分布式电动汽车驱动容错控制研究

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分布式电动汽车每个驱动轮运动状态独立可控,更易于实现复杂的车辆动力学控制。但分布式电动汽车中一个或多个电机发生故障时,车辆会出现失稳现象,影响车辆行驶的安全性。因此,开展分布式电动汽车驱动容错控制研究可有效提升车辆行驶的安全性,具有非常重要的意义。本文基于分布式电动汽车动力学特性建立整车模型,提出考虑车辆稳定性的分层控制策略,并针对驱动电机失效问题提出了一种驱动容错控制策略,最后验证相关控制策略的有效性。具体研究内容如下:(1)分析分布式电动汽车的动力学特性,构建能反映车辆纵向、侧向、横摆运动的汽车动力学模型。采用整车动力学仿真软件Car Sim和MATLAB/Simulink,构建分布式电动汽车整车联合仿真平台,在Simulink中搭建轮毂电机模型和设置相关控制策略,为整车动力学仿真提供基础。(2)针对分布式电动汽车的稳定性控制,提出分层控制策略。上层采用滑模变结构算法对横摆力矩进行控制,设计滑模面及控制率。下层采用模型预测控制算法对分布式电动汽车的驱动电机转矩分配进行协调控制,基于车辆动力学特性建立系统预测模型,设计滚动优化,综合考虑约束问题,将目标优化函数转为二次规划(QP)问题进行求解。在双移线工况下对所提出的分层控制策略进行了仿真验证,仿真结果表明该控制策略可有效减小车辆行驶的横向偏差,提高了车辆行驶的稳定性。(3)针对分布式电动汽车的驱动电机失效的问题,分析电机失效原因,对驱动电机的失效形式进行定义。分析分布式电动汽车驱动电机失效引起的故障工况,引入失效因子和制动因子表征车辆的驱动电机故障状态,提出驱动容错控制,对其它驱动电机转矩和失效车轮补偿的制动力矩进行重构化再分配。(4)基于Car Sim和MATLAB/Simulink联合仿真平台,对驱动容错控制策略进行仿真验证,分析在驱动电机失效工况下的分布式电动汽车稳定性控制效果。采用恒速双移线仿真工况,分析单电机、同轴双电机、异侧双电机完全失效和部分失效等故障状态下的车辆稳定性控制效果。通过与非故障状态下的车辆稳定性控制效果进行对比,可以得出在各种故障状态下横摆角速度波动最大误差均小于4.7%,最大横向偏差均小于0.32m,车辆速度波动均小于0.83 km/h。仿真结果表明,在驱动电机发生故障后,所提出的容错控制策略能使车辆快速稳定下来,产生的波动误差小。
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