CN111845734B - 一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法 - Google Patents

一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111845734B
CN111845734B CN202010764654.7A CN202010764654A CN111845734B CN 111845734 B CN111845734 B CN 111845734B CN 202010764654 A CN202010764654 A CN 202010764654A CN 111845734 B CN111845734 B CN 111845734B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
fault
wheel
motor
hub motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010764654.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111845734A (zh
Inventor
王伟达
杨超
张宇航
王伟
马正
项昌乐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202010764654.7A priority Critical patent/CN111845734B/zh
Publication of CN111845734A publication Critical patent/CN111845734A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111845734B publication Critical patent/CN111845734B/zh
Priority to US17/320,022 priority patent/US20220032929A1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/02—Ensuring safety in case of control system failures, e.g. by diagnosing, circumventing or fixing failures
    • B60W50/0205—Diagnosing or detecting failures; Failure detection models
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
    • B60W30/08—Active safety systems predicting or avoiding probable or impending collision or attempting to minimise its consequences
    • B60W30/09—Taking automatic action to avoid collision, e.g. braking and steering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K7/00—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
    • B60K7/0007—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor being electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/32—Control or regulation of multiple-unit electrically-propelled vehicles
    • B60L15/38—Control or regulation of multiple-unit electrically-propelled vehicles with automatic control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/119—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of all-wheel-driveline means, e.g. transfer gears or clutches for dividing torque between front and rear axle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/18—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of braking systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
