【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多轴车辆多轮独立驱动横向动力学控制，具体涉及面向轮毂电机故障和失效下多轴车辆集成优化控制方法。
技术介绍
1、随着环境污染和能源问题日益严重，传统汽车工业的发展受到了巨大的冲击。传统汽车在带来便利的同时，也带来了许多问题，如交通事故和废气排放。出于安全和节能的考虑，分布式轮驱动汽车近年来引起了人们的关注，成为一个热点。事实上，经过研究人员的不懈努力，分布式轮毂驱动汽车具有转向冗余和快速电机响应的特点，往往比普通汽车更具机动性。在汽车驾驶中，控制灵活性非常重要，几乎没有任何其他汽车可以与分布式轮毂驱动汽车相媲美。轮毂电机可以独立控制每个车轮，从而快速准确地完成横摆力矩的分配。总的来说，这项技术是缓解能源短缺的有效途径，许多学术研究人员仍在寻求探索更多潜力。
2、自从第一辆汽车问世以来，交通事故一直令人头疼，车辆安全必须得到足够的重视。对于分布式轮毂驱动汽车，有两种主要方法可以提高操纵稳定性：转向和电机系统控制。如果仅仅依靠前者，车辆在极端情况下很容易失去控制。后者通常采用分层控制结构来实现驱动冗余度的降低，分为顶层和底层控制器。
3、近年来，顶层控制器的研究已经建立起来，并提出了许多有效的算法。常用的算法包括模糊控制、最优控制、滑模控制和自适应算法。考虑到多轴车辆的不确定因素，在滑模控制(smc)的基础上计算期望横摆力矩。众所周知，smc是处理不确定非线性问题的有效方法，但当采用饱和函数来消除抖振现象时，会影响控制系统的鲁棒性。另一方面，最优控制策略能够减少控制输入，但由于不确定性扰动和建模误
4、对于底层控制器，应在满足顶层控制器要求的前提下进行横摆力矩分配。一般来说，现有的横摆力矩矢量控制算法分为两类。一种是遵循既定规则的分配算法，通常考虑车辆和轮胎信息。转矩分配的另一种方法是求解包含稳定性或其他指标的优化问题。但是，现有的技术方法都只关注如何通过将四个车轮作为一个整体来协调优化目标之间的关系，而不是为单个执行器设置协调系数。由于底层控制器中执行器的数量大于系统自由度的数量，因此考虑不同执行器的重量调整更为合理。
技术实现思路
1、针对现有技术中关于顶层控制器的抖振问题和底层控制器的调整系数不合理的问题，本专利技术提供了一种考虑稳定性和经济性的面向轮毂电机故障和失效下多轴车辆集成优化控制方法。本专利技术设计了轮毂电机故障下的横摆力矩分配策略和轮毂电机失效下的横摆力矩重构分配策略，进一步通过利用高阶滑模控制算法和最优控制算法实现轮毂电机故障和失效下多轴车辆集成优化控制。
2、面向轮毂电机故障和失效下多轴车辆集成优化控制方法，包括以下步骤：
3、步骤一，建立多轴车辆的动力学模型和参考行为；
4、所述动力学模型中，纵向、横向和偏航运动以及车轮旋转描述如下：
5、
6、
7、
8、
9、其中，m为车辆的总质量；iz是指偏航惯性矩；jw是车轮和电机的惯性矩；δ表示前轮转向角；vx和vy分别代表纵向和横向速度；w表示横摆角速度，β表示侧滑角；lf和lr分别表示重心到前桥和后桥的距离；d和r表示卡车宽度和滚动半径。fxi和fyi分别表示轮胎的纵向力和横向力。wi表示车轮转速，ti表示电动机的输出转矩。i＝fl,fr,rl,rr，表示左前轮、右前轮、左后轮和右后轮。dd是中间变量。
10、将轮胎侧向力与滑移角之间的关系视为线性关系，因此前轮组和后轮组的轮胎侧向力fyf和fyr分别计算如下：
11、
12、其中cf和cr分别表示前轮和后轮的转弯刚度。αf和αr分别是前后车轮的滑移角，计算为
13、
14、其中，δδ表示附加前轮角度。
15、为了获得附加前轮角度δδ和横摆力矩δmz，控制输入选择为u＝[δδδmz]t。因此，状态空间方程表示为
