[发明专利]一种基于故障估计的车辆前轮转角容错控制方法、系统

说明书

本发明属于线控转向技术领域，具体涉及一种基于故障估计的车辆前轮转角容错控制方法、系统。包括如下步骤：S1：建立只存在传感器故障和只存在执行器故障的两个状态空间方程；S2：设计故障观测器，分别监测电机转角传感器故障和转向电机故障电压；S3：设计容错控制器；S4：将故障观测器和容错控制器作为车辆的转向控制器；S5：获取车辆当前状态对应的期望前轮转角，换算出转向电机的期望电机转角；S6：接收转向电机当前的实际转角的信号，计算出期望的电机电压；S7：通过转向电机执行器控制转向电机按照期望电机转角转动，进而实现转角跟踪控制。本发明解决了传感器故障和执行器故障的容错控制问题，以及车辆转向控制系统的硬件过度冗余的问题。

技术领域

本发明属于线控转向技术领域，具体涉及一种基于故障估计的车辆前轮转角容错控制方法、系统。

背景技术

汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，传统汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵转向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。汽车线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性；使得汽车转向系统的性能进一步发展。线控转向技术的操作命令不是通过简单的机械传递，而是需要通过信号控制，所以线控转向系统相较于传统机械式转向系统要复杂得多，对控制精度的要求也更高。

线控转向系统是一种复杂的电子控制系统，在运行过程中常常会出现一些故障；这对车辆的安全性提出巨大的挑战。转向电机是无人驾驶方程式赛车线控转向的核心部件，对其进行故障估计并容错控制，使得转角准确跟随控制，对保障系统的鲁棒性、可靠性、安全性等具有重要的意义。目前已经有一些关于线控转向系统的主动容错控制，但是一般都只单方面考虑传感器故障或者执行器故障发生的情况。例如：中国发明专利实审公开号CN105667577A公开的技术方案，仅仅考虑了线控转向系统存在传感器故障情况下的主动容错控制。而中国发明专利授权公告号CN102320325B和中国发明专利实审公开号CN109733464A公开的技术方案中仅考虑了线控转向系统存在执行器故障情况下的主动容错控制。另外，当发生执行器故障时，传统的车辆中采取的方法是通过双电机实现控制。这样的容错方法的控制效果较好，但是冗余硬件的增加也大大提升了车辆的成本。

发明内容

为了解决现有的现有自动驾驶车辆的线控转向系统无法兼顾传感器故障和执行器故障进行容错控制，且车辆转向控制系统的硬件过度冗余成本高昂的问题；本发明提供一种基于故障估计的车辆前轮转角容错控制方法、系统。

本发明采用以下技术方案实现：

一种基于故障估计的车辆前轮转角容错控制方法，该转角容错控制方法包括如下步骤：

S1：根据车辆线控转向系统的数学模型，建立只存在传感器故障和只存在执行器故障的两个状态空间方程。

S2：根据两个状态空间方程设计故障观测器，故障观测器分别包括用于监测电机转角传感器故障的观测模块一，以及用于监测转向电机故障电压的观测模块二。

S3：设计一个容错控制器，容错控制器根据电机转角传感器故障和转向电机故障电压换算出对应的转向电机的期望电机转角。

S4：将故障观测器和容错控制器应用于车辆的线控转向系统，作为车辆的转向控制器。

S5：获取车辆当前状态对应的期望前轮转角，并由转向控制器根据车辆的期望前轮转角换算出转向电机的期望电机转角。

S6：通过转角传感器接收转向电机当前的实际转角的信号，然后根据期望电机转角和接收到的实际转角计算出期望的电机电压。

S7：根据计算出的期望的电机电压，通过转向电机执行器控制转向电机按照期望电机转角转动，进而通过减速器带动车辆的前轮转动，使得车辆的运行状态达到期望前轮转角。