[發明專利]一種四輪獨立線控轉向電動汽車執行機構主動容錯控制算法及系統

有效

• 申請號: 202010735410.6
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN112519873B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 何友國;耿朋杰;袁朝春;蔡英鳳
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B62D5/04
• 分類號: B62D5/04;B62D6/00;B62D101/00;B62D137/00
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本發明公開了一種四輪獨立線控轉向電動汽車執行機構主動容錯控制算法及系統，包括硬件平臺和主動容錯控制算法，硬件包括轉向盤總成、中央控制器和轉向執行總成，算法部分采用基于間接自適應主動容錯控制理論。本發明能夠通過主動調節控制器的參數，在不增加硬件冗余的前提下，實現四輪獨立線控轉向電動汽車轉向執行機構在部分失效、中斷及卡死故障情況下的容錯控制，保證執行器故障模式下汽車對理想參考模型的零質心側偏角和修正橫擺角速度的跟蹤，提高轉向過程中的操縱穩定性。本發明能夠有效避免在四輪獨立線控轉向電動汽車轉向過程中由于執行機構故障導致的交通事故的發生，提高車輛對轉向執行機構故障的容忍能力和駕駛的安全性。

技術領域

本發明涉及智能汽車領域，具體為一種四輪獨立線控轉向電動汽車執行機構主動容錯控制算法及系統。

背景技術

隨著智能汽車技術的發展，汽車主動安全技術在電動化趨勢中得到快速發展，線控轉向技術在汽車上得到了廣泛應用。基于線控技術的汽車轉向系統取消了方向盤和車輪之間的機械連接結構，取而代之的是執行電子指令的電控執行機構。線控轉向系統采用電控轉向執行機構減輕了汽車許多重量，是提高車輛行駛安全性、提高駕駛員舒適性和操控性的一種有效方法，可以實現快速、精確的轉向干預。四輪獨立線控轉向(4WIS)電動汽車低速時具有較好的機動性，高速時具有較優秀的操縱穩定性和安全性，通過控制轉向角度還能實現諸如斜行，蟹行和原地轉向等優于傳統的轉向系統的特殊功能而受到越來越多科研人員的關注。但由于4WIS汽車具有多個頻繁工作的轉向執行機構，考慮到電子設備的魯棒性比傳統機械、液壓部件低，很容易隨時出現各種故障。當其中一個或多個執行機構發生故障時，發生故障的執行機構可能無法提供預期的扭矩，導致線控轉向系統性能不理想，質心側偏角和橫擺角速度發生較大波動從而危及車輛的穩定性控制。

雖然已有很多學者進行了多執行器故障的容錯控制研究，并取得了優秀的研究成果。但目前線控轉向汽車大都采用被動容錯技術，即采用硬件冗余方法實現硬件備份，當執行機構出現故障，系統切換到冗余系統，這樣會導致成本和體積增加。因此，如何在不增加硬件冗余的前提下，通過容錯算法實現執行器出現故障情況下，尤其是出現卡死或中斷等嚴重故障情況下，仍能夠保證4WIS電動汽車具有良好的穩定性，是4WIS電動汽車轉向系統亟待解決的問題。

因此，本發明提出一種四輪獨立線控轉向電動汽車執行機構主動容錯控制算法及系統。當某個執行器出現故障時，在不需要增加硬件的前提下，通過主動容錯控制算法，實現部分失效、卡死和中斷故障情況下的容錯控制。通過查閱資料，目前基于該種四輪獨立線控轉向電動汽車執行機構主動容錯控制系統的應用尚未見到報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種四輪獨立線控轉向電動汽車執行機構主動容錯控制算法及系統，在算法層面通過建立簡化線性二自由度模型及定義包含多種故障的執行器故障模型，基于間接自適應控制理論，引入一種魯棒自適應主動容錯控制策略。以跟蹤參考模型為目標進行了容錯控制器的設計，實現執行器故障模式下汽車對理想參考模型的零質心側偏角和修正橫擺角速度的跟蹤。本發明能夠有效避免四輪獨立線控轉向電動汽車轉向過程中由于執行機構故障導致的交通事故的發生，提高車輛對故障的容忍能力和駕駛的安全性。

本發明的技術方案：一種四輪獨立線控轉向電動汽車執行機構主動容錯控制算法及系統，由硬件平臺和主動容錯控制算法組成。硬件平臺由轉向盤總成、中央控制器ECU和轉向執行總成組成。主動容錯控制算法由建立四輪獨立轉向汽車的車輛二自由度動力學模型、車輛參考模型、執行機構故障模型和設計間接自適應主動容錯控制器組成。

本發明所述轉向盤總成：轉向盤總成負責將駕駛員轉向意圖通過轉向盤的轉角信號傳遞給中央控制器ECU。

本發明所述中央控制器ECU：中央控制器ECU根據方向盤總成傳遞過來的轉角、車速等信息通過內置算法計算得到四個車輪的目標轉角，然后將目標轉角發送到轉向執行總成中的各轉向控制器。

本發明所述轉向執行總成：由4個轉向控制器和4個轉向電機組成。其中，各個轉向控制器分別控制轉向電機轉到由ECU計算出的目標轉角。