汽車智能底盤原理及技術(shù) 課件 第6、7章 智能底盤運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、智能底盤冗余及容錯(cuò)技術(shù)

第六章智能底盤運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)智能底盤運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)課前小討論2特斯拉的Autopilot系統(tǒng)和奧迪的TrafficJamAssist系統(tǒng)使用了高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)集成了多個(gè)獨(dú)立的駕駛輔助功能，如車道保持輔助（LKA）、車道偏離預(yù)警（LDW）、自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）等，通過協(xié)同工作來提高車輛的安全性和駕駛體驗(yàn)。國內(nèi)的各大廠商也推出了各自的智能底盤控制系統(tǒng)，智能底盤運(yùn)動(dòng)控制已然成為車輛智能化不可或缺的一環(huán)，你認(rèn)為智能底盤運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)在安全性、可靠性和智能化方面的發(fā)展應(yīng)該是怎樣的，討論自動(dòng)駕駛技術(shù)和智能交通系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)智能底盤運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的影響。第六章

智能底盤運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)3輪胎及車輛模型智能底盤駕駛工況感知底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制底盤縱橫垂協(xié)同控制輪胎及車輛模型1.1輪胎模型4重要性：輪胎與地面的接觸作用是汽車實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的根本原因，輪胎與路面的接觸區(qū)域稱為輪胎的接地印跡，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)輪胎與路面相互作用，產(chǎn)生使汽車實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的力。車輛驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)、轉(zhuǎn)向以及承載均來自于輪胎接地印跡內(nèi)的各方向力和力矩。輪胎結(jié)構(gòu)、材料特性、行駛環(huán)境以及使用工況非常復(fù)雜，輪胎自身在力的傳遞過程中會(huì)發(fā)生較大的變形，使得輪胎成為一個(gè)“側(cè)向-縱向-垂向”復(fù)雜耦合的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，極大增加了輪胎力學(xué)特性研究的難點(diǎn)：輪胎結(jié)構(gòu)、材料特性、行駛環(huán)境以及使用工況非常復(fù)雜，輪胎自身在力的傳遞過程中會(huì)發(fā)生較大的變形，使得輪胎成為一個(gè)“側(cè)向-縱向-垂向”復(fù)雜耦合的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。分類：根據(jù)建模方法的不同主要可以分成：理論模型，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃桶虢?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。輪胎模型輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型5輪胎理論模型也叫分析模型或物理模型，通過對(duì)輪胎真實(shí)物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，分析輪胎印跡內(nèi)的變形機(jī)理，建立對(duì)輪胎力學(xué)特性的數(shù)學(xué)描述。該模型對(duì)于分析輪胎力學(xué)現(xiàn)象的物理本質(zhì)，研究結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)力學(xué)特性的影響等具有重要的意義。理論模型常存在多種簡(jiǎn)化，且形式復(fù)雜、計(jì)算效率低，因此很難在實(shí)際車輛動(dòng)力學(xué)研究中進(jìn)行應(yīng)用。