一种轮毂电机车辆失效控制方法及整车控制器技术

本发明专利技术涉及轮毂电机车辆失效控制技术领域，公开了一种轮毂电机车辆失效控制方法，包括以下步骤：根据轮毂电机的失效状态选择驱动模式；进入两驱模式时进行纵向驱动力的分配：根据二阶滑模控制方法建立横摆力矩控制器，计算期望横摆力矩；结合驾驶员意图参数和车辆姿态参数设定分配权重系数；采用根据所述期望横摆力矩和分配权重系数进行纵向驱动力的分配；结合所述驱动模式以及纵向驱动力的分配结果对车辆进行失效控制。本发明专利技术提供的轮毂电机车辆失效控制方法能够在保证汽车安全行驶的前提下发挥剩余动力性，保证汽车在电机失效状态下安全行驶。

A failure control method and vehicle controller of hub motor vehicle

The invention relates to the technical field of wheel motor vehicle failure control, and discloses a wheel motor vehicle failure control method, which comprises the following steps: selecting the driving mode according to the failure state of the wheel motor; distributing the longitudinal driving force when entering the two drive mode; establishing the yaw moment controller according to the second-order sliding mode control method, and calculating the desired yaw moment; combining with the driver's idea The figure parameters and vehicle attitude parameters are used to set the distribution weight coefficient; the longitudinal driving force is distributed according to the expected yaw moment and distribution weight coefficient; the failure control of the vehicle is carried out in combination with the driving mode and the distribution results of the longitudinal driving force. The failure control method of the hub motor vehicle provided by the invention can give play to the residual power under the premise of ensuring the safe driving of the vehicle, and ensure the safe driving of the vehicle under the motor failure state.

