[发明专利]一种四轮独立线控转向电动汽车执行机构主动容错控制算法及系统

说明书

本发明公开了一种四轮独立线控转向电动汽车执行机构主动容错控制算法及系统，包括硬件平台和主动容错控制算法，硬件包括转向盘总成、中央控制器和转向执行总成，算法部分采用基于间接自适应主动容错控制理论。本发明能够通过主动调节控制器的参数，在不增加硬件冗余的前提下，实现四轮独立线控转向电动汽车转向执行机构在部分失效、中断及卡死故障情况下的容错控制，保证执行器故障模式下汽车对理想参考模型的零质心侧偏角和修正横摆角速度的跟踪，提高转向过程中的操纵稳定性。本发明能够有效避免在四轮独立线控转向电动汽车转向过程中由于执行机构故障导致的交通事故的发生，提高车辆对转向执行机构故障的容忍能力和驾驶的安全性。

技术领域

本发明涉及智能汽车领域，具体为一种四轮独立线控转向电动汽车执行机构主动容错控制算法及系统。

背景技术

随着智能汽车技术的发展，汽车主动安全技术在电动化趋势中得到快速发展，线控转向技术在汽车上得到了广泛应用。基于线控技术的汽车转向系统取消了方向盘和车轮之间的机械连接结构，取而代之的是执行电子指令的电控执行机构。线控转向系统采用电控转向执行机构减轻了汽车许多重量，是提高车辆行驶安全性、提高驾驶员舒适性和操控性的一种有效方法，可以实现快速、精确的转向干预。四轮独立线控转向(4WIS)电动汽车低速时具有较好的机动性，高速时具有较优秀的操纵稳定性和安全性，通过控制转向角度还能实现诸如斜行，蟹行和原地转向等优于传统的转向系统的特殊功能而受到越来越多科研人员的关注。但由于4WIS汽车具有多个频繁工作的转向执行机构，考虑到电子设备的鲁棒性比传统机械、液压部件低，很容易随时出现各种故障。当其中一个或多个执行机构发生故障时，发生故障的执行机构可能无法提供预期的扭矩，导致线控转向系统性能不理想，质心侧偏角和横摆角速度发生较大波动从而危及车辆的稳定性控制。

虽然已有很多学者进行了多执行器故障的容错控制研究，并取得了优秀的研究成果。但目前线控转向汽车大都采用被动容错技术，即采用硬件冗余方法实现硬件备份，当执行机构出现故障，系统切换到冗余系统，这样会导致成本和体积增加。因此，如何在不增加硬件冗余的前提下，通过容错算法实现执行器出现故障情况下，尤其是出现卡死或中断等严重故障情况下，仍能够保证4WIS电动汽车具有良好的稳定性，是4WIS电动汽车转向系统亟待解决的问题。

因此，本发明提出一种四轮独立线控转向电动汽车执行机构主动容错控制算法及系统。当某个执行器出现故障时，在不需要增加硬件的前提下，通过主动容错控制算法，实现部分失效、卡死和中断故障情况下的容错控制。通过查阅资料，目前基于该种四轮独立线控转向电动汽车执行机构主动容错控制系统的应用尚未见到报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四轮独立线控转向电动汽车执行机构主动容错控制算法及系统，在算法层面通过建立简化线性二自由度模型及定义包含多种故障的执行器故障模型，基于间接自适应控制理论，引入一种鲁棒自适应主动容错控制策略。以跟踪参考模型为目标进行了容错控制器的设计，实现执行器故障模式下汽车对理想参考模型的零质心侧偏角和修正横摆角速度的跟踪。本发明能够有效避免四轮独立线控转向电动汽车转向过程中由于执行机构故障导致的交通事故的发生，提高车辆对故障的容忍能力和驾驶的安全性。

本发明的技术方案：一种四轮独立线控转向电动汽车执行机构主动容错控制算法及系统，由硬件平台和主动容错控制算法组成。硬件平台由转向盘总成、中央控制器ECU和转向执行总成组成。主动容错控制算法由建立四轮独立转向汽车的车辆二自由度动力学模型、车辆参考模型、执行机构故障模型和设计间接自适应主动容错控制器组成。

本发明所述转向盘总成：转向盘总成负责将驾驶员转向意图通过转向盘的转角信号传递给中央控制器ECU。

本发明所述中央控制器ECU：中央控制器ECU根据方向盘总成传递过来的转角、车速等信息通过内置算法计算得到四个车轮的目标转角，然后将目标转角发送到转向执行总成中的各转向控制器。

本发明所述转向执行总成：由4个转向控制器和4个转向电机组成。其中，各个转向控制器分别控制转向电机转到由ECU计算出的目标转角。