关键词：四轮独立驱动;;容错控制;;模型预测控制;;扭矩分配;;主动转向
摘 要：当代汽车技术高速发展,但是资源紧缺和环境污染问题日益严重。四轮独立驱动的轮毂电机驱动汽车,成为了全球汽车行业研发的重点。但是在控制过程中如果某一器件失效,会导致相应的轮毂电机失去动力,从而不能提供预期的扭矩,危及车辆行驶安全性。因此,需要在电机出现故障,汽车状态受到限制的时候,对驱动电机故障进行容错控制,从而满足驾驶员驱动、制动和转向需求,最大限度地保障汽车行驶的安全性和稳定性。本文首先考虑了汽车的横向、纵向和横摆运动以及四个车轮的转动,分别对车辆和车轮进行了动力学分析,建立了车身动力学模型、车轮动力学模型和轮胎模型,并基于高精度动力学软件veDYNA进行了仿真验证,证明了模型精度的可靠性。其次,基于前面建立的七自由度模型,设计了基于扭矩分配的轮毂驱动汽车电机故障容错控制系统。针对单一电机故障的情况,给出了容错控制方法和控制器的结构。考虑车身动力学模型的复杂性和轮胎模型的简单性,采用了分层控制的结构。上层控制器采用非线性模型预测控制算法控制车身动力学,输出四个车轮的纵向滑移给下层控制器。下层控制器采用PID算法控制四个车轮的横摆率。考虑不同的车速和故障轮对于车辆行驶状况的影响,基于MATLAB/Simulink软件,分别对不同的情况进行仿真验证。仿真结果表明,所给出的容错控制算法能够有效地提高车辆对于期望车速和横摆率地跟踪效果。最后,针对具有主动转向系统的车型,设计了基于扭矩分配和主动转向的轮毂驱动汽车容错控制器。同样针对单一电机故障的情况,给出了新的容错控制模型和控制方法。在上层控制器中对转向角进行约束,在输出四个车轮的横摆率给下层控制器的同时,将转向角输出给车辆模型。基于MATLAB/Simulink软件的仿真结果表明,改进后的容错控制算法不仅能够保证车辆对于期望状态的跟踪,还能够对转向角进行控制,实现前轮的主动转向。
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