【技术实现步骤摘要】
一种轮毂电机车辆失效控制方法及整车控制器
本专利技术涉及轮毂电机车辆失效控制
，具体涉及一种轮毂电机车辆失效控制方法及整车控制器。
技术介绍
随着汽车产业的迅速发展，新能源汽车已经成为了汽车行业大力发展主流方向。对于电动汽车产业中的轮毂电机驱动车辆的发展，分布式轮毂电机驱动系统可以随时独立控制每个车轮，并通过电机控制器直接发送转矩等指令给车轮。车轮的分布式控制方式相较于传统集中式控制方式，更易于发挥车辆的动力性、保证车辆的稳定性，同时也使车辆的驱动工况更加复杂，要求具有更高的容错性，所以分布式轮毂电机车辆发展越来越快。但当车辆电机发生故障时，会对车辆的安全性造成了很大隐患，故障严重时甚至会造成重大事故。目前在分布式驱动车辆故障控制中，应用较为广泛的是驾驶员采取减速停车的处理方法，然后进行车辆故障维修，必须等待车辆故障完全消除之后才能进行驾驶。这种方法虽然有效但是由于维修时间较长且过程较为繁琐，会给驾驶者带来麻烦，也没有充分发挥分布式轮毂电机车辆的独立驱动优势以及突出车辆多驱动容错性。针对这种故障问题，目前的主流的控制方法是采取转矩平均分配，在此基础上提出将四轮驱动变为两轮驱动的模式，以此来应对车辆发生失效故障时的驱动问题。但是这种方法只适用于简单场景下，没有考虑到车辆的实时状态，也没有引入驾驶员意图决策，适应性不强。如何在最大程度上发挥分布式驱动轮毂电机车辆独立可控的优势，在车辆发生电机失效故障时能够发挥剩余动力性，同时保证车辆的安全性，这是现阶段急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种轮毂电机车辆失效控制方法及整车控制器，解决现有技术中轮毂电机失效控制没有发挥剩余动力性，无法保证车辆行驶安全的技术问题。为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供轮毂电机车辆失效控制方法，包括以下步骤：根据轮毂电机的失效状态选择驱动模式；进入两驱模式时进行纵向驱动力的分配：根据二阶滑模控制方法建立横摆力矩控制器，计算期望横摆力矩；结合驾驶员意图参数和车辆姿态参数设定分配权重系数；根据所述期望横摆力矩和分配权重系数进行纵向驱动力的分配；结合所述驱动模式以及纵向驱动力的分配结果对车辆进行失效控制。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：本专利技术首先根据轮毂电机的失效状态选择相应的驱动模式，当车辆进如两驱模式时，车辆仍然可以正常行驶，计算期望横摆力矩后，结合驾驶员意图参数和车辆姿态参数进行纵向驱动力的分配，使得车辆在两驱模式时，能够最大化利用轮毂电机独立可控的优势，充分发挥剩余动力性，保证车辆安全性的同时进行两驱行驶，不需要立即停车检修。由于车辆行驶状态和工况的复杂性，本专利技术基于整车行驶状况的实时观测和失效故障的特征进行策略选择控制，使车辆能够满足不同场景下的控制需求。对于驱动模式的选择，主要根据车辆故障检测系统得到的电机失效特征来确定采取何种驱动模式。本专利技术采用上层初级控制和下层二级控制结合的方法，可以在很大程度上提高车辆故障发生时的安全性，最大化发挥利用轮毂电机车辆独立可控的优势。附图说明图1是本专利技术提供的轮毂电机车辆失效控制方法一实施方式的流程图；图2是本专利技术提供的驱动模式选择一实施方式的流程图；图3是本专利技术提供的横摆力矩控制器一实施方式的设计原理图；图4a是仿真试验一中添加横摆力矩控制器的行驶轨迹图；图4b是仿真试验一中未添加横摆力矩控制器的行驶轨迹图；图4c是仿真试验一中添加与未添加横摆力矩控制器的车速对比图；图4d是仿真试验一中添加与未添加横摆力矩控制器的横摆角速度对比图；图4e是仿真试验一中添加与未添加横摆力矩控制器的质心侧偏角对比图；图4f是仿真试验一中添加与未添加横摆力矩控制器的纵向加速度对比图；图5a是仿真试验二中本专利技术工况与对比工况的车速对比图；图5b是仿真试验二中本专利技术工况与对比工况的质心侧偏角对比图；图5c是仿真试验二中本专利技术工况与对比工况的横摆角速度对比图；图5d是仿真试验二中本专利技术工况与对比工况的纵向加速度对比图；图5e是仿真试验二中对比工况的各车轮转矩分配图；图5f是仿真试验二中本专利技术工况的各车轮转矩分配图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1如图1示，本专利技术的实施例1提供了轮毂电机车辆失效控制方法，以下简称本控制方法，包括以下步骤：S1、根据轮毂电机的失效状态选择驱动模式；S2、进入两驱模式时进行纵向驱动力的分配：根据二阶滑模控制方法建立横摆力矩控制器，计算期望横摆力矩；结合驾驶员意图参数和车辆姿态参数设定分配权重系数；根据所述期望横摆力矩和分配权重系数进行纵向驱动力的分配；S3、结合所述驱动模式以及纵向驱动力的分配结果对车辆进行失效控制。分布式驱动车辆在行驶过程中，可能会发生驱动轮毂电机突然发生故障导致驱动电机失效的情况。此时如果不及时对车辆进行安全控制，因失效电机不响应而带来的动力不平衡将会严重影响行车安全性。本实施例主要针对轮毂电机失效车辆进入两驱模式时的失效控制，制定了在保证车辆不失稳前提下，充分发挥整车动力性的控制策略。车辆进入两驱模式后根据二阶滑模控制计算得到期望横摆力矩；然后针对车辆需求转矩的优化分配，引入分配权重系数获取分配给有效车轮的纵向驱动力的最优解，从而最大程度上发挥车辆的动力性。完成了在车辆发生失效故障时，基于车辆稳定性前提下，最大化发挥车辆动力性的控制方法，本方法能同时进行多故障模式的容错处理，在保证车辆稳定性的前提下，可发挥分布式轮毂电机驱动车辆的优点。具体的，本专利技术中提及的两驱模式包括两个前轮实现驱动的前驱模式、两个后轮实现驱动的后驱模式，以及一个前轮一个后轮实现的对角驱动模式。本控制方法针对现有控制方法无法满足车辆姿态变化的复杂性的，设计横摆力矩控制器，保证车辆的动力性和稳定性。并对纵向驱动力进行优化分配，使车辆能够在不失稳的前提下充分发挥车辆的动力性，最大化发挥轮毂电机车辆独立可控高容错的特点。优选的，根据轮毂电机的失效状态选择驱动模式，具体为：如果轮毂电机的失效个数为一个，则控制与失效轮毂电机同轴异侧的轮毂电机停止运行，然后进入两驱模式；如果同轴异侧的两个轮毂电机失效，则进入两驱模式；如果异轴异侧的两个轮毂电机失效，则进入两驱模式；如果同侧的两个轮毂电机失效，则进入停车模式；如果轮毂电机的失效个数为三个或三个以上，则进入停车模式。具体的，轮毂电机以下简称电机。车辆驱动模式的选择是本专利技术中控制策略的基础，整车控制器实时采集车辆失效电机信息，依据失效电机个数和位置进行失效故障下的驱动模式选择，本实施例全面考虑到车辆失效电机的所有可能情况。主要的失效形式有：单电机失效、同轴两电机失效、同侧两电机失效、异本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轮毂电机车辆失效控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n根据轮毂电机的失效状态选择驱动模式；/n进入两驱模式时进行纵向驱动力的分配：根据二阶滑模控制方法建立横摆力矩控制器，计算期望横摆力矩；结合驾驶员意图参数和车辆姿态参数设定分配权重系数；采用根据所述期望横摆力矩和分配权重系数进行纵向驱动力的分配；/n结合所述驱动模式以及纵向驱动力的分配结果对车辆进行失效控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种轮毂电机车辆失效控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据轮毂电机的失效状态选择驱动模式；
进入两驱模式时进行纵向驱动力的分配：根据二阶滑模控制方法建立横摆力矩控制器，计算期望横摆力矩；结合驾驶员意图参数和车辆姿态参数设定分配权重系数；采用根据所述期望横摆力矩和分配权重系数进行纵向驱动力的分配；
结合所述驱动模式以及纵向驱动力的分配结果对车辆进行失效控制。