    • B60W30/06—Automatic manoeuvring for parking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
    • B60W30/10—Path keeping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/02—Ensuring safety in case of control system failures, e.g. by diagnosing, circumventing or fixing failures
    • B60W50/029—Adapting to failures or work around with other constraints, e.g. circumvention by avoiding use of failed parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/02—Ensuring safety in case of control system failures, e.g. by diagnosing, circumventing or fixing failures
    • B60W50/038—Limiting the input power, torque or speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W60/00—Drive control systems specially adapted for autonomous road vehicles
    • B60W60/001—Planning or execution of driving tasks
    • B60W60/0015—Planning or execution of driving tasks specially adapted for safety
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/02—Ensuring safety in case of control system failures, e.g. by diagnosing, circumventing or fixing failures
    • B60W50/0205—Diagnosing or detecting failures; Failure detection models
    • B60W2050/022—Actuator failures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/02—Ensuring safety in case of control system failures, e.g. by diagnosing, circumventing or fixing failures
    • B60W50/029—Adapting to failures or work around with other constraints, e.g. circumvention by avoiding use of failed parts
    • B60W2050/0292—Fail-safe or redundant systems, e.g. limp-home or backup systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00—Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/08—Electric propulsion units
    • B60W2510/083—Torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/10—Longitudinal speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/14—Yaw
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/28—Wheel speed

Abstract

本发明提供一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法。该方法依托于典型四轮分布式电驱动车辆结构。首先通过各车载传感器和参数观测器实现轮毂电机输出扭矩与故障系数的实时获取；然后对车辆动力系统是否进入故障状态进行判断，若轮毂电机处于故障状态，则进入所设定的容错循迹环节；通过对当前车辆的故障模式进行判断，对于不同的故障模式，采取不同的控制逻辑，最终实现车辆容错控制或紧急避险。本发明在针对分布式电驱动自动驾驶车辆动力系统出现的不同故障情况，利用不同的应对方式和控制策略尽可能保证车辆稳定性和安全性，保障乘员和货物安全。

Description

一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法
技术领域
本申请涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法。
背景技术
