四轮驱动车的容错控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及车辆自动控制领域，尤其涉及一种四轮驱动汽车的容错控制方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 本文中将在四个轮子中（或轮毂内）分别安装独立的驱动发动机(4WID)的电动车 简称为四轮驱动电动车，这样的车辆每个轮子的制动模式都可以被独立操控。这种驱动方 式上的便利性，以及电力发动机快速而精准的扭矩输出，使得现有的车辆控制策略(譬如牵 引力控制系统TCS、直接横摆力矩控制DYC等一些车辆运行/稳定控制系统)能够得以加强。
[0003] 然而，由于系统的复杂性和驱动器数量有了大幅提升，四轮驱动电动车出现错误 (譬如内置发动机/驱动出错）的可能性也更高了。车轮内置发动机发生错误的原因多种多 样，可能是机械故障、发动机过热或是与发动机驱动有关的错误。当一个错误发生时，发生 错误的车轮可能无法提供预期的扭矩，从而威胁到车辆整体的运行控制。如果没有做出适 当的调整，那么由于某只轮胎失去了预期的扭矩，车轮内置发动机或是发动机驱动的错误 就可能会引起车辆表现达不到预期甚至出现不稳定的状态。因此，处于对车辆安全可靠的 需要，必须对四轮驱动电动车的容错性进行慎重评估。
[0004] 前人对于电动车的错误诊断和容错控制策略主要是基于传统型的车辆构架，而对 于四轮驱动型系统的错误诊断则更有挑战性。作为一个过驱动的系统，传统的错误诊断和 容错控制方法可能并不适用于四轮驱动电动车。例如，车辆同一边的前后轮在车辆笔直行 驶的时候，有着相同偏航和纵向运动动力。这样的结构和驱动冗余使得一些容错控制(譬如 基于多模型的方法)很难在四轮驱动电动车上得以运用。因此，当一个车轮内置发动机/发 动机驱动错误发生时，为了保持车辆的稳定和所需要的动力，必须设计一个基于调整控制 的被动容错控制器。
【发明内容】
[0005] 为此，需要提供一种主动的错误诊断方法，来隔离和评估在上述被动容错控制器 下的错误。能够在诊断结果的基础上，所有的车轮内置发动机的控制力被重新调整至减轻 发生错误的发动机/发动机驱动所的扭矩需求，以避免进一步的损坏。
[0006] 为实现上述目的，发明人提供了一种四轮驱动车的容错控制方法，包括如下步骤： 当四轮驱动车由于动力问题行驶异常时，获取车辆的运动状态及车身参数，所述运动状态 包括速度、偏航率和偏航惯性;所述车身参数包括车辆质量、轮胎有效滚动半径、车长、发动 机输出扭矩和车辆模型方程;根据运动状态及车身参数确定扭矩控制信号。
[0007] 进一步地，若车辆的运动状态为直行，所述扭矩控制信号u由下式确定：
[0008]
[0009] 其中，U1和Ur分别表不对左石车轮的扭矩控制信号，Reff是轮胎有效滚动半径、Μ是 车辆质量、V是速度、Ω是偏航率，I是偏航惯性、1是车长、f是车辆模型方程、L是调整参数、 Θγχ - Vrx-Vx , ΘΩ- Ω τζ- Ω ζ 〇
[0010] 进一步地，若车辆的运动状态为转弯，所述扭矩控制信号u由下式确定：
[0011]
[0012] 其中，u_Ur分别表示对左右车轮的扭矩控制信号，1^是轮胎有效滚动半径、Μ是 车辆质量、V是速度、Ω是偏航率，I是偏航惯性、1是车长、f是车辆模型方程、L是调整参数、 erx = Vrx-Vx，eQ= Ω rz- Ω z、.备为发动机的控制增益。
[0013] 具体地，还包括步骤，根据发动机最大控制增益对发动机控制信号进行修正。
[0014] 进一步地，还包括步骤，判断发生错误的车轮，减少其对应的控制增益。
[0015] -种四轮驱动车的容错控制装置，包括参数获取模块、控制信号模块：
[0016] 所述参数获取模块用于在四轮驱动车由于动力问题行驶异常时，获取车辆的运动 状态及车身参数，所述运动状态包括速度、偏航率和偏航惯性;所述车身参数包括车辆质 量、轮胎有效滚动半径、车长、发动机输出扭矩和车辆模型方程；
[0017] 所述控制信号模块用于根据运动状态及车身参数确定扭矩控制信号。
[0018] 具体地，所述控制信号模块还用于在车辆的运动状态为直行时，将扭矩控制信号u u由下式确定：
[0019]
[0020] 其中，U1和Ur分别表示对左右车轮的扭矩控制信号，Reff是轮胎有效滚动半径、Μ是 车辆质量、V是速度、Ω是偏航率，I是偏航惯性、1是车长、f是车辆模型方程、L是调整参数、 Θγχ - Vrx-Vx , ΘΩ- Ω rz- Ω ζ 〇
[0021] 具体地，所述控制信号模块还用于在车辆的运动状态为转弯时，将扭矩控制信号u 由下式确定：
[0022]
[0023] 其中，U1和Ur分别表示对左右车轮的扭矩控制信号，Reff是轮胎有效滚动半径、Μ是 车辆质量、V是速度、Ω是偏航率，I是偏航惯性、1是车长、f是车辆模型方程、L是调整参数、 erx = Vrx-Vx，eQ = Ω rz- Ω z、备为发动机的控制增益。
[0024] 优选地，还包括修正模块，所述修正模块用于根据发动机最大控制增益对发动机 控制信号进行修正。
[0025] 进一步地，还包括增益判断模块，所述增益判断模块用于判断发生错误的车轮，减 少其对应的控制增益。
[0026] 区别于现有技术，上述技术方案通过主动的错误诊断方法，来隔离和评估在上述 被动容错控制器下的错误。在诊断结果的基础上，所有的车轮内置发动机的控制力被重新 调整至减轻发生错误的发动机/发动机驱动所的扭矩需求，以避免进一步的损坏。本发明针 对四轮驱动电动车的基于动力学的错误诊断和容错控制，解决了现有技术中控制信号无法 对出错的发动机扭矩进行相适应变化的问题，提高了四轮驱动车驾驶的安全性。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明【具体实施方式】所述的车辆模型示意图；
[0028] 图2为本发明【具体实施方式】所述的四轮驱动车的容错控制方法流程图；
[0029]图3为本发明【具体实施方式】所述的四轮驱动车的容错控制装置模块图。
[0030] 附图标记说明：
[0031] 300、参数获取模块；
[0032] 302、控制信号模块；
[0033] 3〇4、修正模块；
[0034] 306、增益判端模块。
【具体实施方式】
[0035]为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实 施例并配合附图详予说明。
[0036] 一、基本模型的构建
[0037] 这里请参阅图1，为本发明的车辆模型构建示意图，从厂商数据库中可以轻松获取 车辆自身参数，全球定位系统(GPS)和惯性测量装置(MU)已经被证明能够有效的测量车辆 状态。基于这些先进的传感技术，车辆的偏航率，纵向和横向速度可以被精确测量。轮胎滑 移率、侧偏角和车轮中心速度也可以计算得出。
[0038] 结合车辆自身参数，及车辆运动状态，车辆运动方程可以用下式来表达：
[0039]
(1)
[0040] 其中，Vx和Vy分别是纵向速度和横向速度，Ωζ是偏航率，Μ是车辆的质量，I z是偏航 惯性，Ca是空气动力阻力项。Fx、Fy和Mz是由全部四个轮胎产生的轮胎力带来的总力/力矩， 且可以用下式