CN114643870B - 用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法及系统。方法包括S1，获得轮毂电机位置和转速信号并求取速度的加权平均值，同时获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法以及与设定的阈值进行比较，得出位置传感器失效判断逻辑；S2，判断轮毂电机转速所处的速度区间，并实施对应的容错控制方式；S3，若故障的位置传感器从振动、潮湿、供电异常中恢复正常，则实施从容错状态到正常状态的反切换过程。本发明具有可靠、安全、低成本，面向分布式轮毂电机电动汽车的，且适用于车辆全速度运行区间的特点。

Description

用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法及 系统
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法及系统。
背景技术
采用分布式轮毂电机驱动是轻型电动汽车未来的发展方向。电动汽车多轮分布式驱动系统是一种典型的过冗余系统，其驱动力由多个独立的轮毂电机驱动单元联合提供，在部分驱动节点发生故障的情况下仍可依靠其余驱动节点维持车辆运行，具有良好的容错性能。
针对电动汽车分布式驱动系统的故障容错技术，现已公布的专利技术方案主要分为两类：第一类为面向轮毂电机和逆变器的硬件被动冗余方案，如申请号为CN201010120846.0的中国专利文献描述的电动汽车用多相容错多电机及其解耦控制方法和申请号为CN201811504658.0的中国专利文献描述的电动汽车用永磁容错电机驱动系统及其控制方法，这类方法是在易失效的驱动单元上设置多套冗余组件，当局部组件失效时，由剩余组件分摊电流载荷和动力载荷，以降低局部故障对车辆稳定性的影响。该类方法响应速度快，控制性能良好，但硬件冗余结构使系统相对复杂，一旦设计定型后无法改变，仅在系统偶发故障时充分发挥其冗余的作用，而在正常工况下则为过度储备，不利于成本控制，也不便于后期维护，目前尚不具备规模化应用的前景。
第二类方案是在车辆主控制器软件控制层面实施扭矩协调控制策略，如申请号为CN201910126899.4的中国专利文献描述的一种分布式驱动电动汽车的驱动系统容错控制策略以及申请号为CN201911139391.4中国专利文献描述的一种四轮独立驱动电动汽车容错控制方法。该类方案的主控制器在驱动轮失效时立即切断故障轮的动力输出，并对剩余有效驱动轮的扭矩进行重新分配，使车辆尽可能保持纵向动力性和横摆稳定性。受扭矩响应速度和车辆惯量约束，扭矩协调控制的调整过程一般会持续1s以上，因而适用于扭矩变化不十分剧烈的稳态运行工况，但在驱动单元故障的瞬态工况下，彻底关闭单侧车轮会产生扭矩输出突变，使车辆处于局部动力失控状态，车辆可能会因为姿态调整范围过大而引发扭矩振荡和转速失稳，危及高速时的行驶安全。因此，前述专利方法局限于慢速的稳态运行容错控制，无法实现失效瞬间的快速动态稳定性控制。
鉴于上述两类容错方法的优缺点，若需同时兼顾系统冗余成本及扭矩控制性能，则可采用基于轮端电机驱动控制器的容错控制方法。分布式车用轮毂电机驱动端普遍采用永磁同步电机或无刷直流电机，由位置传感器获取电机的转子位置信号和速度信号，供电机控制器实施定子电流矢量解耦，从而精确的控制电机转矩和转速。车辆行驶中，位置传感器可能受到振动、潮湿、供电异常等因素的影响，出现信号传输干扰或供电失效的情况，此时控制器电流环的dq解耦过程无法正常实施，造成控制器电流控制精度下降，电机扭矩输出特性恶化，影响车辆行驶安全性。申请号为CN201811372696.5的中国专利文献描述了推力矢量控制用永磁容错电机驱动控制器及控制方法，给出了一种面向常规集中驱动式电动汽车的电机位置传感器失效容错控制方案，该方案针对车辆低速运行时的位置传感器故障工况，采用在永磁电机冗余绕组中注入高频检测信号的方法提取电机位置和速度信息，以代替位置传感器信号，提高电机位置和速度检测的可靠性。该方案仅考虑了车辆低速行驶这一局部运行工况，未涉及高速运行区间，且基于高频注入无感估测算法的矢量控制系统在变速变负载工况下的带载稳定性不佳，不适用于电动汽车运行工况。