輪胎理論模型輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型6輪胎坐標(biāo)系的X、Y軸設(shè)定在接地平面上，定義Z軸為右手坐標(biāo)系，垂直于路面豎直向上。X軸的正方向設(shè)定為輪胎前進(jìn)方向，以X、Y軸的正方向來規(guī)定Z軸的正方向。輪胎中心點(diǎn)相對(duì)路面的前進(jìn)方向涉及其在接地平面上的投影軸。輪胎行進(jìn)方向軸代表輪胎的（車輛）行駛結(jié)果。輪胎坐標(biāo)系滑移比有多種定義，《汽車工程手冊(cè)》中提到的定義是，如果輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω，輪胎的前進(jìn)速度為v，輪胎的滾動(dòng)半徑（動(dòng)態(tài)負(fù)荷半徑）為r，驅(qū)動(dòng)時(shí)：制動(dòng)時(shí)：輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型7美國汽車工程師學(xué)會(huì)提出的用于描述輪胎六分力的SAE坐標(biāo)系得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)路面提供的接地印跡內(nèi)的分布力，常將其向印跡中心進(jìn)行簡(jiǎn)化，形成一空間力系，稱之為“輪胎六分力”。輪胎坐標(biāo)系SAE坐標(biāo)系規(guī)定：取地球中心方向?yàn)檩S，按照其坐標(biāo)系，輪荷寫為負(fù)，滿足坐標(biāo)系的負(fù)值稱作“法向力（NormalForce）”，其反向值定義為“垂向力（VerticalForce）”，輪荷值使用正號(hào)。側(cè)偏角向右轉(zhuǎn)彎為正、向左轉(zhuǎn)彎為負(fù)，側(cè)向力向右轉(zhuǎn)彎為正、向左轉(zhuǎn)彎為負(fù)。根據(jù)輪胎坐標(biāo)系，通常將輪胎力學(xué)特性分為平面內(nèi)（in-plane）特性及平面外（out-of-plane）特性兩類，平面內(nèi)特性包括輪胎的縱向力、垂直力及滾動(dòng)阻力矩特性，平面外特性包括輪胎的側(cè)向力、回正力矩及翻轉(zhuǎn)力矩特性。輪胎側(cè)偏特性屬于平面外特性。輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型8輪胎剛度支撐著車輛與路面的接觸。徑向剛度（Z軸方向），徑向剛度主要由輪胎胎面環(huán)的剛度和輪胎內(nèi)部空氣的壓力組成，與胎壓基本成正比?？v向剛度主要由胎面膠、胎面環(huán)以及受胎壓支撐的輪胎胎側(cè)剛度構(gòu)成?？v向剛度受胎壓和輪荷的影響比側(cè)向剛度大兩倍以上。在乘用車上，輪胎的縱向剛度通常大于側(cè)向剛度，約為200～400N/mm。側(cè)向剛度（沿Y軸方向）直接影響著輪胎產(chǎn)生的側(cè)向力，主要受到胎面環(huán)剛度的影響，相比徑向剛度，側(cè)向剛度對(duì)胎壓和輪荷的依賴性較小，但與徑向剛度有關(guān)。在乘用車上，輪胎的側(cè)向剛度約為100～200N/mm。扭轉(zhuǎn)剛度（繞Z軸旋轉(zhuǎn)的方向）與轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向反作用力相當(dāng)。它受到胎面環(huán)剛度、胎壓支撐的輪胎胎側(cè)部位剛度和接地形狀的影響。輪胎剛度輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型9輪胎的側(cè)偏特性主要是指?jìng)?cè)偏力、回正力矩與側(cè)偏角的關(guān)系，忽略了回正力矩的影響。當(dāng)輪胎處于一邊滾動(dòng)一邊側(cè)滑狀態(tài)時(shí)，在輪胎上會(huì)發(fā)生摩擦力。此摩擦力在輪胎側(cè)向的分力是側(cè)向力，切向的分力是滾動(dòng)阻力，在與輪胎前進(jìn)方向成直角的分力為側(cè)偏力，而在前進(jìn)方向的分力是側(cè)偏阻力。輪胎的側(cè)偏特性與線性化輪胎模型當(dāng)輪胎側(cè)偏角a不超過5°時(shí)，可以認(rèn)為側(cè)偏力Fy與側(cè)偏角a呈線性關(guān)系，即將輪胎模型簡(jiǎn)化為線性模型。

Fy=Ca在汽車正常行駛時(shí)，側(cè)向加速度通常不超過0.4g，側(cè)偏角不超過4°到5°，可以認(rèn)為側(cè)偏力與側(cè)偏角呈線性關(guān)系。輪胎的側(cè)偏特性曲線在側(cè)偏角a=0處的斜率稱為側(cè)偏剛度k，單位為N/rad或N/(°)。輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型10刷子輪胎模型

