四輪驅(qū)動(dòng)車的容錯(cuò)控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及車輛自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種四輪驅(qū)動(dòng)汽車的容錯(cuò)控制方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 本文中將在四個(gè)輪子中（或輪轂內(nèi)）分別安裝獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)(4WID)的電動(dòng)車 簡(jiǎn)稱為四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，這樣的車輛每個(gè)輪子的制動(dòng)模式都可以被獨(dú)立操控。這種驅(qū)動(dòng)方 式上的便利性，以及電力發(fā)動(dòng)機(jī)快速而精準(zhǔn)的扭矩輸出，使得現(xiàn)有的車輛控制策略(譬如牽 引力控制系統(tǒng)TCS、直接橫擺力矩控制DYC等一些車輛運(yùn)行/穩(wěn)定控制系統(tǒng))能夠得以加強(qiáng)。
[0003] 然而，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和驅(qū)動(dòng)器數(shù)量有了大幅提升，四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車出現(xiàn)錯(cuò)誤 (譬如內(nèi)置發(fā)動(dòng)機(jī)/驅(qū)動(dòng)出錯(cuò)）的可能性也更高了。車輪內(nèi)置發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生錯(cuò)誤的原因多種多 樣，可能是機(jī)械故障、發(fā)動(dòng)機(jī)過熱或是與發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)有關(guān)的錯(cuò)誤。當(dāng)一個(gè)錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，發(fā)生 錯(cuò)誤的車輪可能無法提供預(yù)期的扭矩，從而威脅到車輛整體的運(yùn)行控制。如果沒有做出適 當(dāng)?shù)恼{(diào)整，那么由于某只輪胎失去了預(yù)期的扭矩，車輪內(nèi)置發(fā)動(dòng)機(jī)或是發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的錯(cuò)誤 就可能會(huì)引起車輛表現(xiàn)達(dá)不到預(yù)期甚至出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，處于對(duì)車輛安全可靠的 需要，必須對(duì)四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的容錯(cuò)性進(jìn)行慎重評(píng)估。
[0004] 前人對(duì)于電動(dòng)車的錯(cuò)誤診斷和容錯(cuò)控制策略主要是基于傳統(tǒng)型的車輛構(gòu)架，而對(duì) 于四輪驅(qū)動(dòng)型系統(tǒng)的錯(cuò)誤診斷則更有挑戰(zhàn)性。作為一個(gè)過驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的錯(cuò)誤診斷和 容錯(cuò)控制方法可能并不適用于四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車。例如，車輛同一邊的前后輪在車輛筆直行 駛的時(shí)候，有著相同偏航和縱向運(yùn)動(dòng)動(dòng)力。這樣的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)冗余使得一些容錯(cuò)控制(譬如 基于多模型的方法)很難在四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車上得以運(yùn)用。因此，當(dāng)一個(gè)車輪內(nèi)置發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā) 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，為了保持車輛的穩(wěn)定和所需要的動(dòng)力，必須設(shè)計(jì)一個(gè)基于調(diào)整控制 的被動(dòng)容錯(cuò)控制器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為此，需要提供一種主動(dòng)的錯(cuò)誤診斷方法，來隔離和評(píng)估在上述被動(dòng)容錯(cuò)控制器 下的錯(cuò)誤。能夠在診斷結(jié)果的基礎(chǔ)上，所有的車輪內(nèi)置發(fā)動(dòng)機(jī)的控制力被重新調(diào)整至減輕 發(fā)生錯(cuò)誤的發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所的扭矩需求，以避免進(jìn)一步的損壞。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，發(fā)明人提供了一種四輪驅(qū)動(dòng)車的容錯(cuò)控制方法，包括如下步驟： 當(dāng)四輪驅(qū)動(dòng)車由于動(dòng)力問題行駛異常時(shí)，獲取車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及車身參數(shù)，所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 包括速度、偏航率和偏航慣性;所述車身參數(shù)包括車輛質(zhì)量、輪胎有效滾動(dòng)半徑、車長(zhǎng)、發(fā)動(dòng) 機(jī)輸出扭矩和車輛模型方程;根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及車身參數(shù)確定扭矩控制信號(hào)。
[0007] 進(jìn)一步地，若車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為直行，所述扭矩控制信號(hào)u由下式確定：
[0008]
[0009] 其中，U1和Ur分別表不對(duì)左石車輪的扭矩控制信號(hào)，Reff是輪胎有效滾動(dòng)半徑、Μ是 車輛質(zhì)量、V是速度、Ω是偏航率，I是偏航慣性、1是車長(zhǎng)、f是車輛模型方程、L是調(diào)整參數(shù)、 Θγχ - Vrx-Vx , ΘΩ- Ω τζ- Ω ζ 〇
[0010] 進(jìn)一步地，若車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為轉(zhuǎn)彎，所述扭矩控制信號(hào)u由下式確定：
[0011]