基于上述问题，设计一种面向分布式轮毂电机电动汽车的，且适用于车辆全速度运行区间的用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法及系统，就显得十分重要。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中，现有的车辆电机驱动容错控制方法只针对车辆低速行驶这一局部运行工况，未涉及高速运行区间，且基于高频注入无感估测算法的矢量控制系统在变速变负载工况下的带载稳定性不佳，不适用于电动汽车运行工况的问题，提供了一种面向分布式轮毂电机电动汽车的，且适用于车辆全速度运行区间的用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法及系统。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法，包括轮毂电机、位置传感器、电流传感器、信号采集电路、主控单元和驱动电路；所述位置传感器与轮毂电机同轴连接；所述信号采集电路分别与位置传感器和电流传感器电连接；所述主控单元分别与信号采集电路和驱动电路电连接；所述电流传感器位于驱动电路的下桥臂侧；包括如下步骤；
S1，在车轮旋转条件下，由无位置传感器算法估测获得轮毂电机位置和转速信号并求取转速加权平均值，同时由位置传感器测量获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法校验转速测量值与转速加权平均值之间的偏离量，并与设定的阈值进行比较，得出位置传感器失效判断逻辑；
S2，根据位置传感器失效判断逻辑，判断轮毂电机转速所处的速度区间；若轮毂电机转速处于高速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至无感估测算法，实施转矩闭环矢量控制；若轮毂电机转速处于低速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至给定值，并实施I/F无感流频比控制法实现转矩开环、电流闭环的控制；
S3，若故障的位置传感器从振动、潮湿、供电异常中恢复正常，则实施从容错状态到正常状态的反切换过程。
作为优选，步骤S1包括如下步骤：
S11，考虑每个驱动轮的位置传感器及无感算法均能获得2套转速信号，给出位置传感器失效的判断机制如式(1)所示：
Figure GDA0003816872030000041
其中，
Figure GDA0003816872030000042
式中，Sk为k号轮毂驱动单元的位置传感器失效判断逻辑，T为校验周期，ωfb表示位置传感器实测转速，ωest表示估测转速，
Figure GDA0003816872030000043
为加权平均转速，σ为容错判断的阈值角度，N为驱动轮个数；集合A包含所有轮毂驱动单元编号，集合B表示除失效轮毂驱动单元以外的其余轮毂驱动单元编号，i和j为集合中的元素编号；
对于分布式四轮直驱车辆，驱动轮个数N＝4，每个驱动轮均可获得实测与估测2组速度信息，则共可获得8组速度信息；当某一驱动轮的位置传感器失效时，以其余7组速度信号的平均值
Figure GDA0003816872030000044
为参照量，校验所述位置传感器车速信号并判定失效逻辑，如式(2)；当误差积累量超过预设阈值σ且维持一个校验周期T，则判定失效逻辑Sk＝1，否则判定Sk＝0，清除失效判断并重新开始新一轮的校验对比过程。
作为优选，在步骤S11中，根据具体工况条件设定阈值σ和校验周期T；
步骤S11还包括如下步骤：
对各个轮毂驱动单元的位置传感器信号进行轮询检测，若某个轮毂驱动单元的故障逻辑判定为1，则将对应编号从被测集合A、B中排除，并按式(1)、(2)所述过程继续监控剩余轮毂驱动单元的位置传感器的失效状况。
作为优选，步骤S2包括如下步骤：
车辆位置传感器失效Sk＝1时，判断轮毂电机转速所处的速度区间，速度区间判断标准为：
Figure GDA0003816872030000051
其中ωn为轮毂电机标称的额定转速。
作为优选，步骤S2中，所述若轮毂电机转速所处于高速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至无感估测算法，实施转矩闭环矢量控制，包括如下步骤：
S211：采集轮毂电机三相电流信号，由主控单元获取三相电压期望信号，并由坐标变换获得α-β静止坐标系下的电压uα、uβ和电流量iα、iβ；
S212：求解轮毂电机定子磁链ψα、ψβ，表示为
ψα,β＝HPF[∫(uα,β-Rs×iα,β)·dt] (3)
其中Rs为定子相电阻，HPF设计为截止频率较低的高通滤波器，用于消除磁链积分零漂；估测转子位置和转速，计算公式为
