分布式电动车横摆稳定性容错控制方法研究.pdf_横摆稳定性容错控制研究资源-CSDN文库

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摘要

I

摘要

面对节能减排的严峻挑战和产业升级的需求，发展电动车已成为我国重大的科技

战略。分布式电动车由四个轮毂电机独立驱动，通过控制每个车轮的驱动、转向和制

动，实现了车辆性能优化，提高了车辆的稳定性。同时，考虑到驱动系统的执行器存

在冗余配置，以提高车辆的横摆稳定性为目标进行容错控制，针对驱动电机的不同失

效类型重构控制分配率，保证车辆在发生故障后依然安全稳定的行驶。

针对分布式电动车的容错控制，本文进行了以下研究：

首先，本文采用分块建模思想，以三自由度车身平面运动模型为基础建立了包含

轮胎模型、车轮旋转动力学模型和轮毂电机模型的整车动力学模型。通过与 Carsim

软件中同样参数模型对比仿真实验，验证了所建立的模型能准确表征车辆动力学响

应。

其次，为提高车辆的横摆稳定性，采用了分层的容错控制方法。上层为运动跟踪

器，基于模型预测控制原理对车辆横向运动进行跟踪，由车辆当前时刻输入预测车辆

下一时刻的状态，在有限的步长内，由预测状态跟踪期望值得到总的横摆力矩与前轮

转角。基于 PI 控制原理对纵向运动进行跟踪，由车辆实际车速跟踪目标车速得到总

的纵向力。下层为重构控制分配器，当车辆正常行驶时，对上层控制器得到的总的力

与力矩进行名义控制分配，以轮胎的负荷率最小为目标对轮胎力优化分配。当车辆发

生故障时，由故障信息判断执行器失效模式，根据不同的失效模式重构控制分配率，

从而保证车辆的稳定性与安全性。

最后，联合建立的分布式电动车模型与容错控制算法，在 matlab/simulink 软件中

搭建开环控制系统，在不同工况下，根据故障信息和方向盘转角输入，验证了容错控

制算法的有效性；同时，基于 NI 硬件在环测试平台，进行硬件在环测试，验证了容

错控制算法的实时性与可靠性。

关键词：电动车；容错控制；横摆稳定性；重构控制分配；模型预测控制

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