刷子輪胎模型基于彈性胎面和剛性胎體的物理假設(shè)，假定輪胎彈性完全集中在具有刷子變形特征的胎面上，而將胎體視為剛性體。刷子輪胎模型考慮輪胎與地面之間的摩擦力和輪胎縱橫向滑移來描述車輛的縱向力和橫向力。每個(gè)車軸上的等效集中車輪力是用單一附著系數(shù)的刷子輪胎模型來建模，等效輪胎可以通過側(cè)向剛度Ca和縱向剛度Ck來表征。輪胎理論模型——刷子模型輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型11Dugoff輪胎模型通過考慮輪胎與地面之間的摩擦力和輪胎側(cè)向滑移來描述車輛的橫向力和縱向力。Dugoff輪胎模型將車輛分為縱向和橫向兩個(gè)方向，并考慮輪胎的側(cè)向力和縱向力對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響。輪胎經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀狣ugoff輪胎模型輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型12魔術(shù)公式輪胎模型是一種利用三角函數(shù)的組合來擬合實(shí)驗(yàn)輪胎數(shù)據(jù)的模型，通過一套形式相同的公式完整地表達(dá)輪胎在不同工況下的縱向力、側(cè)向力、回正力矩、反轉(zhuǎn)力矩以及滾動(dòng)阻力等力學(xué)特性，即使在縱向力和側(cè)向力聯(lián)合作用的情況下，也能給出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。輪胎經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀g(shù)公式輪胎模型魔術(shù)公式的統(tǒng)一表達(dá)形式為：附著橢圓示意圖模型大致分為兩部分：純轉(zhuǎn)向與純制動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出的Pure模型用摩擦橢圓描述轉(zhuǎn)向與制動(dòng)驅(qū)動(dòng)復(fù)合狀態(tài)輸出的復(fù)合模型

輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型純側(cè)偏工況Fy模型在Fy模型方面，首先由于摩擦系數(shù)隨輪胎接地面壓力變化而變化，針對(duì)規(guī)定最大值的常數(shù)D，用摩擦系數(shù)與輪荷成正比的、負(fù)荷的一次函數(shù)公式表現(xiàn)。輪胎經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀g(shù)公式輪胎模型常數(shù)BCD表示剛性值，與載荷的關(guān)系用輪荷的二次函數(shù)公式近似，利用魔術(shù)公式的近似公式，易于對(duì)應(yīng)大載荷區(qū)域的特性。Fy及側(cè)滑角方向的偏置量分別是常數(shù)Sv和Sh，表示外傾角（相當(dāng)于外傾橫向推力）與輪荷（相當(dāng)于變向橫向力）輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型14車輛在高速行駛的過程中，由于不平路面激勵(lì)、制動(dòng)力矩變化、輪胎的不均勻性等因素的影響下，輪胎往往表現(xiàn)為中高頻瞬態(tài)特性。針對(duì)關(guān)乎車輛平順性、耐久性和舒適性的輪胎中高頻力學(xué)特性，環(huán)模型是目前應(yīng)用最廣泛的中高頻輪胎模型。典型的環(huán)模型包括剛性環(huán)輪胎模型和柔性環(huán)輪胎模型，二者都被應(yīng)用于研究輪胎的中高頻特性及其對(duì)整車動(dòng)力學(xué)的影響。輪胎中高頻動(dòng)態(tài)模型輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型15SWIFT輪胎模型（ShortWavelengthIntermediateFrequenczTireModel）是典型的剛性環(huán)輪胎模型。SWIFT輪胎模型主要由四部分組成，包括魔術(shù)公式、接地質(zhì)量塊滑移模型、剛性環(huán)模型和等效路面模型。輪胎中高頻動(dòng)態(tài)模型SWIFT輪胎模型示意圖魔術(shù)公式用來表達(dá)輪胎的非線性穩(wěn)態(tài)特性；接地質(zhì)量塊滑移模型用來表達(dá)輪胎非線性瞬態(tài)特性；剛性環(huán)模型用于表達(dá)胎體的高頻振動(dòng)；串聯(lián)橢圓凸輪等效路面模型用于描述3D不平路面。輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型16FTire輪胎模型（FlexibleRingTireModel）是典型的柔性環(huán)模型。FTire輪胎模型由四部分組成，包括結(jié)構(gòu)模型、胎面模型、熱模型和磨損模型。輪胎中高頻動(dòng)態(tài)模型FTire輪胎模型示意圖結(jié)構(gòu)模型描述輪胎的結(jié)構(gòu)剛度、阻尼和慣性特性胎面模型描述路面高度胎面變形和路面摩擦系數(shù)，并計(jì)算地面壓力和接地印跡。輪胎及車輛模型1.1