Figure GDA0003816872030000052
Figure GDA0003816872030000053
其中LPF设计为低通滤波器，以消除转速中的高频谐波成分；
S213：将估测转子位置信号θest替换位置传感器的位置信号θfb，代入矢量控制算法的坐标变换，获得旋转坐标系下的dq轴电流分量，并通过PI调节器分别进行转矩和电流的双闭环控制；
S214：将位置传感器故障车轮的估测速度值代入式(2)，更新平均速度
Figure GDA0003816872030000054
作为优选，步骤S2中，所述若轮毂电机转速所处于低速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至给定值，并实施I/F无感流频比控制法实现转矩开环、电流闭环的控制，包括如下步骤：
S221：记录切换瞬间控制器中的期望转矩值Te0、定子电流幅值is0及相位角θi0；
S222：由电流-频率发生器产生基于给定幅值、频率和相位角的期望定子电流信号，通过电流闭环控制实现电流跟踪，其中电流给定幅值
Figure GDA0003816872030000061
大于等于切换瞬间记录的电流值，满足：
Figure GDA0003816872030000062
式中p为电机极对数，Ψpm为电机永磁磁链；电流频率为切换瞬间的转速加权平均值
Figure GDA0003816872030000063
电流相位θi的初值延续切换瞬间的相位角θi0，随后以转速角频率随时间递增，其规律表示为：
Figure GDA0003816872030000064
S223：在I/F无感控制的运行过程中，同时使用无感位置速度估测算法，将对应故障车轮的估测速度值代入式(2)，更新平均速度
Figure GDA0003816872030000065
作为优选，步骤S3包括如下步骤：
在容错运行条件下，若故障的位置传感器从振动、潮湿、供电异常中恢复正常，则实施从容错状态到正常状态的反切换过程：在周期T内，若满足
Sk＝1且
Figure GDA0003816872030000066
且|ωfb-ωest|＜τ (8)
其中τ为速度误差的阈值，典型值为τ＝σ/T，则认为位置传感器的位置角和速度测量值均与算法估测值一致，此时主控单元将轮毂电机的角度和速度信号来源交还给位置传感器，Sk＝0，电机系统恢复至正常的有编码器矢量控制运行工况，由容错算法继续监测位置传感器的速度和角度误差。
本发明还提供了用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制系统，包括：
传感器失效诊断模块，用于在车轮旋转条件下，由无位置传感器算法估测获得轮毂电机位置和转速信号并求取转速加权平均值，同时由位置传感器测量获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法校验转速测量值与转速加权平均值之间的偏离量，并与设定的阈值进行比较，得出位置传感器失效判断逻辑；
容错控制切换模块，用于根据位置传感器失效判断逻辑，判断轮毂电机转速所处的速度区间；若轮毂电机转速处于高速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至无感估测算法，实施转矩闭环矢量控制；若轮毂电机转速处于低速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至给定值，并实施I/F无感流频比控制法实现转矩开环、电流闭环的控制；
容错状态恢复模块，用于若故障的位置传感器从振动、潮湿、供电异常中恢复正常，则实施从容错状态到正常状态的反切换过程。
本发明与现有技术相比，有益效果是：(1)通过电机无位置传感器算法估测的速度和位置信息校验车辆轮毂电机位置传感器的工作状态，根据传感器故障时车辆的行驶速度区间，设计传感器信号在正常全速、故障高速和故障低速等工况之间的切换过程以及容错控制方法，以有效维持电机转矩输出和车辆行驶车速，减少驱动力不平衡引发的车身横摆；(2)本发明快速容错过程的响应时间小于100ms，远小于车辆机械响应时间，可有效提升驾乘舒适性，保证车辆行驶安全。
附图说明
图1为本发明中电动汽车轮毂电机驱动系统的一种结构示意图；
图2为本发明中高速工况时的位置传感器故障容错控制的一种流程示意图；
图3为本发明中低速工况时的位置传感器故障容错控制的一种流程示意图；
