[發明專利]一種分布式驅動電動汽車的容錯控制方法

有效

• 申請號: 201911347331.1
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111002840B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 郭烈;鄭曉妮;陳俊杰;岳明;趙一兵;李琳輝
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B60L15/20
• 分類號: B60L15/20
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

本發明公開了一種分布式驅動電動汽車的容錯控制方法，首先建立基于汽車七自由度非線性動力學模型的整車模型，然后建立一個具有兩層結構的容錯控制器；容錯控制器的上層控制器以四個車輪的期望輸入力矩和轉角作為輸入，采用二階滑模算法計算理想橫擺力矩；容錯控制器的下層控制器以理想橫擺力矩作為輸入，以電機轉矩作為輸出，實現電機轉矩的分配。本發明使用了二階滑模控制算法進行控制，具有如果高階滑模是穩定的，帶精確執行器的控制算法將不會出現抖振這一特性。本發明在進行力矩分配時，考慮到同軸兩電機轉矩最小策略，使得在單電機失效時，可以保證剩余三個電機繼續驅動，不必選擇將四驅車變為二驅車。

技術領域

本發明屬于汽車安全輔助駕駛與智能控制領域，涉及到四輪獨立驅動電動汽車控制系統的設計方法，特別涉及到一種分布式驅動電動汽車的容錯控制方法。

背景技術

隨著大家對環保意識的提高，各國都在推動電動汽車發展。四輪獨立驅動電動汽車作為電動汽車的一個重要分支，因其具有四輪獨立驅動，且具有較高的動力性、操縱性、更大的底盤布置空間等優勢，而被越來越受到人們的關注。但由于四輪獨立驅動電動汽車使用大量的電器元件代替原有的機械部件，導致了汽車容易出現冗雜以及電器元器件失效等問題，特別在急轉彎等極限工況下，容易因汽車失穩而引發安全問題。

汽車穩定性控制系統主要作用是在極限工況下，通過控制作用在四個車輪上的縱向力來產生較大橫擺力矩、使質心側偏角和橫擺角速度以及側向加速度恢復到正常水平，保證汽車的正常行駛。針對前輪轉向的四輪獨立驅動電動汽車，汽車穩定性控制系統通過控制四個電機的輸出力矩來產生橫擺力矩，保證汽車的穩定性。當一個車輪失效時，汽車已經處于了不平衡狀態，此時若汽車還處于急轉彎等極限工況下，汽車極易發生失穩，引發安全問題。現階段針對失效電機容錯控制算法存在的主要問題如下：

一、當汽車發生單輪失效時，各個算法直接選擇將四輪驅動變為兩輪驅動，大大降低了汽車的經濟性與動力性。

二、在極限工況下，汽車的橫擺角速度、質心側偏角較大，線性汽車模型不能滿足設計要求。

三、一階滑模控制在滑模面附近可能會出現高頻抖振效應，該效應將消耗大量能量，不滿足經濟性。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種分布式驅動電動汽車的容錯控制方法，能夠在電機失效時，使得汽車在極限工況下，具有較高的穩定性、較好的魯棒性和實時性。

為了實現上述目的，本發明的基本思路是：首先建立基于汽車七自由度非線性動力學模型的整車模型，然后建立一個具有兩層結構的容錯控制器；容錯控制器的上層控制器以四個車輪的期望輸入力矩和轉角作為輸入，采用二階滑模算法計算理想橫擺力矩；容錯控制器的下層控制器以理想橫擺力矩作為輸入，以電機轉矩作為輸出，實現電機轉矩的分配。

本發明的技術方案如下：一種分布式驅動電動汽車的容錯控制方法，包括以下步驟：

A、建立整車模型

忽略汽車的俯仰、側傾、翻滾運動，將電動汽車的整車模型簡化為七自由度非線性動力學模型，整車模型包括車身三自由度非線性動力學模型、四個輪胎模型和車輪動力學模型，具體步驟如下：

A1、建立車身三自由度非線性動力學模型

由于車身三自由度非線性動力學模型中的縱向力和側向力相互耦合，縱向速度、側向速度和橫擺角速度也相互耦合，下面忽略空氣阻力、坡道助力以及汽車垂向運動的影響，同時忽略翻滾和俯仰運動的影響，僅使用具有縱向、側向和橫擺運動的車身三自由度非線性動力學模型，四輪獨立驅動電動汽車在縱向、橫向以及橫擺方向的動力學方程表示如下：