輪胎模型17輪胎爆胎后，輪胎的結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致縱向和橫向特性變化，形成與非爆胎輪的力學(xué)特性差異。爆胎后，滾動(dòng)阻力系數(shù)增大10~30倍，側(cè)偏剛度和縱滑剛度下降為正常情況的10%。爆胎輪胎模型爆胎輪胎參數(shù)變化輪胎及車輛模型1.2車輛模型18車輛動(dòng)力學(xué)模型一般用于分析車輛的平順性和車輛操縱性的穩(wěn)定性。建立車輛動(dòng)力學(xué)模型，需要綜合考慮各種實(shí)際因素，準(zhǔn)確反應(yīng)車輛實(shí)時(shí)響應(yīng)。車輛動(dòng)力學(xué)模型大地坐標(biāo)系與車身坐標(biāo)系車身坐標(biāo)系下車輛受力與運(yùn)動(dòng)大地坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)為汽車初始位置時(shí)質(zhì)心在地面的投影O，X軸正向與汽車初始前進(jìn)方向相同，Z軸正方向垂直于地面向上，Y軸分別與X軸、Z軸垂直指向車身側(cè)向，正方向通過右手定則確定。車身坐標(biāo)系定義在車身質(zhì)點(diǎn)o位置，x軸指向汽車的前進(jìn)方向，z軸沿車身垂直線背離地面方向，y軸沿著車身側(cè)向，與x軸、z軸共同構(gòu)成右手坐標(biāo)系。輪胎及車輛模型1.2車輛模型19單軌線性二自由度模型又稱自行車模型，是車輛動(dòng)力學(xué)最為經(jīng)典和基礎(chǔ)的模型車輛動(dòng)力學(xué)模型——二自由度車輛動(dòng)力學(xué)模型只考慮純側(cè)偏輪胎特性，忽略輪胎力的橫縱向耦合關(guān)系，車輛的輪胎滿足側(cè)偏特性處于線性范圍，忽略左、右車輪輪胎由于載荷和路況變化而引起的輪胎側(cè)偏特性的變化以及輪胎回正力矩的作用；忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入，且前輪轉(zhuǎn)角不太大；忽略懸架系統(tǒng)的影響，只考慮車輛平行于地面的平面運(yùn)動(dòng)；不考慮車輛所受縱向力以及縱向速度vx的變化；不考慮車輛的所受的空氣動(dòng)力作用。

輪胎及車輛模型1.2車輛模型20車輛二自由度模型建立在縱向車速恒定的基礎(chǔ)上，只關(guān)注車輛的橫向運(yùn)動(dòng)以及橫擺運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用場(chǎng)景受到限制；三自由度車輛動(dòng)力學(xué)模型是在線性二自由度模型的基礎(chǔ)上考慮了縱向運(yùn)動(dòng)（車輛縱向速度變化），是非線性模型。車輛動(dòng)力學(xué)模型——三自由度車輛動(dòng)力學(xué)模型考慮車輛的橫向運(yùn)動(dòng)、縱向運(yùn)動(dòng)與橫擺運(yùn)動(dòng)假設(shè)車輛左右對(duì)稱，忽略俯仰以及側(cè)傾運(yùn)動(dòng)、空氣動(dòng)力學(xué)、輪胎側(cè)偏特性的變化

輪胎及車輛模型1.2車輛模型21七自由度車輛模型是在三自由度車輛模型的基礎(chǔ)上增加了4個(gè)輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)，包括車輛的橫擺、側(cè)向和縱向運(yùn)動(dòng)過程的分析，也考慮了載荷對(duì)輪胎特性的影響，加入了滑移率這一對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)有重要影響的變量，盡可能考慮輪胎特性對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)過程的影響，減少過多自由度對(duì)仿真效率的影響。車輛動(dòng)力學(xué)模型——七自由度車輛動(dòng)力學(xué)模型考慮車輛的橫向運(yùn)動(dòng)、縱向運(yùn)動(dòng)與橫擺運(yùn)動(dòng)考慮輪胎模型和輪胎動(dòng)力學(xué)模型引入滑移率

