CN112886905A - 一种基于规则的电动轮驱动八轮车辆驱动容错控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在解决多轴电动轮驱动的车辆由于驱动电机较多,驱动系统故障发生的概率增加,导致整车无法进入期望的行驶状态的问题,提出了一种基于规则的电动轮驱动八轮车辆驱动容错控制方法,属于汽车控制系统。本方法针对8*8电动轮驱动特种车,首先详细划分了执行器的失效形式,将失效形式总结为单侧驱动失效和双侧驱动失效两大类;然后本发明针对单侧驱动电机失效制订容错控制策略,将失效电机失掉的转矩叠加至同侧电机,若同侧正常电机在叠加转矩后超过其最大允许输出转矩,则将未失效侧电机总分配电机降低;针对双侧驱动电机失效同样制订了容错控制策略,与单侧失效控制类似。本发明提供的容错控制方法,提高了整车主动安全性能。
Description
技术领域
本发明属于汽车控制系统,更确切地说,本发明涉及一种基于规则的电动轮驱动八轮车辆驱动容错控制方法。
背景技术
随着能源与环境问题的日益突出,电动轮技术越来越受到人们的重视。采用电动轮驱动形式的车辆作为电动车领域的一个重要发展方向,相比于传统集中式动力驱动形式传动效率更高、车辆主动安全控制更精确、便于实现最优的驱动力分配控制和底盘布置更为灵活,在民用和军用领域都有很大的优势。多轴车辆作为典型的过驱动系统,其数量众多的执行元件丰富了控制系统设计自由度的同时也导致了车辆驱动系统发生故障概率的增大,尤其当车辆在极限工况或恶劣环境条件下行驶时,各驱动部件更容易达到其设计极限,且车辆在极限行驶条件下突发的驱动失效故障往往会引发严重的后果,甚至车毁人亡。因此,为保证车辆的行车安全,必须解决其极限失稳以及系统失效所带来的问题和隐患,所以针对其构型特点,开发一套驱动容错控制系统是十分必要的。
发明内容
本发明旨在解决多轴电动轮驱动的车辆由于驱动电机较多,驱动系统故障发生的概率增加,导致整车无法进入期望的行驶状态等问题,提供了一种应用于电动轮驱动八轮车辆的驱动容错控制方法。
所述控制策略包括单侧驱动电机失效容错控制策略和双侧驱动电机失效容错控制策略;
驱动系统失效划分为:
根据失效情况发生时整车是否可控,将失效分为可控失效与不可控失效,针对不可控失效的情况则无法进行容错控制,必须采取强制措施使车辆尽快停止运行;
各失效形式如下:
单轮失效:此时只有单一电机失效。此种失效为可控失效,车辆驱动力矩的损失通过另外七个正常电机进行补偿,横摆力矩在剩余电机的转矩范围内进行控制,损失的纵向力由剩余电机进行补偿;
双轮失效:两轮失效又划分为同侧两轮失效与异侧“单轮+单轮”组合失效形式。此种失效仍为可控失效,通过设定合理的容错控制策略,对其他六个正常电机进行驱动力矩再分配,保证车辆的稳定性和动力性需求;
三轮失效:三轮失效划分为同侧三轮失效与异侧“单轮+两轮”组合失效形式。此种失效仍为可控失效,通过设定合理的容错控制策略,对其他六个正常电机进行驱动力矩再分配,保证车辆的稳定性需求,但动力性会存在一定损失;
四轮失效:四轮失效划分为同侧四轮失效、异侧“单轮+三轮”组合失效与异侧“两轮+两轮”组合失效形式。此种失效的第一种情况为不可控失效,已无法保证车辆继续稳定行驶,所以应紧急停车,而另两种四轮失效情况通过合理的容错控制策略,对其他四个正常电机进行驱动力矩再分配,可保证车辆的直线行驶稳定性需求,但动力性会受到一定损失;
五轮失效:五轮失效划分为异侧“单轮+四轮”组合失效和异侧“两轮+三轮”组合失效形式。此种失效的第一种情况为不可控失效,已无法保证车辆继续稳定行驶,所以应紧急停车,而另一种五轮失效情况通过合理的容错控制策略,对其他三个正常电机进行驱动力矩再分配,可满足车辆的直线行驶稳定性需求,但动力性已无法满足;
六轮失效:六轮失效划分为异侧“两轮+四轮”组合失效和异侧“三轮+三轮”组合失效形式。同样此种失效的第一种情况为不可控失效,需立即停车处理,而另一种情况在损失较多动力性能的前提下理论上仍利用剩余两个正常电机对横摆力矩进行控制保证直线行驶稳定性;
七轮失效:七轮失效也即异侧“三轮+四轮”组合失效形式,为不可控失效,需立即停车处理;
八轮失效:八轮失效也即“四轮+四轮”组合失效形式,显然也为不可控失效,需立即停车处理;
单侧驱动电机失效容错控制策略为:
由于可控失效形式种类过多,在此不逐一列出针对各种失效形式的容错规则,可根据失效电机是否位于同一侧将失效情况分成单侧电机失效和双侧电机失效两大类别,并针对这两类情况分别指定容错控制规则;