图4为本发明中多工况容错诊断与切换控制的一种流程示意图；
图5为本发明中高速工况和低速工况的容错控制过程的一种流程示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例1：
如图1所示，本发明用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法，包括轮毂电机、位置传感器、电流传感器、信号采集电路、主控单元和驱动电路；所述位置传感器与轮毂电机同轴连接；所述信号采集电路分别与位置传感器和电流传感器电连接；所述主控单元分别与信号采集电路和驱动电路电连接；所述电流传感器位于驱动电路的下桥臂侧。其中，轮毂电机为外转子三相永磁同步电机，位置传感器为光电式编码器或旋转变压器，其中光电式编码器或旋转变压器与轮毂电机外转子同轴连接。
具体包括如下步骤；
S1，在车轮旋转条件下，由无位置传感器算法估测获得轮毂电机位置和转速信号并求取速度的加权平均值，同时由位置传感器测量获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法校验转速测量值与速度的加权平均值之间的偏离量，并与设定的阈值进行比较，得出位置传感器失效判断逻辑；
S2，根据位置传感器失效判断逻辑，判断轮毂电机转速所处的速度区间；若轮毂电机转速所处于高速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至无感估测算法，实施转矩闭环矢量控制；若轮毂电机转速所处于低速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至给定值，并实施I/F无感流频比控制法实现转矩开环、电流闭环的控制；
S3，若故障的位置传感器从振动、潮湿、供电异常中恢复正常，则实施从容错状态到正常状态的反切换过程。
进一步的，步骤S1的具体实施方式如下：
步骤S1包括如下步骤：
S11，考虑每个驱动轮的位置传感器及无感算法均能获得2套转速信号，给出位置传感器失效的判断机制如式(1)所示：
Figure GDA0003816872030000091
其中，
Figure GDA0003816872030000092
式中，Sk为k号轮毂驱动单元的位置传感器失效判断逻辑，T为校验周期，ωfb表示位置传感器实测转速，ωest表示估测转速，
Figure GDA0003816872030000093
为加权平均转速，σ为容错判断的阈值角度，N为驱动轮个数；集合A包含所有轮毂驱动单元编号，集合B表示除失效轮毂驱动单元以外的其余轮毂驱动单元编号，i和j为集合中的元素编号；
对于分布式四轮直驱车辆，驱动轮个数N＝4，每个驱动轮均可获得实测与估测2组速度信息，则共可获得8组速度信息；当某一驱动轮的位置传感器失效时，以其余7组速度信号的平均值
Figure GDA0003816872030000094
为参照量，校验所述位置传感器车速信号并判定失效逻辑，如式(2)；当误差积累量超过预设阈值σ且维持一个校验周期T，则判定失效逻辑Sk＝1，否则判定Sk＝0，清除失效判断并重新开始新一轮的校验对比过程。
进一步的，应根据具体工况条件设定阈值σ和校验周期T，设置过小的阈值和校验周期会增加误动作机率，而阈值和周期过大则会降低故障判断的敏感性，并影响容错切换过程的平顺性，典型值为σ＝30°，(σ为电角度，非机械角度)，T＝100ms；
进一步的，考虑多驱动轮相继失效的特殊极端工况，通常对各驱动单元的传感器信号进行轮询检测，一旦某驱动单元的故障逻辑判定为1，则将该编号从被测集合A、B中排除，按式(1)(2)所述过程继续监控剩余驱动轮的传感器失效状况。
进一步的，步骤S2包括如下步骤：
车辆位置传感器失效Sk＝1时，判断轮毂电机转速所处的速度区间，速度区间判断标准为：
Figure GDA0003816872030000101
其中ωn为轮毂电机标称的额定转速。
记录故障逻辑Sk由0变为1时刻的平均转速值
Figure GDA0003816872030000102
与既定的高低速区间阈值进行比较，优选的，该速度分界值设定为永磁轮毂电机额定转速的15％-20％，典型值为0.2ωn；根据位置传感器失效时的电机转速区间，容错控制策略划分为以下步骤S21和步骤S22两种工况。
如图2和图5所示，步骤S21，即步骤S2中，所述若轮毂电机转速所处于高速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至无感估测算法，实施转矩闭环矢量控制，包括如下步骤：