四轮分布式电驱动自动驾驶车辆在遵循预设轨迹行驶时存在一个或多个轮毂电机故障，无转矩输出或只能提供部分所需驱动力矩的情况，会造成车辆在原定控制律下难以跟踪预设轨迹的问题，甚至存在车辆失稳风险，影响车辆安全性。
当前对于四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的故障处理方式较为简单，一般通过对故障信息进行诊断，获得故障信息等级后，根据故障信息的等级进行处理。当故障等级较低时一般不进行主动处理，而当故障等级超过某一阈值后，一般采取控制车辆返回车辆维修点或紧急制动的方式进行处理。然而对于四轮分布式电驱动自动驾驶车辆，当其动力系统发生故障时，往往无法返回车辆维修点，只能进行紧急制动，而且即便故障等级未超过阈值，也有可能造成车辆偏离预设轨迹，甚至车辆失稳，发生事故。因此现有的四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的故障处理措施具有一定的安全风险。
发明内容
本申请的目的在于提供一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法，在车辆发生驱动系统故障，轮毂电机无法提供所需转矩时保障车辆沿规划路径行驶或进行紧急避险，以提升车辆安全性。
一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法，包括以下步骤：
S0：初始条件的设置；
四轮分布式电驱动自动驾驶车辆在四个车轮内分别安装轮毂电机以提供动力；在正常行驶时各轮毂电机的实际输出扭矩为Ti，i＝1,2,3,4，分别对应左前轮、右前轮、左后轮、右后轮，其值与车辆循迹所需输出扭矩Tri(i＝1,2,3,4)相等，各轮毂电机输出扭矩均由对应的电机控制器单独控制，相互独立；
设定各轮毂电机故障系数为ξi(i＝1,2,3,4)，其值为轮毂电机实际输出扭矩Ti与所需输出扭矩Tri的比值，取值范围为[0,1]；车辆各轮毂电机故障系数约为1时为无故障状态；当某轮毂电机故障系数为0时表示该轮已完全失去电机驱动力；某轮毂电机故障系数在0和1之间时表示该轮电机仍能提供部分所需驱动力矩；
设置轮毂电机故障标识Si(i＝1,2,3,4)，某轮毂电机正常工作时Si为0，若处于故障状态，则Si置为1；
动力系统故障无法通过重启电机方式在短时间内恢复或车辆所处状态不具备进行立即修复的条件；
S1：轮毂电机输出扭矩与故障系数的获取，方法为：
四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的当前行驶状态可由相关车载传感器获得，传感器信号通过CAN总线传输至VCU。车辆的参考行驶状态由车辆规划决策层在车载工控机中计算提供，通过CAN总线传输至VCU。根据车辆当前行驶状态和参考行驶状态之间的偏差，VCU可以通过已有循迹控制策略计算处轮毂电机所需输出扭矩。
由于存在因电机控制器故障而导致动力系统故障的情况，因此轮毂电机输出扭矩不能通过其对应的电机控制器直接获得。在本技术方案中，各轮毂电机实际输出扭矩是通过在VCU中设置的参数实时观测器基于车速传感器、横摆角加速度传感器、车轮轮速传感器的测量值进行实时估计。轮毂电机的故障系数则由实际输出扭矩的实时估计值和所需输出扭矩计算求得。
S2：故障诊断和容错循迹，流程如下：
首先，对车辆动力系统是否进入故障状态进行判断。若某一轮毂电机的故障系数在一较高阈值之下(该阈值一般应在[0.7,0.9]区间内)保持较长时间或在一较低阈值(该阈值一般应在[0.3,0]区间内)保持一定时间，则认定该轮毂电机处于故障状态，Si置为1；进入所设定的容错循迹环节。
在容错循迹环节中，首先需要对当前车辆的故障模式进行判断，以确定当前情况车辆是否处于可控状态。根据故障轮毂电机的数量和位置，将车辆故障模式分为6种，包括：①任意位置单个电机故障；②同侧两电机故障；③异侧同轴两电机故障；④异侧不同轴两电机故障；⑤任意位置三电机故障；⑥四电机全部故障。根据工程经验，①至⑤故障模式下车辆仍处于可控状态，在第⑥类故障模式下，车辆处于完全不可控状态。
S3：对于不同的故障模式，采取不同的控制逻辑，如下所述：
(1)车辆处于①②③④故障模式中的任意一种时，车辆处于可控状态，并可以通过其他正常工作的轮毂电机和主动转向系统实现车辆横、纵向驱动力的补偿，补偿方法如下：将故障系数ξi引入原有控制策略，重新整合为容错循迹控制策略，在转向时利用正常工作的轮毂电机进行横摆力矩补偿，若所需横摆力矩补偿值过大，超出轮毂电机工作极限，则由主动转向系统提供额外的横摆角补偿；在直线行驶时，对于因轮毂电机故障导致的车辆横摆，仅由主动转向系统提供横摆角补偿。通过上述补偿方法，车辆可以在①②③④类故障模式下实现容错循迹。
(2)车辆处于第⑤类故障模式时，车辆虽然处于可控状态，但只能以极低速度行驶，且面对复杂路径无法进行有效循迹。此时车辆VCU通过CAN总线向路径规划层报告故障发生。路径规划层接收来自CAN总线的故障报告后，放弃原规划路径，根据当前车辆行驶环境以安全的停泊点为目标进行重新规划路径。车辆VCU对重新规划的路径进行跟踪，低速行驶并最终在安全停泊点停车。