輪胎及車輛模型1.2車輛模型22車輛十四自由度動(dòng)力學(xué)模型將車輛視為一個(gè)多剛體系統(tǒng)，包括一個(gè)簧上質(zhì)量剛體和四個(gè)非簧上質(zhì)量剛體。自由度包括四個(gè)車輪的縱向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、轉(zhuǎn)向自由度和車體的六個(gè)自由度（縱向、橫向、垂向平動(dòng)和翻滾、俯仰和橫擺運(yùn)動(dòng)）。子系統(tǒng)模型可劃分為：驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、制動(dòng)系統(tǒng)模型、懸架系統(tǒng)模型、輪胎模型、輪胎動(dòng)力學(xué)模型和車身動(dòng)力學(xué)模型。車輛動(dòng)力學(xué)模型——十四自由度車輛動(dòng)力學(xué)模型十四自由度車輛平面運(yùn)動(dòng)模型十四自由度車輛垂向運(yùn)動(dòng)模型第六章

智能底盤運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)23輪胎及車輛模型智能底盤駕駛工況感知底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制底盤縱橫垂協(xié)同控制智能底盤駕駛工況感知2.1駕駛員意圖識(shí)別24駕駛意圖是指駕駛員對(duì)車輛下一步行動(dòng)的目標(biāo)、方向的預(yù)期規(guī)劃，作為駕駛員的主觀考慮，其受到外部壞境因素如道路走向和寬度變化、其他車輛運(yùn)動(dòng)等影響，同時(shí)也會(huì)反過來作用于道路上其他交通參與者。駕駛員意圖識(shí)別駕駛員意圖識(shí)別主要任務(wù)主要方法參數(shù)選取制動(dòng)意圖識(shí)別轉(zhuǎn)向意圖識(shí)別邏輯門限方法機(jī)器學(xué)習(xí)方法機(jī)器學(xué)習(xí)方法駕駛員行為車輛狀態(tài)參數(shù)周圍道路環(huán)境駕駛員狀態(tài)行為包括方向盤轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、制動(dòng)踏板和油門踏板的踩踏情況、駕駛員頭部轉(zhuǎn)向、視覺信息等自車車輛狀態(tài)包括車速、道路位置、縱橫向加速度、偏航角等周圍道路環(huán)境則涵蓋車路位置變化、周邊其他車輛、障礙物、非機(jī)動(dòng)車輛、行人以及交通信號(hào)等。讓駕駛員成為機(jī)器決策的重要參考，降低人機(jī)沖突，從而提高機(jī)器決策的正確性，減少駕駛員因機(jī)器決策導(dǎo)致的不適感。目的智能底盤駕駛工況感知2.1駕駛員意圖識(shí)別25在駕駛過程中，駕駛員往往會(huì)進(jìn)行下意識(shí)的增減速動(dòng)作，依賴習(xí)慣來踩下制動(dòng)踏板。通常情況下，駕駛員的制動(dòng)意圖可以分為兩類：常規(guī)制動(dòng)和緊急制動(dòng)。常規(guī)制動(dòng)，旨在提供迅速、穩(wěn)定、平緩的制動(dòng)體驗(yàn)；緊急制動(dòng)，指在緊急情況下駕駛員迅速踩下制動(dòng)踏板，盡可能增加制動(dòng)力以減少制動(dòng)距離。絕大多數(shù)駕駛員制動(dòng)意圖識(shí)別相關(guān)的研究通常使用踏板位移、踏板速度、踏板力等駕駛員狀態(tài)行為和制動(dòng)初速度、減速度等自車車輛狀態(tài)作為識(shí)別參數(shù)。制動(dòng)意圖識(shí)別智能底盤駕駛工況感知2.1駕駛員意圖識(shí)別26駕駛員制動(dòng)意圖識(shí)別方法主要有邏輯門限方法、機(jī)器學(xué)習(xí)算法等。邏輯門限方法:駕駛員的制動(dòng)動(dòng)作通過相對(duì)位移傳感器采集到控制器，可以通過邏輯門限判斷駕駛員的基本意圖，包括制動(dòng)、退出制動(dòng)或保持制動(dòng)。在緊急制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)踏板的速度非常大，相對(duì)位移通常較大。在這種情況下，制動(dòng)主缸壓力以及主缸壓力的變化率可以綜合反映駕駛員的制動(dòng)意圖。制動(dòng)意圖識(shí)別該方法以制動(dòng)踏板位移和制動(dòng)踏板速度作為參數(shù)進(jìn)行制動(dòng)意圖識(shí)別根據(jù)制動(dòng)踏板位移將制動(dòng)過程分為不同的階段，包括空行程階段、中強(qiáng)度階段和大強(qiáng)度階段，結(jié)合不同踏板速度下的踏板位移將制動(dòng)意圖分為常規(guī)制動(dòng)區(qū)、過渡區(qū)和緊急制動(dòng)區(qū)等不同的區(qū)域。智能底盤駕駛工況感知2.1駕駛員意圖識(shí)別27支持向量機(jī)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、LSTM等機(jī)器學(xué)習(xí)方法也被應(yīng)用于制動(dòng)意圖的識(shí)別中。支持向量機(jī)（supportvectormachines,SVM）：是一類按監(jiān)督學(xué)習(xí)方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二元分類的廣義線性分類器，其決策邊界是對(duì)學(xué)習(xí)樣本求解的最大邊距超平面。