智能分布式电动汽车容错控制方法研究

作     者：梁顺利 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：欧健;覃亮

授予年度：2024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 故障估计 模型预测控制 重构控制分配 主动容错控制 

摘      要：进入21世纪以来,新能源车成了不可阻挡的趋势,相对于利用轮间差速器等机械传动装置的传统油车,分布式电动车直接利用轮毂电机进行驱动,大大简化了汽车结构,受到学术界和工业界的广泛重视,而在推进分布式电动汽车产业化的驱使下,其安全性受到一定的重视。本文从在提升汽车在轮毂电机发生失效时的横摆稳定性为目的,以带有前轮转向系统的分布式电动汽车为对象,针对车辆在行驶过程中出现驱动系统部分失效情况,以保证车辆稳定性为目标,设计了主动容错控制系统。对于分布式电动汽车的容错控制,本文主要有以下研究: 首先构建汽车的七自由度模型,包含车辆动力学模型,非线性轮胎模型,轮胎旋转动力学模型,电机模型等,以分块模型的思路构建了整车模型,并与Carsim中相同状态的汽车进行联仿,从而检验了所构建汽车模型的正确性。同时考虑了汽车的非线性问题并以此为基础,通过随机模型将故障因子1))处理为系统状态,搭建无迹卡尔曼滤波观测器对驱动系统的故障情况进行识别。最后通过仿真验证所设计的算法准确性和实时性。 其次设计分层FTC（容错控制）控制方案。该方案由上下两层控制,上层控制器通过利用车辆实际速度对期望车速跟踪信息基于PI控制理论计算输出的期望纵向力,以保证车辆的动力性;基于MPC理论通过对参考车辆模型（二自由度车辆模型）所输出的期望车辆参数的跟踪,计算出车辆所需的附加横摆力矩和附加前轮转角。 之后设计下层为力矩重构分配控制器,基于轮胎的负荷率最小化为目标,并兼顾了路面附着条件和驱动电机能力的约束,经过推导计算出优化的目标纵向力矩和横摆力矩,并且由UKF观测器所输入的故障因子f来判断各个执行器的失效情况,并且根据不同的失效模式进行一个力矩重构控制,从而稳定车辆的不足转向或过多转向,以保证车辆的稳定性与安全性。 最后基于MATLAB/Simulink平台搭建整个容错控制系统,以验证所设计控制器的有效性,输入不同的方向盘转角,不同工况下的车辆执行器失效模式,通过仿真结果的对比图,验证所设计的容错控制算法的有效性。