(3)车辆处于第⑥类故障模式下时，车辆处于不可控状态。此时车辆无法进行紧急避险，无论当前车辆所处行驶环境能否保证车辆紧急制动时的安全性，均应采取制动措施，即车辆主动切断轮毂电机的能源供应，并由线控制动系统按照此时车辆的行驶速度采取紧急制动或控制减速度的制动方案。若此时车辆行驶速度未超过低速限制值或行驶速度虽然超过低速限制值但行驶环境具备车辆紧急制动的条件(即紧急制动不会导致安全隐患)，则制动器进行紧急制动；若此时车辆行驶速度超过低速限制值且行驶环境不具备紧急制动条件，应保证车辆制动减速度不超过安全制动减速度，以尽可能避免因突然制动导致的追尾等问题。
本发明在针对分布式电驱动自动驾驶车辆动力系统出现的不同故障情况，利用不同的控制方法和补偿方式尽可能在保证车辆安全性的前提下实现车辆容错循迹或实现紧急避险。
附图说明
图1为本发明分布式电驱动车辆结构示意图；
图2为本发明分布式电驱动车辆信号流示意图；
图3为本发明技术方案总架构图；
图4为本发明故障诊断逻辑示意图；
图5为本发明容错循迹控制流程图。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体技术方案。
S0：初始条件的设置；
默认四轮分布式电驱动自动驾驶车辆基本结构示意图如图1。本发明涉及的分布式电驱动自动驾驶车辆结构主要包括车轮1、轮毂电机2、主动转向系统3、动力电池组4、DC/DC组件、VCU7(整车控制器)等，主动转向系统3包括转向电机8和转向装置9。四个轮毂电机2在四个车轮1内部，轮毂电机2与对应车轮1具有直接机械连接和支撑机构5。车内设有动力电池组4，其电能一方面通过电机控制器6转换为三相电后为各轮毂电机2供能，另一方面经过DC/DC组件进行降压后为VCU7、转向电机8等低压部件供能。同时各轮毂电机2与其对应的控制器之间、各电机控制器6与VCU7之间、转向电机8和VCU7之间均由CAN总线连接，进行双向信号传输。
在正常行驶时各轮毂电机2的实际输出扭矩为Ti(i＝1,2,3,4，分别对应左前轮、右前轮、左后轮、右后轮)，其值与车辆循迹所需输出扭矩Tri(i＝1,2,3,4)相等，各轮毂电机2输出扭矩均由对应的电机控制器6单独控制，相互独立。设定各轮毂电机故障系数为ξi(i＝1,2,3,4)，其值为轮毂电机2实际输出扭矩Ti与所需输出扭矩Tri的比值，取值范围为[0,1]。车辆各轮毂电机故障系数约为1时为无故障状态；当某轮毂电机故障系数为0时表示该轮已完全失去电机驱动力；某轮毂电机故障系数在0和1之间时表示该轮电机仍能提供部分所需驱动力矩。设置轮毂电机故障标识Si(i＝1,2,3,4)，某轮毂电机2正常工作时Si为0，若处于故障状态，则Si置为1。默认本技术方案所讨论的动力系统故障无法通过重启电机等方式在短时间内恢复或车辆所处状态不具备进行立即修复的条件。
本技术方案主要在车辆整车控制器VCU中进行，VCU及其相关部件信息传递示意图如图2。在车辆行驶过程中，车载传感器为VCU提供相应的车辆状态及环境信息，本发明中主要使用的是轮速传感器采集的轮速信息；车速传感器采集的车速信息；横摆角加速度采集的横摆角加速度信息；激光雷达、毫米波雷达采集的车辆周围环境信息。以上信息主要通过CAN总线传输给VCU。同时VCU会接收来自规划决策层的参考轨迹信息，其中包含车辆应达到的参考速度、加速度、横摆角等。在VCU中，所接收的车速、轮速和横摆角加速度信息通过预设的参数实时观测器对车辆各轮毂电机实际输出转矩进行实时观测。在本发明实施例中，预设的参数实时观测器包括且不限于卡尔曼滤波(Kalman Filtering,KF)观测器、扩展卡尔曼滤波观测器(Extended Kalman Filtering,EKF)、无迹卡尔曼滤波观测器(UnscentedKalman Filter)、龙伯格观测器(Luenberger Observer,LO)等，其技术特征是通过车辆各项观测数据，对电机实际输出转矩Ti进行最优实时估计。同时循迹控制器根据参考速度、加速度等参数与实际相应参数之间的偏差，进行循迹控制，计算得到车辆转向系统转向角以及各轮毂电机应输出的参考输出扭矩Tri。车辆转向系统转向角信息通过CAN总线发送给车辆主动转向系统，以实现车辆的转向控制。而参考输出扭矩Tri的控制信号一方面通过CAN总线发送给各轮毂电机控制器，对应控制器通过调整输出到各轮毂电机的电压和电流实现对轮毂电机输出转矩的控制；另一方面发送给VCU内部的故障诊断模块。故障诊断模块通过计算判断各轮毂电机的故障系数和工作状态，从而决定循迹控制器中是否采取容错循迹控制策略，以及决定是否进行制动。在本发明实施例中，车辆所采用的容错循迹控制方法包括但不限于模糊逻辑PID控制(Fuzzy PID)、自适应模型预测控制(Adaptive Model PredictiveControl,AMPC)、滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)等，其主要技术特征在于根据实时获得的故障系数ξi，对原有控制结构进行实时调整，使其在适应故障参数的变化的同时尽可能减小车辆实际状态与参考状态之间的偏差，实现车辆循迹控制。
本发明所提出的四轮分布式电驱动自动驾驶车辆容错循迹方法总体架构如图3所示。为了具体说明其工作机制，可假定车辆以50km/h的车速在城市环境中行驶，其后20m处有车辆跟驰。则车辆按照以下步骤进行车辆容错循迹控制：
S1：轮毂电机输出扭矩与故障系数的获取。对应参数按照上述VCU及其相关部件信息传递流程即可获取。
S2：故障诊断和容错循迹，流程如下：
