采用MPC-MSCA的四轮毂驱动电动汽车容错控制

作     者：薛红涛 张雨乐 宋子为 冯涵 XUE Hong-tao;ZHANG Yu-le;SONG Zi-wei;FENG Han

作者机构：江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 

出 版 物：《交通运输工程学报》 (Journal of Traffic and Transportation Engineering)

年 卷 期：2024年第24卷第6期

页      面：148-158页

核心收录：

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52272367) 

主　　题：汽车工程 容错控制 多系统协同分配 四轮毂驱动电动汽车 轮毂电机 操纵稳定性 

摘      要：针对四轮毂驱动电动汽车中局部轮毂电机发生故障后存在的安全隐患问题,提出了一种基于模型预测控制-多系统协同分配(MPC-MSCA)的容错控制方法,以应对局部轮毂电机发生故障后输出能力不足的运行工况;搭建了14自由度四轮毂驱动车辆动力学模型,包括六自由度车身模型和4个二自由度车轮模型;参考二自由度车辆模型设计了容错控制方法,包括运动跟踪层和力矩分配层,运动跟踪层用于计算车辆正常行驶所需的总纵向力和附加横摆力矩,力矩分配层设计了优化分配方案和MSCA方案,分别应对局部轮毂电机发生故障后输出能力充足和不足2种运行工况,重点研究了MSCA控制方法的目标函数、约束条件和控制变量;利用Simulink/MATLAB和CarSim联合仿真,分别设置了直线行驶和双移线行驶2种运行环境,验证了所提MPC-MSCA控制方法的有效性。研究结果表明:相较于传统方法,在直线行驶环境下,MPC-MSCA控制方法可使车辆横摆角速度平均误差降低了31.6%,有效保障了局部轮毂电机故障时车辆的直线行驶能力;在双移线行驶环境下,质心侧偏角和横摆角速度平均误差分别降低了7.4%和6.9%,提高了局部轮毂电机故障时车辆的操纵稳定性。可见,所提容错控制方法可以确保四轮毂驱动电动汽车在1个或2个轮毂电机故障工况下满足操纵稳定性和安全性要求。