SVM可以通過核方法進(jìn)行非線性分類。制動(dòng)意圖識(shí)別SVM決策函數(shù)為通過二次優(yōu)化，得到智能底盤駕駛工況感知2.1駕駛員意圖識(shí)別28反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：是一種基于誤差反向傳播算法（BackPropagationAlgorithm）的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以用來解決分類問題。制動(dòng)意圖識(shí)別BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖隱含層輸出計(jì)算輸出層輸出計(jì)算誤差計(jì)算權(quán)值更新智能底盤駕駛工況感知2.1駕駛員意圖識(shí)別29長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）：是循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)的一種，過設(shè)計(jì)門限結(jié)構(gòu)解決長(zhǎng)期依賴問題，可以應(yīng)對(duì)RNN中的梯度衰減問題，并更好地捕捉時(shí)間序列中時(shí)間步距離較大的依賴關(guān)系。LSTM的輸入門、遺忘門和輸出門可以控制信息的流動(dòng)。制動(dòng)意圖識(shí)別遺忘門輸入門輸出門智能底盤駕駛工況感知2.1駕駛員意圖識(shí)別30針對(duì)駕駛員轉(zhuǎn)向意圖識(shí)別的研究主要集中在車輛換道意圖的預(yù)測(cè)識(shí)別上。換道行為是車輛駕駛過程中的普遍行為，不當(dāng)?shù)膿Q道行為會(huì)導(dǎo)致車輛追尾、碰撞等交通事故，影響道路通行能力和人們的生命安全。轉(zhuǎn)向意圖識(shí)別基于條件隨機(jī)場(chǎng)（CRF）的駕駛員換道意圖識(shí)別方法主要利用CRF在序列標(biāo)注任務(wù)中的優(yōu)勢(shì)，對(duì)駕駛員的換道行為進(jìn)行建模和識(shí)別。條件隨機(jī)場(chǎng)結(jié)合了最大熵模型和隱馬爾可夫模型的特點(diǎn)，是一種無向圖模型，該方法能夠充分利用序列數(shù)據(jù)中的長(zhǎng)距離依賴性和交疊性特征，對(duì)駕駛員的換道意圖進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。智能底盤駕駛工況感知2.2路面狀態(tài)觀測(cè)31通過路面狀態(tài)觀測(cè)，可以得到路面的附著系數(shù)和對(duì)應(yīng)的路面類型，對(duì)控制策略、標(biāo)定參數(shù)進(jìn)行工況切換，使得控制參數(shù)與駕駛工況相匹配，顯著提升控制效果。在具體實(shí)施過程中，只有當(dāng)輪胎的縱向力、側(cè)向力突破了地面附著力產(chǎn)生了明顯的縱滑或者側(cè)滑之后，才能判斷對(duì)路面狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)。當(dāng)前主流的智能底盤架構(gòu)往往采用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源，電機(jī)控制器可估算得到電機(jī)扭矩，估算偏差在僅為3%~5%?；诠浪汶姍C(jī)扭矩可以得到輪端的縱向驅(qū)動(dòng)力，結(jié)合輪胎模型可估算得到路面附著系數(shù)。轉(zhuǎn)向意圖識(shí)別第六章

智能底盤運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)32輪胎及車輛模型智能底盤駕駛工況感知底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制底盤縱橫垂協(xié)同控制底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制3.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩控制33電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩控制主要解決車輛在急加速或在濕滑/惡劣路面行駛時(shí)，車輛驅(qū)動(dòng)力超過路面最大附著力，導(dǎo)致車輪滑轉(zhuǎn)，從而使車輛動(dòng)力性和操控穩(wěn)定性變差的問題。驅(qū)動(dòng)防滑控制主要通過減少滑轉(zhuǎn)車輪驅(qū)動(dòng)扭矩或?qū)υ撥囕喪┘又苿?dòng)力矩，來抑制車輪的滑轉(zhuǎn)趨勢(shì)，從而提高車輛在濕滑/惡劣路面上的行駛穩(wěn)定性和安全性。