[发明专利]一种无人驾驶车辆线控转向的容错控制器及其设计方法

说明书

本发明涉及车辆控制技术领域，特别是涉及一种无人驾驶车辆线控转向的容错控制器及其设计方法。该容错控制器用于根据监测到的转向电机的转角传感器故障和故障电压，对车辆的线控转向系统进行补偿，控制转向电机跟随期望的电机转角。容错控制器的设计方法包括：一、定义容错控制器的跟踪误差。二、定义容错控制器的切换函数。三、根据跟踪误差和切换函数设计一个滑模容错控制器；以滑模容错控制器作为所需的容错控制器。四、根据设计的容错控制器确定其自适应律。本发明解决了基于现有车辆线控转向系统中的容错控制器无法同时针对转角传感器故障和执行器故障进行融合处理，进而完成控制补偿的问题。

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，特别是涉及一种无人驾驶车辆线控转向的容错控制器及其设计方法。

背景技术

汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，传统汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵转向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。汽车线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制。线控转向系统采用信号控制，因而相较于传统的机械转向系统要复杂得多，对控制精度的要求也更高。线控转向系统在运行过程中可能发生故障，任何故障都可能会对车辆的运行安全造成挑战。

在线控转向系统中，为了应对车辆运行过程中出现的各类故障状态，需要应用到线控转向容错技术，线控转向容错技术对于保障车辆控制系统的鲁棒性、可靠性和安全性具有重要意义。

转角传感器故障和执行器故障时转向电机常见的两类故障状态，目前应用的一些关于线控转向系统的主动容错控制器中，大多只针对其中一类故障设计。这类容错控制器对于单一故障具有较好的修正效果，但是在同时出现两类故障状态时，由于线控转向系统无法对不同故障状态进行融合控制，不同的故障状态的补偿过程相互独立，因此线控转向系统可能无法保证车辆的实际前轮转角能够有效跟随期望转角。这将对车辆运行过程的稳定性和安全性造成不利影响。

此外，现有的线控转向系统中，当发生执行器故障时，通常需要采用双电机控制提高车辆的稳定性。这样的容错方法，效果的确较好，但是硬件的冗余设计也大大增加了车辆的成本。

发明内容

基于现有车辆线控转向系统中的容错控制器无法同时针对转角传感器故障和执行器故障进行融合处理，进而完成控制补偿的问题；有必要设计一种无人驾驶车辆线控转向的容错控制器及其设计方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种无人驾驶车辆线控转向的容错控制器，该容错控制器用于根据监测到的转向电机的转角传感器故障和故障电压，对车辆的线控转向系统进行补偿，控制转向电机跟随期望的电机转角。

其中，定义容错控制器的状态量x₁和x₂分别如下：

其中，θ_m为转向电机转角。

则包含容错控制器的线控转向系统的状态方程如下：

上式中，

其中，u表示容错控制输入；f_a表示转向电机的故障电压的真实值；f表示外加干扰；r_p表示转向小齿轮半径；K_r表示齿条等效刚度；B_eq表示电机及齿条等效至转向电机轴上的阻尼系数；J_eq表示电机及齿条等效至转向电机轴上的转动惯量；K_t表示电机转矩系数；K_b表示电枢反电动势系数；R_m表示电枢电阻；L_m表示电枢电感；N表示电动机减速机构传动比；I_m表示转向电机通过的电流；T_r表示轮胎回正力矩。