首先，对车辆动力系统是否进入故障状态进行判断。假定车辆动力系统故障状态的判断标准如下，如图4所示：某一轮毂电机故障系数在0.8以下保持超过10s或在0.2以下保持超过2s，则认定该轮毂电机处于故障状态，Si置为1。若车辆存在某一轮毂电机被判定进入故障状态，则进入本技术方案所设定的容错循迹环节。
在容错循迹环节中，首先需要对当前车辆的故障模式进行判断，以确定当前情况车辆是否处于可控状态。根据故障轮毂电机的数量和位置，将车辆故障模式分为6种，包括：①任意位置单个电机故障；②同侧两电机故障；③异侧同轴两电机故障；④异侧不同轴两电机故障；⑤任意位置三电机故障；⑥四电机全部故障。根据工程经验，①至⑤故障模式下车辆仍处于可控状态，在第⑥类故障模式下，车辆处于完全不可控状态。
S3：对于不同的故障模式，采取不同的控制逻辑，如下所述：
(1)车辆处于①②③④故障模式中的任意一种时，车辆处于可控状态，并可以通过其他正常工作的轮毂电机和主动转向系统实现车辆横、纵向驱动力的补偿，补偿方法如图5。例如，假定该车辆处于故障模式①，其右前轮电机完全失去驱动能力，同时其参考行驶轨迹中有多个转向，且经过计算，车辆按照原有参考轨迹行驶所需横摆力矩已超过其余三个轮毂电机所能补偿极限，则根据图5所示流程，将采取正常电机和主动转向系统协同补偿的方式。该协同补偿方式的主要技术特征在于，利用直接横摆力矩力矩控制(DYC)对三个正常电机进行控制，使其出现差速、差扭工况，产生一定的横摆力矩；同时利用主动转向系统，通过增大、减小或波动式调节车轮转角，与DYC所产生的横摆力矩结合，实现车辆沿原有参考轨迹行驶，即实现容错循迹。
(2)假定车辆处于第⑤类故障模式，车辆虽然处于可控状态，但只能以极低速度行驶，且面对复杂路径无法进行有效循迹。此时车辆VCU通过CAN总线向路径规划层报告故障发生。路径规划层放弃原规划路径，根据当前车辆行驶环境以最近的安全的停泊点为目标进行重新规划路径。车辆VCU对重新规划的路径进行跟踪，低速行驶并最终在安全停泊点停车。
(3)车辆处于第⑥类故障模式下时，车辆处于不可控状态。此时车辆无法向安全停泊点行驶，因此无论当前车辆所处行驶环境能否保证车辆紧急制动时的安全性，均应采取制动措施，即车辆主动切断轮毂电机的能源供应，并由线控制动系统进行制动。根据城市交通实际状况，假定此时车辆的紧急制动条件为车辆行驶速度低于36km/h或车辆后方30m内无车辆跟驰，则可以看出本实施例中所提到的样例中车辆不满足紧急制动条件，则需要根据跟驰车辆速度与距离，以一恒定制动减速度进行制动，以尽可能为后方车辆提供反应时间，避免因突然制动导致的追尾等问题。假定通过激光雷达等感知设备获得后方车辆车速后计算得出安全制动减速度为4m/s2，则该车辆应以不大于该安全减速度的制动减速度进行减速度，最后实现安全制动停车。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的一个具体实例，本发明不仅局限于上述所实现的实施例，凡在本发明的精神和原则之上所做的局部改动、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S0：初始条件的设置；
四轮分布式电驱动自动驾驶车辆在四个车轮内分别安装轮毂电机以提供动力；在正常行驶时各轮毂电机的实际输出扭矩为Ti，i＝1，2，3，4，分别对应左前轮、右前轮、左后轮、右后轮，其值与车辆循迹所需输出扭矩Tri相等，i＝1，2，3，4，各轮毂电机输出扭矩均由对应的电机控制器单独控制，相互独立；
设定各轮毂电机故障系数为ξi，i＝1，2，3，4，其值为轮毂电机实际输出扭矩Ti与所需输出扭矩Tri的比值，取值范围为[0,1]；车辆各轮毂电机故障系数为1时为理想工作状态；当某轮毂电机故障系数为0时表示该轮已完全失去电机驱动力；某轮毂电机故障系数在0和1之间时表示该轮电机仍能提供部分所需驱动力矩；
设置轮毂电机故障标识Si，i＝1，2，3，4，某轮毂电机正常工作时Si为0，若处于故障状态，则Si置为1；
动力系统故障无法通过重启电机方式在短时间内恢复或车辆所处状态不具备进行立即修复的条件；
S1：轮毂电机输出扭矩与故障系数的获取；
S2：故障诊断和容错循迹，流程如下：
首先，对车辆动力系统是否进入故障状态进行判断；如果某一轮毂电机故障系数在0.8～0.2保持超过10s或在0.2以下保持超过2s，则认定该轮毂电机处于故障状态，Si置为1，进入容错循迹环节；
在容错循迹环节中，首先需要对当前车辆的故障模式进行判断，以确定当前情况车辆是否处于可控状态：根据故障轮毂电机的数量和位置，将车辆故障模式分为6种，包括：①任意位置单个电机故障；②同侧两电机故障；③异侧同轴两电机故障；④异侧不同轴两电机故障；⑤任意位置三电机故障；⑥四电机全部故障；根据工程经验，①至⑤故障模式下车辆仍处于可控状态，在第⑥类故障模式下，车辆处于完全不可控状态；
S3：对于不同的故障模式，采取不同的控制逻辑：
(1)车辆处于①②③④故障模式中的任意一种时，车辆处于可控状态，并可以通过其他正常工作的轮毂电机和主动转向系统实现车辆横、纵向驱动力的补偿，通过补偿，车辆可以在①②③④类故障模式下实现容错循迹；
(2)车辆处于第⑤类故障模式时，车辆虽然处于可控状态，但只能以极低速度行驶，且面对复杂路径无法进行有效循迹；此时车辆整车控制器VCU通过CAN总线向路径规划层报告故障发生；路径规划层接收来自CAN总线的故障报告后，放弃原规划路径，根据当前车辆行驶环境以安全的停泊点为目标进行重新规划路径；车辆整车控制器VCU对重新规划的路径进行跟踪，低速行驶并最终在安全停泊点停车；