驅(qū)動(dòng)防滑控制輪胎縱向力與車輪滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系通常用滑轉(zhuǎn)率來表征車輪的滑轉(zhuǎn)程度，其等于輪速減車速的差除以輪速驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)將車輪的滑轉(zhuǎn)率控制在20%附近，以獲得最佳的動(dòng)力性能底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制3.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩控制34驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)主要通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輪轉(zhuǎn)速，來判斷車輪是否出現(xiàn)打滑的情況，進(jìn)而根據(jù)車輪滑轉(zhuǎn)的程度，來控制車輪的驅(qū)動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)防滑控制驅(qū)動(dòng)防滑控制過程第1階段：識(shí)別到車輪滑轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)防滑功能激活并快速降低扭矩，防止車輪滑轉(zhuǎn)加劇。第2階段：降低扭矩后車輪滑轉(zhuǎn)程度降低，為避免喪失過多動(dòng)力性，逐漸恢復(fù)驅(qū)動(dòng)扭矩。第3階段：經(jīng)過降低扭矩和恢復(fù)扭矩階段后，輪速逐漸穩(wěn)定，進(jìn)入穩(wěn)定控制階段。底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制3.2電機(jī)回饋扭矩控制35電機(jī)回饋是指在車輛制動(dòng)過程中，車輪通過傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)切割定子繞組，定子繞組產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，對(duì)車輛產(chǎn)生制動(dòng)。電機(jī)回饋控制功能通過電機(jī)回饋為整車提供制動(dòng)力使其減速，同時(shí)將整車部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能存儲(chǔ)到電池中，提高整車?yán)m(xù)航里程?；谢仞伖δ?、制動(dòng)回饋功能、滑行回饋防抱死功能是目前最為常見的三種電機(jī)回饋控制功能。電機(jī)回饋扭矩控制智能底盤駕駛工況感知3.2電機(jī)回饋扭矩控制36滑行回饋功能是指高車速松油門行駛，利用電機(jī)發(fā)電進(jìn)行回饋控制?；谢仞伖δ芨鶕?jù)車速一般可分為兩個(gè)控制區(qū)間：高速協(xié)調(diào)區(qū)、低速衰減區(qū)?；谢仞伩刂聘咚傧拢嚨目諝庾枇蜐L動(dòng)阻力較大，滑行回饋功能根據(jù)阻力的大小對(duì)電機(jī)回饋扭矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，來保證高速滑行工況下減速度的一致性；低速下，為避免回饋扭矩過大，導(dǎo)致車輪反轉(zhuǎn)，車輛往后行駛等不安全問題，當(dāng)車速低于一定閾值時(shí)，電機(jī)回饋扭矩開始逐漸衰減至零。底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制3.2電機(jī)回饋扭矩控制37電機(jī)制動(dòng)力與液壓制動(dòng)力可根據(jù)駕駛員需求實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)配比，避免了電池充電功率、電機(jī)轉(zhuǎn)速和溫度等對(duì)整車減速度一致性的影響，同時(shí)為電機(jī)回饋更多制動(dòng)力提供了可能。新能源汽車的電機(jī)回饋能力一般不低于3m/s。電機(jī)制動(dòng)回饋控制用戶制動(dòng)深度需求有90.1%落在了(0~30%]制動(dòng)深度區(qū)間，對(duì)應(yīng)制動(dòng)減速度區(qū)間(0~3m/s2]，所以電機(jī)回饋能力可滿足大部分的日常駕駛低速下，為避免回饋扭矩過大，導(dǎo)致車輪反轉(zhuǎn)，車輛往后行駛等不安全問題，當(dāng)車速低于一定閾值時(shí)，電機(jī)回饋扭矩開始逐漸衰減至零。