际值的误差作为控制输入，最终求得驱动力矩；其计算公式为：其中其中，λ为纵向滑移率，λd为期望纵向滑移率，q为滑模控制器设计参数，vx为纵向车速，ω为车辆旋转角速度，R表示车轮半径，Tt表示驱动力矩，μ为路面附着系数，Fz为车辆垂向载荷，J表示车轮的转动惯量，g为重力加速度。 5.根据权利要求3所述的分布式驱动电动汽车的驱动系统容错控制策略，其特征在于，下层控制中采用LQR控制策略的具体方法为：用LQR来控制失效后的力矩分配，通过对四个独立驱动的车轮施加不同大小的驱动力，来产生期望横摆力矩，下列公式为根据LQR控制力矩分配后得到的四个车轮所需要的力矩变化量：其中，M为上层控制器得到的附加横摆力矩，R表示车轮半径，df、dr为前、后轴距，lf、lr为质心到前、后轴的距离，δf为前轮转角。 6.根据权利要求1-5所述的分布式驱动电动汽车的驱动系统容错控制策略，其特征在于，下层控制中的动力学及稳定性转矩协调优化分配策略，针对车辆行驶理论，添加纵向驱动力、能提供最大驱动力、地面最大附着作为本约束条件：轮胎摩擦椭圆限制：路面附着和能提供最大驱动力对纵向力的限制： max(-μFzi,-Fm)≤Fxi≤min(μFzi,Fm) 其中，Fxi为车轮纵向力，Fyi为车轮横向力，Fzi为车轮垂向载荷，μ为路面附着系数，Fm为车轮纵向力的最大值。
所属类别：	发明专利