分布式电动车驱动系统执行器失效的容错控制研究

作     者：张猛 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓国红;盛陈

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：分布式电动车 容错控制 模型预测控制 重构控制 硬件在环 

摘      要：在车辆电动化发展趋势下,分布式电动车因其独特的驱动布置形式及传动方式成为电动汽车研究的热点。相比于传统电动车,分布式电动车在转向性能、驱动转矩响应、整车操控性等方面具有较大的优势。但是,随着分布式电动车执行器、传感器等数目的增加,驱动系统的可靠性就会降低。因此,本文针对分布式电动车驱动系统执行器失效的不同种情况,以提高故障车辆的稳定性和安全性进行了容错控制算法研究,具体内容包括:首先,搭建满足研究所需的分布式电动车整车动力学模型,包含车身纵向、侧向、横摆及四个车轮回转运动的七个自由度。在此模型基础上,分别建立了“魔术公式轮胎模型、车轮旋转动力学模型、轮毂电机模型及纵向速度跟踪控制等子模型。通过联立Car Sim在不同工况下,验证了所搭建整车模型的准确性。其次,针对分布式电动车驱动系统执行器失效的问题,采用分层建模的思想,搭建了一种纵、横向力协同容错控制系统。上层为运动跟踪控制层,采用模型预测控制理论跟踪车辆期望的行驶状态,求出车辆所需的纵向合力、横向合力及横摆合力矩。下层为纵、横向力重构优化控制分配层,将上层总的力和力矩以最小化轮胎负荷率为优化目标函数,考虑轮胎力及附着圆简化约束,经过优化求解得出各轮所需的纵向力和横向力。通过力矩公式和轮胎侧偏特性逆模型,将所需的纵向力和横向力转化为驱动力矩和前轮转角作为执行器预输入。根据执行器的故障检测信息判断失效情况,进而采用不同的失效控制策略,进行重构控制分配得到新的驱动力矩和前轮转角输出,保障了车辆在故障发生后的稳定性和动力性。最后,针对三种可控失效情况设置了四种不同的仿真工况,以方向盘转角作为系统输入,验证了容错控制算法能够确保失效车辆跟随驾驶员操作意图保持稳定行驶。同时,基于NI-PXI实时系统搭建了硬件在环仿真测试平台,进一步验证了容错控制算法的有效性。