(3)车辆处于第⑥类故障模式下时，车辆处于不可控状态；此时车辆无法进行紧急避险，无论当前车辆所处行驶环境能否保证车辆紧急制动时的安全性，均应采取制动措施，即车辆主动切断轮毂电机的能源供应，并由线控制动系统按照此时车辆的行驶速度采取紧急制动或控制减速度的制动方案。
2.根据权利要求1所述的一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法，其特征在于，S1：轮毂电机输出扭矩与故障系数的获取，包括：
四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的当前行驶状态可由车载控制器获得，传感器信号通过CAN总线传输至整车控制器VCU；车辆的参考行驶状态由车辆规划决策层在车载工控机中计算提供，通过CAN总线传输至整车控制器VCU；根据车辆当前行驶状态和参考行驶状态之间的偏差，整车控制器VCU通过已有循迹控制策略计算出轮毂电机所需输出扭矩；
各轮毂电机实际输出扭矩是通过在整车控制器VCU中设置的卡尔曼滤波观测器基于车速传感器、横摆角加速度传感器、车轮轮速传感器的测量值进行实时估计；
轮毂电机的故障系数由实际输出扭矩的实时估计值和所需输出扭矩计算求得。
3.根据权利要求1所述的一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法，其特征在于，S3步骤(1)中所述的补偿，方法为：将故障系数ξi引入原有控制策略，重新整合为容错循迹控制策略，在转向时通过直接横摆力矩控制方法，利用正常工作的轮毂电机进行横摆力矩补偿，若所需横摆力矩补偿值过大，超出轮毂电机工作极限，则由主动转向系统提供额外的横摆角补偿；在直线行驶时，对于因轮毂电机故障导致的车辆横摆，仅由主动转向系统提供横摆角补偿。
4.根据权利要求1所述的一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法，其特征在于，S3步骤(3)中，若此时车辆行驶速度未超过低速限制值或行驶速度虽然超过低速限制值但行驶环境具备车辆紧急制动的条件，则制动器进行紧急制动；若此时车辆行驶速度超过低速限制值且行驶环境不具备紧急制动条件，应保证车辆制动减速度不超过安全制动减速度，以尽可能避免因突然制动导致的问题。
CN202010764654.7A 2020-07-31 2020-07-31 一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法 Active CN111845734B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010764654.7A CN111845734B (zh) 2020-07-31 2020-07-31 一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法
US17/320,022 US20220032929A1 (en) 2020-07-31 2021-05-13 Fault-tolerant tracking control method for four-wheel distributed electric drive autonomous vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010764654.7A CN111845734B (zh) 2020-07-31 2020-07-31 一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111845734A CN111845734A (zh) 2020-10-30
CN111845734B true CN111845734B (zh) 2021-03-02

Family

ID=72954352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010764654.7A Active CN111845734B (zh) 2020-07-31 2020-07-31 一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20220032929A1 (zh)
CN (1) CN111845734B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113104032B (zh) * 2021-05-07 2022-04-12 大连理工大学 一种分布式驱动车辆主动避撞容错系统及其工作方法
CN113147703A (zh) * 2021-05-28 2021-07-23 宝能(广州)汽车研究院有限公司 一种车辆制动控制方法及存储介质
US20230034858A1 (en) * 2021-07-27 2023-02-02 Rivian Ip Holdings, Llc Systems and methods for electric vehicle speed control
CN114407932A (zh) * 2022-02-23 2022-04-29 武汉路特斯汽车有限公司 一种评估智能驾驶系统能力的方法