对于单侧驱动电机失效的情况,将失效电机失掉的转矩转移叠加至同侧电机,若同侧正常电机在叠加转矩后超过其最大允许输出转矩,则将未失效侧电机总分配转矩降低,此时为满足车辆的稳定的稳定性能,会损失车辆部分的动力性能,为了使得每个正常电机变动尽量小,转移转矩平均分配至正常电机;具体流程如下:输入失效前各电机转矩[T1lT2l T3l T4l T1r T2r T3r T4r],失效电机位置以及失效电机失掉的转矩ΔT;之后与失效电机位于同侧的正常电机叠加相应转矩转矩ΔT′,如果ΔT′=ΔT,则此时车辆满足稳定性要求,则直接输出各电机转矩;如果ΔT′≠ΔT,则此时车辆不满足稳定性要求,仍需异侧轮减少相应的转矩(ΔT-ΔT′),再输出各电机转矩;
步骤一、判断同侧轮叠加转移转矩ΔT后每个轮是否满足稳定性要求
以左一轮电机失效为例,左一轮故障,丢失转矩ΔT,同一侧车轮叠加转移转矩后,若其满足稳定性要求,稳定性要求为:
步骤二、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则继续判断当同侧一个车轮达到其最大转矩Tmax时,另外两个同侧车轮叠加转移转矩ΔT-(Tmax-T2l)后每个轮是否满足稳定性要求
若满足步骤一的稳定性要求,则输出各轮转矩为:
T′1l=T1l-ΔT
T′jr=Tjr,(j=1,2,3,4)
若不满足步骤一的稳定性要求,则继续判断当同侧一个车轮达到其最大转矩Tmax时,另外两个同侧车轮叠加转移转矩后ΔT-(Tmax-T2l)每个轮是否满足稳定性要求,稳定性要求为:
若满足步骤二的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′2l=Tmax
步骤四、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则使得同侧三个车轮达到其最大转矩Tmax,输出转矩
若满足步骤三的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3)
T′kl=Tkl,(k=1,2,3,4)
若不满足步骤三的稳定性要求,则使得同侧三个车轮达到其最大转矩Tmax,输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3,4)
T′jl=Tjr,(j=1,2,3,4)
同侧剩下三个正常电机在叠加失效转矩后均超过了各自的最大允许输出转矩Tmax,异侧轮转矩降低流程,包括以下步骤:
其中,
若满足步骤一的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3,4)
其中
若满足步骤二的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3,4)
T′1r=Tmin
其中
若满足步骤三的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3,4)
T′jr=Tmin,(j=1,2)
其中
步骤五、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则令异侧四个车轮都达到其最小转矩Tmin
若满足步骤四的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3,4)
T′jr=Tmin,(j=1,2,3)
T′4r=T4r-(ΔT-T″′Tf)
若不满足步骤四的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3,4)
T′jr=Tmin,(j=1,2,3,4)
双侧驱动电机失效容错控制策略为:
与单侧失效控制策略类似,首先考虑将失效电机失掉的转矩叠加至同侧正常电机,若同侧正常驱动电机转矩均达到最大允许输出转矩Tmax,则将异侧正常电机的输出转矩相应的降低,此时为满足车辆稳定需求会损失部分动力性能,具体流程如下:输入失效前各电机转矩[T1l T2l T3l T4l T1r T2r T3r T4r],失效电机位置以及左右两侧电机失效的转矩ΔT1和ΔT2,然后左侧各正常轮叠加转移转矩ΔT1′,右侧各正常叠加转移转矩ΔT′2,若ΔT1′=ΔT1且ΔT′2=ΔT2,则此时车辆满足稳定性要求,可直接输出各电机转矩;若ΔT1′≠ΔT1,此时即左侧各电机达到了最大允许输出转矩,则需要右侧叠加转矩ΔT2-(ΔT1-ΔT1′);若ΔT′2≠ΔT2,此时即右侧各电机各电机达到了最大允许输出转矩,则需要左侧叠加转矩ΔT1-(ΔT2-ΔT′2)。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明:
