[发明专利]一种电动轮汽车驾驶员智能容错控制系统及其工作方法

权利要求书

1.一种电动轮汽车驾驶员智能容错控制系统，所述电动轮汽车包括车身、转向机构、前桥、后桥、四个电动轮集成，所述前桥和后桥连接在车身中，四个所述电动轮集成分别设于前桥的两端和后桥的两端，所述转向机构与前桥相连接；所述转向机构包括方向盘、转向杆和转向器，所述转向杆的一端与方向盘连接、且另一端通过转向器与前桥连接；其特征在于，

所述智能容错控制系统包括方向盘转角传感器、侧向加速度传感器、陀螺仪、GPS系统、摄像头、电子测控单元、四个车速传感器和四个驱动模块；

所述方向盘转角传感器固定连接在转向杆上，用于采集方向盘的转角；

所述侧向加速度传感器固定连接在车身内，用于采集汽车的侧向加速度；

所述陀螺仪固定连接在车身内，用于采集汽车的航向角和横摆角速度；

所述GPS系统固定连接在车身内，用于采集汽车的位移；

所述摄像头固定连接在车身的前部，用于采集汽车前部的路面信息；

四个所述车速传感器分别设置于四个电动轮集成中，用于采集汽车的车速；

四个所述驱动模块分别设置于四个电动轮集成中，当某一个或某几个轮毂电机发生故障时，对剩余的正常的轮毂电机进行控制；

所述电子测控单元包括驾驶员参数及路径预测模块、图像处理及路径识别模块和容错控制模块，所述方向盘转角传感器、侧向加速度传感器、陀螺仪、GPS系统、四个车速传感器均连接所述驾驶员参数及路径预测模块，所述摄像头连接所述图像处理及路径识别模块，所述驾驶员参数及路径预测模块、图像处理及路径识别模块均连接所述容错控制模块，所述容错控制模块还与四个驱动模块连接；

通过驾驶员参数及路径预测模块对驾驶员参数进行辨识并存储，并根据方向盘的转角及汽车行驶状态预测路径；

通过图像处理及路径识别模块根据摄像头采集的信息识别当前路径；

通过容错控制模块根据驾驶员信息、汽车行驶状态以及当前路径进行分析和判断，并在处理后发出控制信号给驱动模块。

2.一种权利要求1所述的电动轮汽车驾驶员智能容错控制系统的工作方法，其特征在于，所述驾驶员参数及路径预测模块包括以下任务：

任务一、驾驶员参数辨识：建立驾驶员的转向特性模型，并根据电子测控单元接收到的驾驶员在各类驾驶工况下的操作数据，对该模型的参数进行辨识；

驾驶员的转向特性模型为：

其中，θ_sw(s)是驾驶员方向盘转角，G_h是转向增益，τ_L是微分时间常数，τ_d1是驾驶员神经反应滞后时间，τ_d2是驾驶员操纵反应滞后时间，ΔY(s)是预测位置与驾驶员预瞄点的横向位移差；

根据驾驶员视觉预瞄机制，ΔY(s)可描述为：

其中，是驾驶员预瞄点的横向位移，τ_P是预瞄时间，Y(s)、θ(s)分别是当前时刻汽车的横向位移和航向角，L是驾驶员预瞄距离；

驾驶员预瞄距离L可近似描述为：

L＝v_x(s)τ_P；

其中，v_x(s)是汽车纵向速度；

任务二、路径预测：在车辆行驶时，利用驾驶员的转向特性模型以及汽车行驶状态预测车辆路径；

故障容错模块的算法是基于滑模控制算法设计的，滑模面定义为；

θ_swe＝θ_swd-θ_sw

其中，c₁、c₂均为增益且c₁0、c₂0，θ_swd是根据驾驶员的转向特性模型计算的参考方向盘转角。