CN114572003A (zh) * 2022-02-28 2022-06-03 优跑汽车技术(上海)有限公司 分布式轮毂电机供电系统、集成底盘结构以及新能源汽车
US20230394895A1 (en) * 2022-06-02 2023-12-07 Electric Propulsion Technologies, LLC System and method for diagnosing a park function for an in-wheel electric motor
CN115123129B (zh) * 2022-07-01 2023-11-07 浙江极氪智能科技有限公司 行车安全保障方法、装置、设备及存储介质
CN116968760B (zh) * 2023-08-04 2024-04-23 比博斯特(上海)汽车电子有限公司 一种无人车的线控底盘的冗余控制方法及装置
CN117360239B (zh) * 2023-12-06 2024-03-01 小米汽车科技有限公司 车辆控制方法、双电驱系统及车辆
CN117390519B (zh) * 2023-12-06 2024-04-09 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 一种轮毂电机故障情况预测方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103223940A (zh) * 2013-05-02 2013-07-31 北京航空航天大学 一种电动汽车协调控制系统
US9079585B2 (en) * 2010-03-17 2015-07-14 Honda Motor Co., Ltd. System for and method of maintaining a driver intended path
CN108312894A (zh) * 2017-01-17 2018-07-24 郑州宇通客车股份有限公司 一种分布式驱动城市客车多电机故障控制方法
WO2018179958A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 本田技研工業株式会社 車両制御システム、車両制御方法、および車両制御プログラム
CN109398361A (zh) * 2018-10-29 2019-03-01 北京理工大学 一种用于四轮独立驱动车辆的操纵稳定性控制方法
CN109910617A (zh) * 2019-03-27 2019-06-21 武汉理工大学 一种分布式轮毂电机驱动车辆失效故障的诊断方法
CN110001630A (zh) * 2019-03-19 2019-07-12 江苏大学 一种分布式驱动电动汽车自动泊车行车轨迹差动修正系统及方法
CN110126643A (zh) * 2019-04-26 2019-08-16 北京理工大学 电机失效状态下分布式驱动电动汽车的控制方法及系统
CN110481338A (zh) * 2019-07-23 2019-11-22 武汉理工大学 一种轮毂电机车辆失效控制方法及整车控制器
CN110641475A (zh) * 2019-10-29 2020-01-03 重庆大学 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
CN111152661A (zh) * 2020-01-21 2020-05-15 厦门金龙联合汽车工业有限公司 一种四轮分布式驱动客车电驱动系统失效控制方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7245995B2 (en) * 2003-02-19 2007-07-17 Robert Bosch Gmbh Fault-tolerant vehicle stability control
US9944267B2 (en) * 2016-04-14 2018-04-17 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for fault isolation for an electric motor assisted brake system
CN109941244B (zh) * 2017-12-20 2020-12-11 广州汽车集团股份有限公司 电子驻车控制方法、装置、可读存储介质和计算机设备
JP7254474B2 (ja) * 2018-10-09 2023-04-10 日立Astemo株式会社 車両制御システム
US11318920B2 (en) * 2020-02-28 2022-05-03 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc Brake controller storing deceleration profiles and method using deceleration profiles stored in a brake controller
CN111267869B (zh) * 2020-03-30 2021-06-08 武汉理工大学 一种分布式轮毂电机驱动系统故障诊断方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9079585B2 (en) * 2010-03-17 2015-07-14 Honda Motor Co., Ltd. System for and method of maintaining a driver intended path