图1为驱动失效形式分析;
图2为根据本发明实施例的单侧驱动电机失效容错控制流程图;
图3为根据本发明实施例的左一轮失效同侧轮转矩叠加流程图;
图4为根据本发明实施例的左一轮电机失效异侧轮转矩叠加流程图;
图5为根据本发明实施例的左一和右一轮电机失效转矩转移流程图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容,下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
参阅图1,根据整车失效电机的数量可分为单轮失效、两轮失效、三轮失效、四轮失效、五轮失效、六轮失效、七轮失效和八轮失效,而根据失效电机所处的位置则共可细分为255种。
参阅图2,单侧驱动电机失效容错控制流程如图所示。
本发明所述的一种基于规则的电动轮驱动八轮车辆驱动容错控制方法发明针对单侧驱动电机失效容错控制,参阅图3,分为四个步骤:
本发明所述的单侧驱动电机失效容错,包括以下四个步骤:步骤一、判断同侧轮叠加转移转矩ΔT后每个轮是否满足稳定性要求;步骤二、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则继续判断当同侧一个车轮达到其最大转矩Tmax时,另外两个同侧车轮叠加转移转矩ΔT-(Tmax-T2l)后每个轮是否满足稳定性要求;步骤三、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则继续判断当同侧两个车轮达到其最大转矩Tmax时,另外一个同侧车轮叠加转移转矩后每个轮是否满足稳定性要求;步骤四、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则使得同侧三个车轮达到其最大转矩Tmax,输出转矩。
本发明所述的一轮驱动电机失效,同侧剩下三个正常电机在叠加失效转矩后均超过了各自的最大允许输出转矩Tmax,异侧轮转矩降低流程如图4,包括以下五个步骤:步骤一、一轮驱动电机失效,同侧剩下三个正常电机在叠加失效转矩后均超过了各自的最大允许输出转矩Tmax,则需要异侧的四个正常电机叠加相应的转移转矩判断叠加转矩后是否满足稳定性要求。步骤二、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则继续判断当异侧一个车轮达到其最小转矩Tmin,另外三个异侧车轮叠加相应的转移转矩之后是否满足稳定性要求。步骤三、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则继续判断当异侧两个车轮达到其最小转矩Tmin,另外两个异侧车轮叠加相应的转移转矩之后是否满足稳定性要求。步骤四、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则继续判断当异侧三个车轮达到其最小转矩Tmin,另外一个异侧车轮叠加相应的转移转矩之后是否满足稳定性要求。步骤五、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则令异侧四个车轮都达到其最小转矩Tmin。
以上是以左一轮失效为例展开讨论,同理适用于其他单侧驱动电机失效情况。此外,针对上述的讨论需要注意以下几点:
(1)图3中流程①是以左二轮电机叠加转移转矩后达到最大输出转矩为例展开讨论,同理适用于左三轮电机或左四轮电机达到最大输出转矩的情况。
(2)图3中流程②是以左二和左三轮电机达到最大输出转矩为例展开讨论,同理适用于左二和左四轮以及左三和左四轮电机达到最大输出转矩的情况。
(3)图4中流程③是以右一轮电机达到最小输出转矩为例展开讨论,同理适用于右二轮、右三轮或右四轮电机达到最小输出转矩的情况。
(4)条件④是以右一和右二轮电机达到最小输出转矩为例展开讨论,同理适用于右一和右三轮、右一和右四轮、右二和右三轮、右二和右四轮以及右三和右四轮电机达到最小输出转矩的情况。
(5)条件⑤是以右一、右二和右三轮电机同时达到最小输出转矩为例展开讨论,同理适用于右一、右二和右四轮电机,右一、右三和右四轮电机,右二、右三和右四轮电机达到最小输出转矩的情况。
