[发明专利]一种分布式驱动电动汽车的容错控制方法

说明书

本发明公开了一种分布式驱动电动汽车的容错控制方法，首先建立基于汽车七自由度非线性动力学模型的整车模型，然后建立一个具有两层结构的容错控制器；容错控制器的上层控制器以四个车轮的期望输入力矩和转角作为输入，采用二阶滑模算法计算理想横摆力矩；容错控制器的下层控制器以理想横摆力矩作为输入，以电机转矩作为输出，实现电机转矩的分配。本发明使用了二阶滑模控制算法进行控制，具有如果高阶滑模是稳定的，带精确执行器的控制算法将不会出现抖振这一特性。本发明在进行力矩分配时，考虑到同轴两电机转矩最小策略，使得在单电机失效时，可以保证剩余三个电机继续驱动，不必选择将四驱车变为二驱车。

技术领域

本发明属于汽车安全辅助驾驶与智能控制领域，涉及到四轮独立驱动电动汽车控制系统的设计方法，特别涉及到一种分布式驱动电动汽车的容错控制方法。

背景技术

随着大家对环保意识的提高，各国都在推动电动汽车发展。四轮独立驱动电动汽车作为电动汽车的一个重要分支，因其具有四轮独立驱动，且具有较高的动力性、操纵性、更大的底盘布置空间等优势，而被越来越受到人们的关注。但由于四轮独立驱动电动汽车使用大量的电器元件代替原有的机械部件，导致了汽车容易出现冗杂以及电器元器件失效等问题，特别在急转弯等极限工况下，容易因汽车失稳而引发安全问题。

汽车稳定性控制系统主要作用是在极限工况下，通过控制作用在四个车轮上的纵向力来产生较大横摆力矩、使质心侧偏角和横摆角速度以及侧向加速度恢复到正常水平，保证汽车的正常行驶。针对前轮转向的四轮独立驱动电动汽车，汽车稳定性控制系统通过控制四个电机的输出力矩来产生横摆力矩，保证汽车的稳定性。当一个车轮失效时，汽车已经处于了不平衡状态，此时若汽车还处于急转弯等极限工况下，汽车极易发生失稳，引发安全问题。现阶段针对失效电机容错控制算法存在的主要问题如下：

一、当汽车发生单轮失效时，各个算法直接选择将四轮驱动变为两轮驱动，大大降低了汽车的经济性与动力性。

二、在极限工况下，汽车的横摆角速度、质心侧偏角较大，线性汽车模型不能满足设计要求。

三、一阶滑模控制在滑模面附近可能会出现高频抖振效应，该效应将消耗大量能量，不满足经济性。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种分布式驱动电动汽车的容错控制方法，能够在电机失效时，使得汽车在极限工况下，具有较高的稳定性、较好的鲁棒性和实时性。

为了实现上述目的，本发明的基本思路是：首先建立基于汽车七自由度非线性动力学模型的整车模型，然后建立一个具有两层结构的容错控制器；容错控制器的上层控制器以四个车轮的期望输入力矩和转角作为输入，采用二阶滑模算法计算理想横摆力矩；容错控制器的下层控制器以理想横摆力矩作为输入，以电机转矩作为输出，实现电机转矩的分配。

本发明的技术方案如下：一种分布式驱动电动汽车的容错控制方法，包括以下步骤：

A、建立整车模型

忽略汽车的俯仰、侧倾、翻滚运动，将电动汽车的整车模型简化为七自由度非线性动力学模型，整车模型包括车身三自由度非线性动力学模型、四个轮胎模型和车轮动力学模型，具体步骤如下：

A1、建立车身三自由度非线性动力学模型

由于车身三自由度非线性动力学模型中的纵向力和侧向力相互耦合，纵向速度、侧向速度和横摆角速度也相互耦合，下面忽略空气阻力、坡道助力以及汽车垂向运动的影响，同时忽略翻滚和俯仰运动的影响，仅使用具有纵向、侧向和横摆运动的车身三自由度非线性动力学模型，四轮独立驱动电动汽车在纵向、横向以及横摆方向的动力学方程表示如下：