2.根据权利要求1所述的轮毂电机车辆失效控制方法，其特征在于，根据轮毂电机的失效状态选择驱动模式，具体为：
如果轮毂电机的失效个数为一个，则控制与失效轮毂电机同轴异侧的轮毂电机停止运行，然后进入两驱模式；如果同轴异侧的两个轮毂电机失效，则进入两驱模式；如果异轴异侧的两个轮毂电机失效，则进入两驱模式；如果同侧的两个轮毂电机失效，则进入停车模式；如果轮毂电机的失效个数为三个或三个以上，则进入停车模式。


3.根据权利要求1所述的轮毂电机车辆失效控制方法，其特征在于，根据二阶滑模控制方法建立横摆力矩控制器，计算期望横摆力矩，具体为：
以横摆力矩作为二阶滑模的控制变量，以实际横摆角速度与期望横摆角速度的差值以及实际质心侧偏角与期望质心侧偏角的差值作为二阶滑模的输入变量，以控制权重系数作为二阶滑模的变量控制参数，建立横摆力矩控制器：
M＝ξΔγ+(1-ξ)Δβ＝ξ(γtarget-γ)+(1-ξ)(βtarget-β)
其中，M为所述横摆力矩，γ为实际质心侧偏角，β为实际横摆角速度，γtarget为期望质心侧偏角，βtarget为期望横摆角速度，Δγ为实际质心偏侧角与期望质心偏侧角的差值，Δβ为实际横摆角速度与期望横摆角速度的差值，ξ为控制权重系数；
获取车辆运动学公式：






其中，m为整车质量，vx为车辆纵向速度，为实际质心偏侧角变化率，Fyf为前轴侧向力，Fyr为后轴侧向力，为期望质心侧偏角变化率，α为轮胎侧偏角，Mtarget为期望横摆力矩；
获取二阶滑模趋近律：



其中，ε为趋近律参数；
结合所述横摆力矩控制器、运动学公式以及二阶滑模趋近律，得到期望横摆力矩：



其中，为期望横摆角速度变化率，δ为前轴转向轮转角，kf为前轴侧偏刚度，kr为后轴的侧偏刚度，lf为前轴到质心的距离，lr为后轴到质心的距离，IZ为横摆转动惯量。


4.根据权利要求3所述的轮毂电机车辆失效控制方法，其特征在于，结合驾驶员意图参数和车辆姿态参数设定分配权重系数，具体为：
计算动力性权重系数和稳定性权重系数：






其中，HF为所述动力性权重系数，HM为所述稳定性权重系数，ki均为大于零的常数，i＝1,2,3…,8；
轮毂电机的失效个数为一个，选择所述动力性权重系数作为所述约束条件的分配权重系数；同轴异侧的两个轮毂电机失效，选择所述动力性权重系数作为所述约束条件的分配权重系数；异轴异侧的两个轮毂电机失效，选择所述稳定性权重系数作为所述约束条件的分配权重系数。


5.根据权利要求4所述的轮毂电机车辆失效控制方法，其特征在于，根据所述期望横摆力矩和分配权重系数进行纵向驱动力的分配，具体为：
Y＝BX
Y＝[Fd,Myaw]



其中，X为分配前各车轮的纵向驱动力矩矩阵，Y为分配后各车轮的纵向驱动力及横摆力矩阵，B为分配矩阵，Fd为实际纵向驱动力，Myaw为实际横摆力矩，tf为前轮轮距；
设置约束条件计算各车轮的纵向驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：付翔，刘道远，张强辉，裴健，吴森，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42