[0012] 其中，u_Ur分別表示對(duì)左右車輪的扭矩控制信號(hào)，1^是輪胎有效滾動(dòng)半徑、Μ是 車輛質(zhì)量、V是速度、Ω是偏航率，I是偏航慣性、1是車長(zhǎng)、f是車輛模型方程、L是調(diào)整參數(shù)、 erx = Vrx-Vx，eQ= Ω rz- Ω z、.備為發(fā)動(dòng)機(jī)的控制增益。
[0013] 具體地，還包括步驟，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大控制增益對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制信號(hào)進(jìn)行修正。
[0014] 進(jìn)一步地，還包括步驟，判斷發(fā)生錯(cuò)誤的車輪，減少其對(duì)應(yīng)的控制增益。
[0015] -種四輪驅(qū)動(dòng)車的容錯(cuò)控制裝置，包括參數(shù)獲取模塊、控制信號(hào)模塊：
[0016] 所述參數(shù)獲取模塊用于在四輪驅(qū)動(dòng)車由于動(dòng)力問題行駛異常時(shí)，獲取車輛的運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)及車身參數(shù)，所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括速度、偏航率和偏航慣性;所述車身參數(shù)包括車輛質(zhì) 量、輪胎有效滾動(dòng)半徑、車長(zhǎng)、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩和車輛模型方程；
[0017] 所述控制信號(hào)模塊用于根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及車身參數(shù)確定扭矩控制信號(hào)。
[0018] 具體地，所述控制信號(hào)模塊還用于在車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為直行時(shí)，將扭矩控制信號(hào)u u由下式確定：
[0019]
[0020] 其中，U1和Ur分別表示對(duì)左右車輪的扭矩控制信號(hào)，Reff是輪胎有效滾動(dòng)半徑、Μ是 車輛質(zhì)量、V是速度、Ω是偏航率，I是偏航慣性、1是車長(zhǎng)、f是車輛模型方程、L是調(diào)整參數(shù)、 Θγχ - Vrx-Vx , ΘΩ- Ω rz- Ω ζ 〇
[0021] 具體地，所述控制信號(hào)模塊還用于在車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為轉(zhuǎn)彎時(shí)，將扭矩控制信號(hào)u 由下式確定：
[0022]
[0023] 其中，U1和Ur分別表示對(duì)左右車輪的扭矩控制信號(hào)，Reff是輪胎有效滾動(dòng)半徑、Μ是 車輛質(zhì)量、V是速度、Ω是偏航率，I是偏航慣性、1是車長(zhǎng)、f是車輛模型方程、L是調(diào)整參數(shù)、 erx = Vrx-Vx，eQ = Ω rz- Ω z、備為發(fā)動(dòng)機(jī)的控制增益。
[0024] 優(yōu)選地，還包括修正模塊，所述修正模塊用于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大控制增益對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 控制信號(hào)進(jìn)行修正。
[0025] 進(jìn)一步地，還包括增益判斷模塊，所述增益判斷模塊用于判斷發(fā)生錯(cuò)誤的車輪，減 少其對(duì)應(yīng)的控制增益。
[0026] 區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，上述技術(shù)方案通過主動(dòng)的錯(cuò)誤診斷方法，來隔離和評(píng)估在上述 被動(dòng)容錯(cuò)控制器下的錯(cuò)誤。在診斷結(jié)果的基礎(chǔ)上，所有的車輪內(nèi)置發(fā)動(dòng)機(jī)的控制力被重新 調(diào)整至減輕發(fā)生錯(cuò)誤的發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所的扭矩需求，以避免進(jìn)一步的損壞。本發(fā)明針 對(duì)四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的基于動(dòng)力學(xué)的錯(cuò)誤診斷和容錯(cuò)控制，解決了現(xiàn)有技術(shù)中控制信號(hào)無法 對(duì)出錯(cuò)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩進(jìn)行相適應(yīng)變化的問題，提高了四輪驅(qū)動(dòng)車駕駛的安全性。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所述的車輛模型示意圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所述的四輪驅(qū)動(dòng)車的容錯(cuò)控制方法流程圖；
[0029]圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所述的四輪驅(qū)動(dòng)車的容錯(cuò)控制裝置模塊圖。
[0030] 附圖標(biāo)記說明：
[0031] 300、參數(shù)獲取模塊；
[0032] 302、控制信號(hào)模塊；
[0033] 3〇4、修正模塊；
[0034] 306、增益判端模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為詳細(xì)說明技術(shù)方案的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合具體實(shí) 施例并配合附圖詳予說明。
[0036] 一、基本模型的構(gòu)建
[0037] 這里請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明的車輛模型構(gòu)建示意圖，從廠商數(shù)據(jù)庫(kù)中可以輕松獲取 車輛自身參數(shù)，全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性測(cè)量裝置(MU)已經(jīng)被證明能夠有效的測(cè)量車輛 狀態(tài)。基于這些先進(jìn)的傳感技術(shù)，車輛的偏航率，縱向和橫向速度可以被精確測(cè)量。輪胎滑 移率、側(cè)偏角和車輪中心速度也可以計(jì)算得出。
[0038] 結(jié)合車輛自身參數(shù)，及車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，車輛運(yùn)動(dòng)方程可以用下式來表達(dá)：
[0039]
(1)
[0040] 其中，Vx和Vy分別是縱向速度和橫向速度，Ωζ是偏航率，Μ是車輛的質(zhì)量，I z是偏航 慣性，Ca是空氣動(dòng)力阻力項(xiàng)。Fx、Fy和Mz是由全部四個(gè)輪胎產(chǎn)生的輪胎力帶來的總力/力矩， 且可以用下式