分布式电驱动车辆制/驱动力协调及主动容错控制

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为了提高分布式电驱动车辆的行驶性能,需要对横向稳定性及容错控制进行研究,并设计相应的控制系统。针对分布式电驱动车辆在转向极限工况失稳时通过驱动力协调提供横摆力矩有限、常规电子稳定性系统控制精度不高的问题,以及现有分布式车辆容错控制系统依赖于故障诊断系统、应对失效模式有限的问题,本文提出了基于模型预测控制的四轮制/驱动力协调控制策略与车辆系统多执行器自校正容错控制方法。为提高车辆极限工况下的横向稳定性,利用模型预测控制方法实现四轮制/驱动力分配。首先依据控制系统结构建立面向预测控制的车辆动力学模型;以改善分布式电驱动车辆横向跟踪性为目标,设计代价函数,构建多输入多输出系统预测控制律。然后,以驾驶员期望为参考,以制/驱动容量、路面附着为约束,应用预测模型对车辆若干采样周期内的状态进行估计,以此修正制/驱动力的最优控制增量,最小化横摆角速度偏差与质心侧偏角;利用经典的二次规划结合离线线性化在线综合的方法进行滚动时域求解,并进行控制器参数调校,取得最优控制效果。此后,应用线性矩阵不等式法提高系统鲁棒性并证明其渐近稳定性。为应对多执行器故障,针对装备有电控转向的分布式电驱动车辆设计基于无模型自校正控制的主动式容错控制系统。首先对失效模式进行分析与界定,建立包含转向系统与驱动电机故障状态的系统模型。然后使用基于量测信息与误差的估计值设计自校正控制器,并针对车辆设计物理系统约束,实现纵向与横向跟踪;对纵横向控制解耦,调校控制器参数,保证非线性多输入多输出容错系统的实时性与精确性。最后,对控制系统误差收敛性和输入输出有界稳定性进行证明。为了验证控制系统的有效性,开发了基于专业车辆模型的仿真平台,并研制了一个具备分布驱动、分布液压制动等新型结构的开放式、柔性化实验平台。仿真和实验结果表明,所提出的制/驱动协调控制策略提高了分布式电驱动车辆的横摆响应能力、扩大了行驶稳定性范围,所提出的自校正容错控制方法保证了驱动失效时的行驶安全性,全面提高了车辆纵横向跟踪性能。
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