[发明专利]一种考虑电机容错的车辆队列纵横向控制方法

说明书

本发明涉及电动汽车队列控制技术领域，具体涉及一种考虑电机容错的车辆队列纵横向控制方法，首先基于模型预测控制算法设计了车辆队列纵向控制器，同时基于模型预测控制算法设计滑移率控制器，保证了跟随车辆的纵向稳定性，其次基于模型预测控制算法和滑模控制算法设计了跟随车辆的横向控制器，其中所设计的滑模控制器保证了跟随车辆的横向稳定性；最后基于滑模控制算法设计跟随车辆的电机容错控制器，对二阶滑模控制器输出的附加横摆力矩和纵向控制器输出的扭矩进行合理分配，根据分配结果分别输出扭矩给车辆的四个电机，保证跟随车辆电机失效时的稳定性，提高了电动车辆队列的纵横向控制精度，保证了跟随车辆的稳定性。

技术领域

本发明涉及电动汽车队列控制技术领域，具体涉及一种考虑电机容错的车辆队列纵横向控制方法。

背景技术

随着汽车数量一直在不断的增加，对交通系统造成了一个巨大的挑战，如何安全、高效、低碳节能的驾驶车辆逐渐成为人们关注的焦点问题。车辆队列控制作为编队控制的一种形式，目前大多数研究集中在车辆队列的纵向控制。车辆队列的纵向控制主要评价指标是相邻两辆车的车距和跟随车的车速，但基于模型建立的控制器在实际控制中，车辆的质量、轮胎侧偏刚度等参数可能会发生变化，也可能会受到侧向风、路面不平度等外部条件的干扰，这些都会影响期望车距和速度的控制精度。此外跟随车辆在纵向运动中也很可能由于打滑而失去控制，造成追尾等事故。对于车辆队列的横向控制，可以通过跟随车辆跟踪领航车辆的实时轨迹来实现车辆队列的横向控制。但是当跟随车辆进行路径跟随时，可能会发生侧滑，并且如果电机发生失效，也会造成失稳，发生严重的交通事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑电机容错的车辆队列纵横向控制方法，以降低队列跟随车辆的纵向滑移和横向侧滑风险，提高车辆的横纵向的控制精度和稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了一种考虑电机容错的车辆队列纵横向控制方法，包括下列步骤：

基于模型预测控制算法设计车辆队列纵向控制器；

基于模型预测控制算法和滑模控制算法设计跟随车辆的横向控制器；

基于滑模控制算法设计跟随车辆的电机容错控制器。

其中，所述考虑电机容错的车辆队列纵横向控制方法采用前车及领航者跟随式的通信拓扑形式和固定车间时距的车辆队列间距策略建立车辆队列纵向模型。

其中，所述车辆队列纵向控制器包括鲁棒模型预测纵向控制器和模型预测滑移率控制器。

其中，在基于模型预测控制算法设计车辆队列纵向控制器的过程中，通过模型预测控制算法，将k时刻和k-1时刻的状态值的误差作为反馈，构成了一个鲁棒模型预测纵向控制器，输出期望的加速度，然后将期望加速度经过扭矩转换输出期望的扭矩对车辆进行控制。

其中，在基于模型预测控制算法设计车辆队列纵向控制器的过程中，在鲁棒模型预测纵向控制器的基础上设计了基于模型预测控制算法的滑移率控制器，具体通过建立跟随车辆的轮胎滑移率模型，然后将其转化为线性状态空间方程的形式，并根据控制需求设计相应的目标函数和约束，最终输出驱动扭矩和制动扭矩来保证跟随车辆的实际轮胎滑移率能够追踪设定的参考安全滑移率。

其中，在基于模型预测控制算法和滑模控制算法设计跟随车辆的横向控制器的过程中，根据横纵向和横摆运动的特性，建立用于横向控制和横向稳定性控制的车辆平面动力学模型。

其中，所述跟随车辆的横向控制器的设计过程，具体为结合所建立的跟随车辆的平面动力学模型，建立线性状态空间方程，然后设计相应的代价函数和约束，将领航车辆的实时位置和航向角作为参考值，通过输出期望的前轮转角保证跟随车辆能够沿着领航车辆的路径行驶。