【摘 要】
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随着能源危机和环境污染等一系列问题日趋严峻,电动汽车逐渐成为一种新潮的交通工具。分布式驱动电动汽车驱动系统具有四个独立可控的执行电机,其独特的驱动方式受到广泛关注,但执行器的数量增加导致了故障率增大。分布式驱动电动汽车在行驶中驱动系统发生失效,将导致车辆产生横摆偏差,引起车辆失稳,甚至发生严重的交通事故对司乘人员的生命造成威胁。因此,对车辆进行容错控制研究具有重要意义。本文结合国家重点研发计划项目
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随着能源危机和环境污染等一系列问题日趋严峻,电动汽车逐渐成为一种新潮的交通工具。分布式驱动电动汽车驱动系统具有四个独立可控的执行电机,其独特的驱动方式受到广泛关注,但执行器的数量增加导致了故障率增大。分布式驱动电动汽车在行驶中驱动系统发生失效,将导致车辆产生横摆偏差,引起车辆失稳,甚至发生严重的交通事故对司乘人员的生命造成威胁。因此,对车辆进行容错控制研究具有重要意义。本文结合国家重点研发计划项目“智能电动汽车的感知、决策与控制关键基础问题研究”(2016YFB0100905)部分研究内容,针对分布式驱动电动汽车驱动系统多执行器失效问题,对驱动系统多执行器进行主动容错控制研究。主要研究内容如下:(1)分布式驱动电动汽车驱动系统可靠性分析。考虑到可靠性对车辆行驶安全的影响,基于故障树分析方法FTA(Fault Tree Analysis),分析驱动系统的结构原理,建立驱动系统执行器故障逻辑树,对驱动系统主要组成元件进行失效机理分析。以此建立各组成元件的可靠性评价模型,从而对驱动系统可靠性进行评估,明确驱动系统的薄弱环节及驱动系统失效主要因素。选取其中执行电机失效问题展开研究,建立电机失效模型,引入电机失效特性参数f描述失效程度,明确驱动系统执行电机失效模式。(2)分布式驱动电动汽车驱动系统执行电机失效特性研究。建立车身三自由度模型(包含纵向、横向和横摆)、轮毂电机模型和非线性轮胎模型,构成包含驱动系统的车身——轮胎一体的七自由度整车动力学模型,以描述实际车辆行驶状态。考虑分布式驱动电动汽车的强非线性特点,采用无迹卡尔曼滤波算法(Unscented Kalman Filter,UKF),提出了基于车辆状态的电机失效特性研究方法。结合建立的电机失效模型,将电机失效特性参数f利用随机游走模型转化为车辆状态变量,通过对失效特性参数实时估计,实现对电机失效特性研究,并对该算法准确性和实时性进行验证。(3)分布式驱动电动汽车驱动系统多执行器失效容错控制研究。针对驱动系统执行电机失效问题,考虑了仅靠转矩分配控制应对失效模式的局限性,提出了基于转角补偿与转矩分配的协同容错控制方法。以跟踪期望纵向车速为目标,设计纵向速度跟随PI控制器以补偿因电机失效损失的动力性;基于二阶滑模控制(Secondorder sliding mode control,SSMC)理论,以横摆角速度误差为控制输入,求解满足稳定性的期望横摆力矩与前轮补偿转角。基于相平面法分析车辆稳定状态,根据车辆状态实现控制切换。结合二值化处理后的电机失效特性参数f,采用平均分配算法,在电机容量/增量、路面附着系数控制约束下,进行驱动力矩重分配。仿真结果表明:该算法能够应对多种失效形式,具有较强的鲁棒性,能够保证车辆故障时的稳定性,使车辆具有良好的容错能力。
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