CN103223940A (zh) * 2013-05-02 2013-07-31 北京航空航天大学 一种电动汽车协调控制系统
CN108312894A (zh) * 2017-01-17 2018-07-24 郑州宇通客车股份有限公司 一种分布式驱动城市客车多电机故障控制方法
WO2018179958A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 本田技研工業株式会社 車両制御システム、車両制御方法、および車両制御プログラム
CN109398361A (zh) * 2018-10-29 2019-03-01 北京理工大学 一种用于四轮独立驱动车辆的操纵稳定性控制方法
CN110001630A (zh) * 2019-03-19 2019-07-12 江苏大学 一种分布式驱动电动汽车自动泊车行车轨迹差动修正系统及方法
CN109910617A (zh) * 2019-03-27 2019-06-21 武汉理工大学 一种分布式轮毂电机驱动车辆失效故障的诊断方法
CN110126643A (zh) * 2019-04-26 2019-08-16 北京理工大学 电机失效状态下分布式驱动电动汽车的控制方法及系统
CN110481338A (zh) * 2019-07-23 2019-11-22 武汉理工大学 一种轮毂电机车辆失效控制方法及整车控制器
CN110641475A (zh) * 2019-10-29 2020-01-03 重庆大学 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
CN111152661A (zh) * 2020-01-21 2020-05-15 厦门金龙联合汽车工业有限公司 一种四轮分布式驱动客车电驱动系统失效控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20220032929A1 (en) 2022-02-03
CN111845734A (zh) 2020-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111845734B (zh) 一种四轮分布式电驱动自动驾驶车辆的容错循迹控制方法
US11148677B2 (en) Vehicle, control system of vehicle, and control method of vehicle
US11203350B2 (en) Vehicle control system
CN101767535B (zh) 独立四驱电动汽车的驱动/制动系统及方法
US20230018500A1 (en) Method and system for controlling four-wheel-independent-drive electric vehicle (4wid) ev
CN110531746B (zh) 一种自动驾驶车辆控制方法及系统、车辆
WO2022183808A1 (zh) 一种智能交通环境下的线控底盘信息物理系统及控制方法
CN109249873A (zh) 一种无人驾驶车辆底盘系统与备份控制方法
GB2437503A (en) Steering arrangement using differing drive torques
CN115023380A (zh) 非对称性的故障安全的系统结构
US20200298887A1 (en) Vehicle, control system of vehicle, and control method of vehicle
CN111400823A (zh) 一种智能车辆vs-lka系统功能安全概念分析方法
CN110920406A (zh) 一种可进行能量回收的自动驾驶车辆
CN115951678A (zh) 一种用于电子导向胶轮车的自动驾驶系统
CN109823338A (zh) 一种基于综合评价指标的汽车主动安全预警系统
CN102442223B (zh) 一种基于二次优化的分布式驱动电动汽车失效控制系统
CN114212102B (zh) 一种避免侧向碰撞的辅助驾驶方法、系统及装置
CN113104032B (zh) 一种分布式驱动车辆主动避撞容错系统及其工作方法
CN114043995A (zh) 无人驾驶车辆自主转向系统的容错装置及容错控制方法
CN111547109A (zh) 一种用于自动驾驶运算系统运行的计算机服务器
CN115489318A (zh) 一种用于分布式驱动电动汽车的故障诊断和失效控制方法
CN113442924A (zh) 一种车辆轨迹的规划方法及规划系统
KR20120041555A (ko) 독립 다축 구동형 차량
CN219192178U (zh) 具备主用和辅助的转向系统、自动驾驶系统及车辆
Tian et al. Integration And Experimental Study Of Automatic Driving System For Bus

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant