基于合作博弈的四轮独立驱动电动汽车分层容错控制方法技术

本发明专利技术涉及基于合作博弈的四轮独立驱动电动汽车分层容错控制方法，属于汽车稳定性控制技领域，驾驶员对车辆施加转向、加速等操纵命令，某驱动电机在车辆行驶过程中发生故障，故障检测模块检测失效信息并发送到分层控制器，参考模型根据驾驶员命令计算车辆理想状态，并与失效后车辆实际状态对比得到状态误差，基于反馈线性化的上层控制器根据状态误差及驱动电机失效造成的扰动计算主动前轮转角及附加横摆力矩，主动前轮转角信号传递给主动前轮转向系统，附加横摆力矩信号传递给下层控制器，再基于合作博弈的下层控制器将四个驱动电机建模为博弈中的参与者，并根据驱动电机失效信息，计算剩余健康电机符合帕累托最优的转矩分配策略，以保证车辆的稳定行驶。

Hierarchical fault tolerant control method of four-wheel independent drive electric vehicle based on Cooperative Game

【技术实现步骤摘要】
基于合作博弈的四轮独立驱动电动汽车分层容错控制方法
本专利技术属于汽车稳定性控制
，具体涉及一种基于合作博弈的四轮独立驱动电动汽车分层容错控制方法。
技术介绍
汽车安全性能一直是汽车行业关注的焦点，随着汽车技术的发展，各种能源类型、不同驱动形式的汽车得到了深入研究。四轮独立驱动电动汽车即是其中比较热门的研究领域，四轮独立驱动电动汽车是指汽车的四个车轮都具有独立的动力源，如轮毂电机、轮边电机等。但随着汽车执行器及传感器等电子元件数量的增加，汽车执行器故障的概率也随之增加，潜在的故障严重威胁着汽车的行驶安全，甚至会导致汽车出现甩尾、激转等危险行驶状况，因此有必要提出一种能够针对驱动电机失效进行容错控制的控制方法。分层控制器是一种在四轮独立驱动汽车稳定性控制领域较为常见的控制结构，其基于直接横摆力矩控制发展而来，直接横摆力矩控制是根据当前车辆行驶状态与理想状态的误差计算一个附加横摆力矩，针对独立驱动汽车分布式驱动的特点，可以方便地使用转矩分配方法将该附加横摆力矩转换为电机的驱动转矩。当车辆遭遇执行器失效时，车辆易处于极限状态，此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于合作博弈的四轮独立驱动电动汽车分层容错控制方法，其特征在于，包括：/n步骤1)、建立车辆非线性动力学模型和参考模型；/n步骤2)、根据执行器对系统的影响效果，对步骤1)中的非线性动力模型公式进行分组，定义受轮胎侧向力影响大的为第一组非线性车辆模型并作为分层控制器的上层控制器的设计基础，定义受轮胎纵向力影响大的为第二组非线性车辆模型并作为分层控制器的下层控制器的设计基础；分层控制器接收的电机失效信息由故障检测模块提供；由参考模型根据驾驶员命令计算车辆理想状态，并与失效后车辆实际状态对比得到状态误差；/n步骤3)、基于反馈线性化的上层控制器，整理步骤2)中第一组非线性车辆模型作为状态函数，...

【技术特征摘要】
1.基于合作博弈的四轮独立驱动电动汽车分层容错控制方法，其特征在于，包括：
步骤1)、建立车辆非线性动力学模型和参考模型；
步骤2)、根据执行器对系统的影响效果，对步骤1)中的非线性动力模型公式进行分组，定义受轮胎侧向力影响大的为第一组非线性车辆模型并作为分层控制器的上层控制器的设计基础，定义受轮胎纵向力影响大的为第二组非线性车辆模型并作为分层控制器的下层控制器的设计基础；分层控制器接收的电机失效信息由故障检测模块提供；由参考模型根据驾驶员命令计算车辆理想状态，并与失效后车辆实际状态对比得到状态误差；
步骤3)、基于反馈线性化的上层控制器，整理步骤2)中第一组非线性车辆模型作为状态函数，并设计符合反馈线性化要求的输出函数，得到用于反馈线性化的非线性系统，对该非线性系统进行反馈线性化操作，即根据微分同胚对非线性系统进行坐标变换得到包含虚拟控制量的线性系统模型，并利用模型预测控制求解线性系统模型的虚拟控制量，再利用反馈控制原理，由虚拟控制量求得上层控制器输出的主动前轮转角以及附加横摆力矩；
步骤4)、基于合作博弈的下层控制器，对步骤2)中第二组非线性车辆模型进行近似线性化整理，即利用分布式模型预测控制建立每个驱动电机的成本函数作为博弈中的参与者，并利用合作博弈建立具有状态交互通道和行为交互通道的数学模型，再推导得到符合集体理性的帕累托最优解，根据不同工况、不同电机失效形式，将相应参数代入帕累托最优解以实现对车辆的容错控制。


2.根据权利要求1所述的基于合作博弈的四轮独立驱动电动汽车分层容错控制方法，其特征在于，在步骤1)中所述的参考模型基于理想线性二自由度模型建立；所述车辆非线性动力学模型公式表示为：



其中，m是汽车整车质量；tf和tr分别是前轴及后轴长的1/2；δf是前轮转角；vx和vy代表汽车纵向速度和侧向速度；ω是横摆角速度；a和b分别是前轴、后轴到质心的距离；Iz是汽车转动惯量；Fxij和Fyij分别代表轮胎纵向力及轮胎侧向力，ij＝{fl,fr,rl,rr}分别代表前左轮、前右轮、后左轮、后右轮；轮胎侧向力用下式表示为：



其中，cf，cr分别是前轮及后轮的侧偏刚度；
轮胎纵向力可由轮胎纵向动力学公式推导得到：



其中，Iw为车轮转动惯量；ωw_ij为车轮角速度；Tij为电机输出转矩；Reff为车轮有效滚动半径；Fij_roll代表车轮滚动阻力；
驱动电机失效信息的三种形式为叠加失效、卡死失效、效率损失，包含失效信息的驱动电机转矩公式表示为：



其中，εij是电机效率损失因子；Td_ij代表理想的电机转矩；ΔTij是电机增加的异常转矩；电机失效信息由εij与Td_ij表示。


3.根据权利要求2所述的基于合作博弈的四轮独立驱动电动汽车分层容错控制方法，其特征在于，在步骤2)中的第一组非线性车辆模型公式表示为：



第二组非线性车辆模型公式表示为：



其中，Bx_i和By_i中下标i代表着矩阵的第i行；






Fy＝[FyflFyfrFyrlFyrr]T；
Td＝[Td_flTd_frTd_rlTd_rr]T；








4.根据权利要求3所述的基于合作博弈的四轮独立驱动电动汽车分层容错控制方法，其特征在于，将步骤1)中所述轮胎侧向力公式(2)、轮胎纵向力公式(3)及驱动电机失效公式(4)代入步骤2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢少波，张博涵，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50