This application discloses an active fault-tolerant and fault-mitigation system based on two-motor steering by wire and its mode switching control method. The system includes a sequentially connected acquisition unit, steering wheel assembly, ECU control module and front wheel steering assembly, and a fault-tolerant controller. The control method includes acquisition unit transferring the collected automobile signal to the ECU control module and recanalizing it. Over-fault-tolerant control strategy unit, yaw angular velocity calculation unit, stability control unit and dual-machine compensation unit select corresponding compensation strategy to act on rack mechanism. The system and method provided in this application can switch between active fault-tolerant and fault-mitigation modes according to different fault conditions of fault motor, so as to realize the optimal control of real-time performance of automobile, thus ensuring the optimal control of real-time performance of automobile. Vehicle's travelability and high performance under the condition of outdoor failure.
【技术实现步骤摘要】
基于线控转向双电机的主动容错和故障缓解系统及其控制方法
本专利技术涉及线控转向系统及容错控制系统
，特别是在依据线控转向双电机不同故障工况下切换工作模式功能，并保证良好的汽车行驶性能和续航能力的线控转向双电机容错系统及其模式切换控制方法。
技术介绍
目前,关于汽车故障容错普遍采用硬件冗余和软件冗余两种方式。其中硬件冗余可以在汽车发生故障的时候采取替换的方式，用新的硬件替换掉故障的硬件，以此保证汽车的正常行驶；但硬件冗余方式将加大汽车的经济成本，没有考虑汽车实时的故障状况，不能实现汽车实时最优分配，是一种较为保守的容错方式。软件冗余是一种以软件冗余来减少硬件冗余开发成本的方式，软件冗余的核心方式是主动容错的方式，该方式通过其他组正确数据的辨识及推导，用推导出的近似正确的数据替换掉因传感器等失效测得的错误数据，这样可以解决因为某些传感器失效带来的连锁误差，可大大减少容错的开发成本。但有些执行器不适合完全用主动容错的方式替代，因为有些执行器的故障，不仅仅会造成数据的错误，更会直接影响汽车的执行效果。比如汽车线控转向的执行电机，单转向执行电机发生故障，只采用主动容错...
【技术保护点】
1.一种基于线控转向双电机的主动容错和故障缓解系统，其特征在于，所述系统包括采集单元、转向盘总成、ECU控制模块、双机执行单元；其中，采集单元与ECU控制模块、转向盘总成及双机执行单元分别连接；所述采集单元包括转向盘转角传感器(4)，转向盘力矩传感器(5)，前轮转角传感器(9)，前轮力矩传感器(12)，车速传感器(19)，横摆角速度传感器；ECU控制模块与采集单元、双机执行单元、转向盘总成分别连接，所述ECU控制模块包括运算控制器(7)和容错控制器(18)，运算控制器(7)包括电机故障诊断单元、电子控制单元；容错控制器(18)包括容错控制策略单元，横摆角速度计算单元，稳定性...
【技术特征摘要】