S211：采集轮毂电机三相电流信号，由主控单元获取三相电压期望信号，并由坐标变换获得α-β静止坐标系下的电压uα、uβ和电流量iα、iβ；
S212：求解轮毂电机定子磁链ψα、ψβ，表示为
ψα,β＝HPF[∫(uα,β-Rs×iα,β)·dt] (3)
其中Rs为定子相电阻，HPF设计为截止频率较低的高通滤波器，用于消除磁链积分零漂；估测转子位置和转速，计算公式为
Figure GDA0003816872030000103
Figure GDA0003816872030000104
其中LPF设计为低通滤波器，以消除转速中的高频谐波成分；
S213：将估测转子位置信号θest替换位置传感器的位置信号θfb，代入矢量控制算法的坐标变换，获得旋转坐标系下的dq轴电流分量，并通过PI调节器分别进行转矩和电流的双闭环控制；
S214：将位置传感器故障车轮的估测速度值代入式(2)，更新平均速度
Figure GDA0003816872030000105
如图3和图5所示，步骤S22，即步骤S2中，所述若轮毂电机转速所处于低速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至给定值，并实施I/F无感流频比控制法实现转矩开环、电流闭环的控制，包括如下步骤：
S221：记录切换瞬间控制器中的期望转矩值Te0、定子电流幅值is0及相位角θi0；
S222：由电流-频率发生器产生基于给定幅值、频率和相位角的期望定子电流信号，通过电流闭环控制实现电流跟踪，其中电流给定幅值大于等于切换瞬间记录的电流值，满足：
Figure GDA0003816872030000111
式中p为电机极对数，Ψpm为电机永磁磁链；电流频率为切换瞬间的平均转速角频率
Figure GDA0003816872030000112
电流相位初值延续切换瞬间的相位角，随后以转速角频率随时间递增，其规律表示为：
Figure GDA0003816872030000113
S223：在I/F无感控制的运行过程中，同时使用无感位置速度估测算法，将对应故障车轮的估测速度值代入式(2)，更新平均速度
Figure GDA0003816872030000114
步骤S21采用I/F流频比控制法替代无位置传感器算法，是因为电机在低转速带载运行时，该类算法的稳定性不佳，代入矢量控制的扭矩闭环中可能会使电机失步，而如果无位置传感器算法仅用于开环的校验观测，则可获得较好的估测精度。
进一步的，在容错控制算法信号代替位置传感器信号的行驶期间，若车辆车速发生变化，即电机转速从低速区跨越到高速区，或从高速区跨越到低速区，则实施工况步骤S21至工况步骤S22的相互切换，切换流程如图4所示。
进一步的，步骤S3包括如下步骤：
在容错运行条件下，若故障的位置传感器从振动、潮湿、供电异常中恢复正常，则实施从容错状态到正常状态的反切换过程：在周期T内，若满足
Sk＝1且
Figure GDA0003816872030000115
且|ωfb-ωest|＜τ (8)
其中τ为速度误差的阈值，典型值为τ＝σ/T，则认为位置传感器的位置角和速度测量值均与算法估测值一致，此时主控单元将轮毂电机的角度和速度信号来源交还给位置传感器，Sk＝0，电机系统恢复至正常的有编码器矢量控制运行工况，由容错算法继续监测位置传感器的速度和角度误差。
本发明还提供了用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制系统，包括：
传感器失效诊断模块，用于在车轮旋转条件下，由无位置传感器算法估测获得轮毂电机位置和转速信号并求取速度的加权平均值，同时由位置传感器测量获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法校验转速测量值与速度的加权平均值之间的偏离量，并与设定的阈值进行比较，得出位置传感器失效判断逻辑；
容错控制切换模块，用于根据位置传感器失效判断逻辑，判断轮毂电机转速所处的速度区间；若轮毂电机转速所处于高速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至无感估测算法，实施转矩闭环矢量控制；若轮毂电机转速所处于低速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至给定值，并实施I/F无感流频比控制法实现转矩开环、电流闭环的控制；
