基于驱动和部分转向的底盘集成容错控制研究

摘要

随着传统汽车普及带来越来越严重的环境污染问题，电动汽车越来越受到人们的关注。随着汽车电子技术的发展，线控技术在汽车上将得到普遍应用。然而，尽管电动汽车的线控技术得到了很大的发展，但是其主动安全性、可靠性等仍是人们关注和研究的重点。论文主要针对线控四轮独立驱动电动汽车转向系统左前轮失效问题进行了研究，主要工作包括以下几个部分： ①基于CarSim和Simulink软件平台，在一定的假设和简化前提下，分别建立线控四轮独立驱动电动汽车各子模块，并利用CarSim和Simulink软件将这些子系统集成为线控独立驱动电动汽车整车动力学模型。 ②在最优预瞄侧向加速度驾驶员模型的基础上，将神经网络和传统的PID算法结合，建立了非线性神经网络PID驾驶员模型，并与整车动力学模型集成为线控独立驱电动汽车的“人-车”闭环仿真模型。 ③提出了质心侧偏角估测方法。针对质心侧偏角不易直接测量的特点，在考虑质心侧偏角、横摆角速度和前轮转角的前提下，建立了非线性二自由度汽车动力学模型，同时，提出基于递归最小二乘法(RLS)，以侧向速度作为中间估测量的质心侧偏角估计算法，进一步在RLS基础上引入基于相轨迹的加权系数自适应调整规则，建立了自适应质心侧偏角估测器，并分别在开环和闭环工况下，对估测算法进行了仿真验证分析。相应的仿真结果表明，本文建立的质心侧偏角估测方法具有良好的估测精度。 ④针对本文研究的转向系统左前轮失效问题，提出了基于过驱动系统控制分配的容错控制策略，整个控制系统采用分层式集成控制架构，分别由上层运动控制器、下层控制分配器构成。上层运动控制器设计了相应的滑模控制器，根据车辆期望的横摆角速度和质心侧偏角为控制目标，得到车辆在此行驶状态下期望得到的横摆力矩补偿；下层控制分配器针对控制的优化问题，建立了以四轮纵向轮胎力和右前轮侧向力为控制目标的最优化方程，引入加权伪逆的控制分配方法，以车轮的纵向力和侧向力作为控制优化目标，以满足车辆进行期望正常运动所需的横摆力矩，同时以轮胎附着力和电机驱动峰值为整体约束条件，合理分配轮胎纵向力和侧向力，实现优化控制。 ⑤针对论文建立的转向失效集成容错控制策略，分别在开环的正弦驻留转向和闭环的双移线工况下进行仿真验证，并分别将车辆在转向系统无失效、左前轮转向失效和出现失效情况时采取集成容错控制策略的车辆运动状态进行对比分析，获得车辆重要的状态参数，如：质心侧偏角、横摆角速度差。仿真结果表明，运用集成容错控制策略的车辆，质心侧偏角和横摆角速度差相对参考值的最大相对误差仅为8.47%、19.3%。因此，证明在转向系统左前轮失效工况下，本文提出的集成容错控制策略，利用驱动/制动系统和主动转向系统进行合理分配，能够达到期望的控制效果，保证汽车的安全性和稳定性。

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