1.一种基于线控转向双电机的主动容错和故障缓解系统，其特征在于，所述系统包括采集单元、转向盘总成、ECU控制模块、双机执行单元；其中，采集单元与ECU控制模块、转向盘总成及双机执行单元分别连接；所述采集单元包括转向盘转角传感器(4)，转向盘力矩传感器(5)，前轮转角传感器(9)，前轮力矩传感器(12)，车速传感器(19)，横摆角速度传感器；ECU控制模块与采集单元、双机执行单元、转向盘总成分别连接，所述ECU控制模块包括运算控制器(7)和容错控制器(18)，运算控制器(7)包括电机故障诊断单元、电子控制单元；容错控制器(18)包括容错控制策略单元，横摆角速度计算单元，稳定性控制单元，双电机容错补偿单元；转向盘总成包括转向盘(1)、转向柱(2)、路感电机(3),路感电机控制器(6),转向盘(1)通过转向杆柱(2)与路感电机(3)及转向盘转角传感器(4)相连接，转向盘力矩传感器(5)安装在转向杆柱(2)上，路感电机控制器(6)连接路感电机(3)及转向盘力矩传感器(5)，控制路感电机(3)的运行；双机执行单元包括转角电机控制器(8)，转角电机(10)，双极减速器(11)，转矩电机控制器(16)，转矩电机(13)，减速器(14)，齿轮齿条机构(15)，前轮(17)；齿轮齿条机构(15)与转角电机(10)、转矩电机(13)、双极减速器(11)、减速器(14)分别连接，前轮(17)安装在齿轮齿条机构(15)的两侧，前轮转角传感器(9)安装在前轮(17)上，前轮转角传感器(9)与前轮力矩传感器(12)连接总线，将转角电机控制器(8)及转矩电机控制器(16)的信号输入到总线中，再通过总线传输到容错控制器(18)中；转角电机(10)及双极减速器(11)分别连接转角电机控制器(8)；容错控制器(18)与路感电机控制器(6)及总线相连接；容错控制器(18)接收前轮力矩传感器(12)，前轮转角传感器(9)，转向盘力矩传感器(5)，运算控制器(7)传递的信号，并将指令传送给转角电机控制器(8)及转矩电机控制器(16)。2.如权利要求1所述基于上述线控转向双电机的主动容错和故障缓解系统的模式切换控制方法，其特在在于，具体步骤如下：步骤1：汽车在行驶途中，采集单元将转角电机R2和转矩电机的电阻R3，电流信号I2和I3传递给电机故障诊断单元，电机故障诊断单元根据电阻与电流的大小，判定电机状态，并且输出电机电流与转矩的关系T＝f(I)，并将指令传递给容错控制策略单元；步骤2：容错控制策略单元接收到来自故障诊断单元的诊断结果，得到转角电机或者转矩电机运行状态工况，并且通过比较转角电机电压U2和转距电机电压U3与参考阈值U0比较，决定采取主动容错策略1，或主动容错策略2，或故障缓解策略1，或故障缓解策略2；步骤2.1：当电机的输出最大电压大于安全裕度电压，即U＞＝0.5Umax，U0＝0.5Umax时，即可以认为电机可发挥电机部分功能，输出一定的转矩，转矩T＝f(I)；当电机的最大电压小于安全裕度，即U＜＝0.5Umax，U0＝0.5Umax时，认为故障电机不可发挥功能，故障电机不能完成补偿工作，此时系统隔离故障电机，并进行主动容错策略的控制；步骤2.2：定义0表示转角电机正常运行，1表示转角电机半正常运行，2代表转角电机不能运行，全故障，定义3表示转矩电机正常运行，4表示转矩电机半正常运行，5表示转矩电机不能运行，全故障；半正常运行表示U2>＝U0或者U3>＝U0；步骤3：横摆角速度计算单元根据采集单元实时采集的方向盘转角信号δsw，车速信号u根据变传动比规律计算出实时的理想的横摆角速度信号ωr*，再根据理想横摆角速度信号ωr*与实际的横摆角速度信号ωr计算出所需调整的理想横摆角速度差值Δωr，并把横摆角速度差值Δωr传递给稳定性控制单元；横摆角速度计算单元根据汽车实时车速u和前轮转角输入整车转向二自由度模型得到实际横摆角速度ωr：Δωr＝ωr-ωr*(2)式(1)中：m为汽车质量；Iz为汽车绕z轴的转动惯量；k1、k2分别为前后车轮的侧偏刚度；δf为前轮转角；a，b分别为前、后轴至车辆质心的距离；u为车辆前进速度；ωr为横摆角速度；β为质心侧偏角；步骤4：稳定性控制单元接收来自横摆角速度控制单元输入的横摆角速度差值Δωr，转换成相应的补偿转矩T1，综合路面干扰形成的补偿转矩T2，系统摩擦形成的补偿转矩T3，考虑系统稳定性控制因素，采用μ综合鲁棒控制器控制，并且把补偿转矩ΔT传递给双机补偿单元；ΔT＝ΔT1+ΔT2+ΔT3(3)ΔT使总的补偿转矩，ΔT1使弥补横摆角速度差值所需的补偿转矩，ΔT2路面干扰形成的补偿转矩，ΔT3系统摩擦形成的补偿转矩；步骤5：容错控制器接收来自稳定性控制单元的补偿转矩T，通过接受到容错控制器传来的的容错策略，选取对应的补偿策略，作用于双机执行单元。3.根据权利要求2所述的方法，其特在在于，步骤1中，所述电机故障诊断单元，包括通过Kalman滤波器实现转角电机和转矩电机电阻，电流，电压的在线辨识：其中：对于离散线性系统：x(k)＝Ax(k-1)+B(u(k)+w(k))(4)yv(k)＝Cx(k)+v(k)(5)式(4)、(5)中，x(k)为k时刻的系统状态，x(k-1)为k-1时刻的系统状态，A，B是系统参数，u(k)是k时刻对系统的控制量，w(k)为过程噪声信号，v(k)为测量噪声信号，yv(k)是系统k时刻的测量值，C是矩阵...
【专利技术属性】
技术研发人员：王安，赵万忠，王春燕，陈莉娟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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