容错状态恢复模块，用于若故障的位置传感器从振动、潮湿、供电异常中恢复正常，则实施从容错状态到正常状态的反切换过程。
本发明的优点在于，电机驱动端的主动容错机制降低各独立驱动轮，特别是两个前方向轮之间的扭矩不平衡程度，从而减轻上层姿态控制器应对多轮转矩协调分配任务时的调整负担。同时，该扭矩控制过程直接作用于底层驱动端，因而不受车载网络通讯延迟的影响，其响应速度较上层控制器更快，控制精度也更高。在位置传感器失效于较危险的高速运行工况下，无位置传感器算法可快速代替位置传感器信号，实现故障侧轮毂电机转矩的平滑衔接，实现可靠、安全、低成本的主动容错运行。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法，包括轮毂电机、位置传感器、电流传感器、信号采集电路、主控单元和驱动电路；所述位置传感器与轮毂电机同轴连接；所述信号采集电路分别与位置传感器和电流传感器电连接；所述主控单元分别与信号采集电路和驱动电路电连接；所述电流传感器位于驱动电路的下桥臂侧；其特征在于，包括如下步骤；
S1，在车轮旋转条件下，由无位置传感器算法估测获得轮毂电机位置和转速信号并求取转速加权平均值，同时由位置传感器测量获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法校验转速测量值与转速加权平均值之间的偏离量，并与设定的阈值进行比较，得出位置传感器失效判断逻辑；
S2，根据位置传感器失效判断逻辑，判断轮毂电机转速所处的转速 区间；若轮毂电机转速处于高速区，则将轮毂电机位置和转速 信号来源切换至无位置传感器算法 ，实施转矩闭环矢量控制；若轮毂电机转速处于低速区，则将轮毂电机位置和转速 信号来源切换至给定值，并实施I/F无感流频比控制法实现转矩开环、电流闭环的控制；
S3，若故障的位置传感器从振动、潮湿、供电异常中恢复正常，则实施从容错状态到正常状态的反切换过程；
步骤S1包括如下步骤：
S11，考虑每个驱动轮的位置传感器及无位置传感器算法 均能获得2套转速信号，给出位置传感器失效的判断机制如式(1)所示：
Figure FDA0003827808250000011
其中，
Figure FDA0003827808250000012
式中，Sk为k号轮毂驱动单元的位置传感器失效判断逻辑，T为校验周期，ωfb表示位置传感器实测转速，ωest表示估测转速，
Figure FDA0003827808250000021
为转速加权平均值，σ为容错判断的阈值角度，N为驱动轮个数；集合A包含所有轮毂驱动单元编号，集合B表示除失效轮毂驱动单元以外的其余轮毂驱动单元编号，i和j为集合中的元素编号；
对于分布式四轮直驱车辆，驱动轮个数N＝4，每个驱动轮均可获得实测与估测2组转速信息，则共可获得8组转速信息；当某一驱动轮的位置传感器失效时，以其余7组转速信号的转速加权平均值
Figure FDA0003827808250000022
为参照量，校验所述位置传感器车速信号并判定失效逻辑，如式(2)；当误差积累量超过预设阈值σ且维持一个校验周期T，则判定失效逻辑Sk＝1，否则判定Sk＝0，清除失效判断并重新开始新一轮的校验对比过程。
2.根据权利要求1所述的用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法，其特征在于，在步骤S11中，根据具体工况条件设定阈值σ和校验周期T；
步骤S11还包括如下步骤：
对各个轮毂驱动单元的位置传感器信号进行轮询检测，若某个轮毂驱动单元的故障逻辑判定为1，则将对应编号从被测集合A、B中排除，并按式(1)、(2)所述过程继续监控剩余轮毂驱动单元的位置传感器的失效状况。
3.根据权利要求1所述的用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：
车辆位置传感器失效Sk＝1时，判断轮毂电机转速所处的转速 区间，转速 区间判断标准为：
Figure FDA0003827808250000023
其中ωn为轮毂电机标称的额定转速。
4.根据权利要求3所述的用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述若轮毂电机转速所处于高速区，则将轮毂电机位置和转速 信号来源切换至无位置传感器算法 ，实施转矩闭环矢量控制，包括如下步骤：