参阅图5,左一轮和右一轮电机失效转矩转移流程转移步骤是:与单侧失效控制策略类似,首先看考虑将失效电机失掉的转移叠加至同侧正常电机,若某侧正常驱动电机转矩均达到了最大允许输出转矩,则将异侧正常电机的输出转矩相应降低,此时为满足车辆稳定需求会损失部分动力性能,图5是以左一轮和右一轮失效为例展开讨论。
对于其他电动轮驱动多轴车辆,采用类似上述的方法进行驱动容错控制的方法即可实现。
本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”、“左一轮”或“右一轮”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、步骤、方法或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、步骤、方法或者特点在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管本文中较多的使用了诸如“数组”、“范围”、“电动轮”、“多轴车辆”、“驱动系统”等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下能对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种基于规则的电动轮驱动八轮车辆驱动容错控制方法,其特征在于,所述控制方法包括单侧驱动电机失效容错控制策略和双侧驱动电机失效容错控制策略。
2.根据权利要求1所述的基于规则的电动轮驱动八轮车辆驱动容错控制方法,其特征在于,驱动系统失效划分为:
根据失效情况发生时整车是否可控,将失效分为可控失效与不可控失效,针对不可控失效的情况则无法进行容错控制,必须采取强制措施使车辆尽快停止运行;
各失效形式如下:
单轮失效:此时只有单一电机失效;此种失效为可控失效,车辆驱动力矩的损失通过另外七个正常电机进行补偿,横摆力矩在剩余电机的转矩范围内进行控制,损失的纵向力由剩余电机进行补偿;
双轮失效:两轮失效又划分为同侧两轮失效与异侧“单轮+单轮”组合失效形式;此种失效仍为可控失效,通过设定合理的容错控制策略,对其他六个正常电机进行驱动力矩再分配,保证车辆的稳定性和动力性需求;
三轮失效:三轮失效划分为同侧三轮失效与异侧“单轮+两轮”组合失效形式;此种失效仍为可控失效,通过设定合理的容错控制策略,对其他六个正常电机进行驱动力矩再分配,保证车辆的稳定性需求,但动力性会存在一定损失;
四轮失效:四轮失效划分为同侧四轮失效、异侧“单轮+三轮”组合失效与异侧“两轮+两轮”组合失效形式;此种失效的第一种情况为不可控失效,已无法保证车辆继续稳定行驶,所以应紧急停车,而另两种四轮失效情况通过合理的容错控制策略,对其他四个正常电机进行驱动力矩再分配,可保证车辆的直线行驶稳定性需求,但动力性会受到一定损失;
五轮失效:五轮失效划分为异侧“单轮+四轮”组合失效和异侧“两轮+三轮”组合失效形式;此种失效的第一种情况为不可控失效,已无法保证车辆继续稳定行驶,所以应紧急停车,而另一种五轮失效情况通过合理的容错控制策略,对其他三个正常电机进行驱动力矩再分配,可满足车辆的直线行驶稳定性需求,但动力性已无法满足;
六轮失效:六轮失效划分为异侧“两轮+四轮”组合失效和异侧“三轮+三轮”组合失效形式;同样此种失效的第一种情况为不可控失效,需立即停车处理,而另一种情况在损失较多动力性能的前提下理论上仍利用剩余两个正常电机对横摆力矩进行控制保证直线行驶稳定性;
七轮失效:七轮失效也即异侧“三轮+四轮”组合失效形式,为不可控失效,需立即停车处理;
八轮失效:八轮失效也即“四轮+四轮”组合失效形式,显然也为不可控失效,需立即停车处理。
3.根据权利要求1或2所述的基于规则的电动轮驱动八轮车辆驱动容错控制方法,其特征在于,所述单侧驱动电机失效容错控制策略为:
可控失效形式种类过多,在此不能逐一列出针对各种失效形式的容错规则,可根据失效电机是否位于同一侧将失效情况分成单侧电机失效和双侧电机失效两大类别,并针对这两类情况分别指定容错控制规则;对于单侧驱动电机失效的情况,将失效电机失掉的转矩转移叠加至同侧电机,若同侧正常电机在叠加转矩后超过其最大允许输出转矩,则将未失效侧电机总分配转矩降低,此时为满足车辆的稳定的稳定性能,会损失车辆部分的动力性能,为了使得每个正常电机变动尽量小,转移转矩平均分配至正常电机;具体流程如下:输入失效前各电机转矩[T1l T2l T3l T4l T1r T2r T3r T4r],失效电机位置以及失效电机失掉的转矩ΔT;之后与失效电机位于同侧的正常电机叠加相应转矩转矩ΔT',如果ΔT'=ΔT,则此时车辆满足稳定性要求,则直接输出各电机转矩;如果ΔT'≠ΔT,则此时车辆不满足稳定性要求,仍需异侧轮减少相应的转矩(ΔT-ΔT'),再输出各电机转矩;