16、
17、其中，
18、根据稳态条件下的车辆动力学模型，推导出参考横摆角速度
19、
20、其中，是操纵失灵的梯度系数，cf0和cro表示前轮和后轮的平均理想转弯刚度系数。
21、考虑到轮胎与道路的摩擦限制，理想横摆角速度更改为
22、
23、其中，c为安全系数，μ为轮胎道路摩擦系数，g为重力系数，sign()为符号函数。
24、将参考侧滑角视为零，建立车辆的参考行为xd＝[βd wd]t，βd为理想侧滑角。
25、步骤二，根据轮胎的非线性引起的轮胎转弯刚度变化引起的车辆动力学系统的不确定性，对多轴车辆的动力学系统进行改写，得到不确定性系统；
26、前轮组和后轮组的转弯刚度分别描述如下
27、
28、状态空间方程被进一步改写为
29、
30、其中，δa,δb和δe是有界不确定项。a0，b0和e0表示具有不确定性系统的标称部分，其中
31、步骤三，基于多轴车辆的动力学系统，对其在轮毂电机故障和轮毂电机失效下进行顶层控制器设计；
32、顶层控制器包括速度跟踪控制器和ro(robust optimal，鲁棒最优)控制器，其中ro控制器结合了lqr控制与滑模控制，为多轴车辆系统提供主动前轮转向afs和直接横摆力矩dyc命令；具体设计方法如下：
33、步骤301，设计基于标称模型的lqr控制；
34、忽略轮毂电机故障和轮毂电机失效，标称状态空间方程表示为：
35、
36、同时，基于车辆的参考行为xd，假设参考值满足以下表达式
37、
38、表示未知的误差项。
39、将跟踪误差定义为e＝[βd-βwd-w]t，其导数写成
40、
41、接下来，将优化目标函数选择为
42、
43、其中是半正定的矩阵，是一个避免高控制输入的正定矩阵，t为时间。
44、根据lqr控制策略，标称模型的最优控制律计算为
45、
46、其中矩阵p可以通过求解riccati矩阵代数方程来导出。
47、将lqr控制律(16)代入标称跟踪误差模型(14)，得到
48、
49、对轮毂电机故障和轮毂电机失效下的多轴车辆系统进行建模，考虑到轮毂电机的故障，实际跟踪误差模型被重构为
50、
51、其中，是轮毂电机出现故障的参数，并且它是有界的。
52、步骤302，采用滑模控制smc帮助lqr控制保持最本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.面向轮毂电机故障和失效下多轴车辆集成优化控制方法，首先建立多轴车辆的理想动力学模型和参考行为；然后根据轮胎的非线性引起的轮胎转弯刚度变化引起的车辆动力学系统的不确定性，对多轴车辆的动力学系统进行改写，得到不确定性系统；其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向轮毂电机故障和失效下多轴车辆集成优化控制方法，其特征在于，所述建立多轴车辆的理想动力学模型和参考行为，具体为：
3.根据权利要求2所述的面向轮毂电机故障和失效下多轴车辆集成优化控制方法，其特征在于，所述前轮和后轮的转弯刚度分别描述如下
【技术特征摘要】
1.面向轮毂电机故障和失效下多轴车辆集成优化控制方法，首先建立多轴车辆的理想动力学模型和参考行为；然后根据轮胎的非线性引起的轮胎转弯刚度变化引起的车辆动力学系统的不确定性，对多轴车辆的动力学系统进行改写，得到不确定性系统；其特征在于，包括以下步骤：
2.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，张永康，徐向阳，董鹏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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