S211：采集轮毂电机三相电流信号，由主控单元获取三相电压期望信号，并由坐标变换获得α-β静止坐标系下的电压uαβ和电流量iαβ；uαβ等同uα、uβ；iαβ等同iα、iβ；
S212：求解轮毂电机定子磁链ψαβ，ψαβ等同ψα、ψβ，表示为
ψαβ＝HPF[∫(uαβ-Rs×iαβ)·dt] (3)
其中Rs为定子相电阻，HPF设计为截止频率较低的高通滤波器，用于消除磁链积分零漂；估测转子位置和转速，计算公式为
Figure FDA0003827808250000031
Figure FDA0003827808250000032
其中，LPF设计为低通滤波器，以消除转速中的高频谐波成分；
S213：将估测转子位置信号θest替换位置传感器的位置信号θfb，代入矢量控制算法的坐标变换，获得旋转坐标系下的dq轴电流分量，并通过PI调节器分别进行转矩和电流的双闭环控制；
S214：将位置传感器故障车轮的估测转速 值代入式(2)，更新转速加权平均值
Figure FDA0003827808250000033
5.根据权利要求3所述的用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述若轮毂电机转速处于低速区，则将轮毂电机位置和转速 信号来源切换至给定值，并实施I/F无感流频比控制法实现转矩开环、电流闭环的控制，包括如下步骤：
S221：记录切换瞬间控制器中的期望转矩值Te0、定子电流幅值is0及相位角θi0；
S222：由电流-频率发生器产生基于给定幅值、频率和相位角的期望定子电流信号，通过电流闭环控制实现电流跟踪，其中电流给定幅值
Figure FDA0003827808250000041
大于等于切换瞬间记录的电流值，满足：
Figure FDA0003827808250000042
式中p为电机极对数，Ψpm为电机永磁磁链；电流频率为切换瞬间的转速加权平均值
Figure FDA0003827808250000043
电流相位θi的初值延续切换瞬间的相位角θi0，随后以转速角频率随时间递增，其规律表示为：
Figure FDA0003827808250000044
S223：在I/F无感控制的运行过程中，同时使用无位置传感器算法 ，将对应故障车轮的估测转速 值代入式(2)，更新转速加权平均值
Figure FDA0003827808250000045
6.根据权利要求1所述的用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：
在容错运行条件下，若故障的位置传感器从振动、潮湿、供电异常中恢复正常，则实施从容错状态到正常状态的反切换过程：在周期T内，若满足
Figure FDA0003827808250000046
其中τ为转速误差 的阈值，典型值为τ＝σ/T，则认为位置传感器的位置角和转速 测量值均与算法估测值一致，此时主控单元将轮毂电机的角度和转速 信号来源交还给位置传感器，Sk＝0，电机系统恢复至正常的有编码器矢量控制运行工况，由容错算法继续监测位置传感器的转速 和角度误差。
7.用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制系统，用于实现权利要求1-6任一项所述的用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制方法，其特征在于，所述用于车辆轮毂驱动单元位置传感器失效的容错控制系统包括：
传感器失效诊断模块，用于在车轮旋转条件下，由无位置传感器算法估测获得轮毂电机位置和转速信号并求取转速加权平均值，同时由位置传感器测量获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法校验转速测量值与转速加权平均值之间的偏离量，并与设定的阈值进行比较，得出位置传感器失效判断逻辑；
容错控制切换模块，用于根据位置传感器失效判断逻辑，判断轮毂电机转速所处的转速 区间；若轮毂电机转速处于高速区，则将轮毂电机位置和转速 信号来源切换至无位置传感器算法 ，实施转矩闭环矢量控制；若轮毂电机转速处于低速区，则将轮毂电机位置和转速 信号来源切换至给定值，并实施I/F无感流频比控制法实现转矩开环、电流闭环的控制；
容错状态恢复模块，用于若故障的位置传感器从振动、潮湿、供电异常中恢复正常，则实施从容错状态到正常状态的反切换过程。
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