步骤一、判断同侧轮叠加转移转矩ΔT后每个轮是否满足稳定性要求
以左一轮电机失效为例,左一轮故障,丢失转矩ΔT,同一侧车轮叠加转移转矩后,若其满足稳定性要求,稳定性要求为:
步骤二、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则继续判断当同侧一个车轮达到其最大转矩Tmax时,另外两个同侧车轮叠加转移转矩ΔT-(Tmax-T2l)后每个轮是否满足稳定性要求
若满足步骤一的稳定性要求,则输出各轮转矩为:
T′1l=T1l-ΔT
T′jr=Tjr,(j=1,2,3,4)
若不满足步骤一的稳定性要求,则继续判断当同侧一个车轮达到其最大转矩Tmax时,另外两个同侧车轮叠加转移转矩ΔT-(Tmax-T2l)后每个轮是否满足稳定性要求,稳定性要求为:
若满足步骤二的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′2l=Tmax
步骤四、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则使得同侧三个车轮达到其最大转矩Tmax,输出转矩
若满足步骤三的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3)
T′kl=Tkl,(k=1,2,3,4)
若不满足步骤三的稳定性要求,则使得同侧三个车轮达到其最大转矩Tmax,输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3,4)
T′jl=Tjr,(j=1,2,3,4)。
4.根据权利要求3所述的基于规则的电动轮驱动八轮车辆驱动容错控制方法,其特征在于:
本发明所述的一轮驱动电机失效,同侧剩下三个正常电机在叠加失效转矩后均超过了各自的最大允许输出转矩Tmax,异侧轮转矩降低流程,包括以下步骤:
其中,
若满足步骤一的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3,4)
其中
若满足步骤二的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3,4)
T′1r=Tmin
其中
若满足步骤三的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3,4)
T′jr=Tmin,(j=1,2)
其中
步骤五、若满足稳定性要求,则输出转矩,若不满足,则令异侧四个车轮都达到其最小转矩Tmin
若满足步骤四的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3,4)
T′jr=Tmin,(j=1,2,3)
T′4r=T4r-(ΔT-T″Tf)
若不满足步骤四的稳定性要求,则输出转矩:
T′1l=T1l-ΔT
T′il=Tmax,(i=2,3,4)
T′jr=Tmin,(j=1,2,3,4)。
5.根据权利要求1所述的基于规则的电动轮驱动八轮车辆驱动容错控制方法,其特征在于,所述双侧驱动电机失效容错控制策略为:
与单侧失效控制策略类似,首先考虑将失效电机失掉的转矩叠加至同侧正常电机,若同侧正常驱动电机转矩均达到最大允许输出转矩Tmax,则将异侧正常电机的输出转矩相应的降低,此时为满足车辆稳定需求会损失部分动力性能;具体流程如下:输入失效前各电机转矩[T1l T2l T3l T4l T1r T2r T3r T4r],失效电机位置以及左右两侧电机失效的转矩ΔT1和ΔT2,然后左侧各正常轮叠加转移转矩ΔT′1,右侧各正常叠加转移转矩ΔT′2,若ΔT′1=ΔT1且ΔT′2=ΔT2,则此时车辆满足稳定性要求,可直接输出各电机转矩;若ΔT′1≠ΔT1,此时即左侧各电机达到了最大允许输出转矩,则需要右侧叠加转矩ΔT2-(ΔT1-ΔT′1);若ΔT′2≠ΔT2,此时即右侧各电机各电机达到了最大允许输出转矩,则需要左侧叠加转矩ΔT1-(ΔT2-ΔT′2)。
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