再生協(xié)調(diào)制動(dòng)功能將駕駛員需求制動(dòng)力分配給電機(jī)制動(dòng)力和液壓制動(dòng)力用戶制動(dòng)落點(diǎn)情況底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制3.2電機(jī)回饋扭矩控制38新能源電動(dòng)汽車滑行工況時(shí)，主要由電機(jī)再生制動(dòng)提供制動(dòng)力，當(dāng)車輛行駛在冰面、濕瓷磚等路面時(shí)，可能因電機(jī)再生制動(dòng)力超過地面制動(dòng)力造成車輪抱死?；谢仞伔辣涝谲囕v滑行過程中識(shí)別一個(gè)或幾個(gè)車輪的抱死傾向，并精準(zhǔn)調(diào)節(jié)電機(jī)回饋扭矩，使車輪處于最佳滑移狀態(tài)，避免車輪抱死，使汽車得到控制?；谢仞伔辣揽刂齐姍C(jī)回饋控制與液壓制動(dòng)控制對(duì)比底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制3.3速度跟蹤控制39在速度跟蹤控制器設(shè)計(jì)方面，典型的方法可以分為基于無模型的控制方法、基于最優(yōu)控制方法、魯棒控制方法和混合控制方法等?；跓o模型的控制方法就是在設(shè)計(jì)控制器時(shí)不考慮被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，通過某些規(guī)則獲得最終控制率的方法?；跓o模型的控制方法PID控制模糊控制底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制3.3速度跟蹤控制40基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法需要離線訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集、模型更新存在挑戰(zhàn)基于無模型的控制方法BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)使用反向傳播（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)速度控制，以模擬駕駛員的速度調(diào)整策略?；趶?qiáng)化學(xué)習(xí)的駕駛員行為學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)仿人控制。底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制3.3速度跟蹤控制41基于最優(yōu)控制的控制方法基于無模型的控制方法線性二次規(guī)劃控制模型預(yù)測(cè)控制線性二次規(guī)劃控制（LQR）基于線性系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋求解Riccati方程直接得到控制律，計(jì)算量較小缺點(diǎn)：無法處理輸入和狀態(tài)的約束問題模型預(yù)測(cè)控制（MPC）直接處理控制輸入和狀態(tài)的約束問題預(yù)測(cè)模型未來的行為，優(yōu)化當(dāng)前的控制輸入來最小化目標(biāo)函數(shù)，控制效果好缺點(diǎn)：計(jì)算復(fù)雜，依賴精確模型底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制3.3速度跟蹤控制42魯棒控制方法基于無模型的控制方法滑模控制反演控制滑?？刂圃O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用響應(yīng)快速對(duì)參數(shù)變化和擾動(dòng)不靈敏（魯棒性）缺點(diǎn)：存在抖振問題反演控制將復(fù)雜的非線性系統(tǒng)分解成簡(jiǎn)單和低階的系統(tǒng)選取Lyapunov(李雅普諾夫)函數(shù)來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性魯棒性好，不存在抖振缺點(diǎn)：計(jì)算復(fù)雜第六章

智能底盤運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)43輪胎及車輛模型智能底盤駕駛工況感知底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制底盤縱橫垂協(xié)同控制底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制4.1軌跡跟蹤控制軌跡跟蹤控制44軌跡跟蹤控制基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)結(jié)合的方法軌跡跟蹤控制純跟蹤算法（PurePursuit）斯坦利算法（Stanley）PID控制基于最優(yōu)控制的方法魯棒控制方法基于學(xué)習(xí)的控制方法確保車輛能夠精確跟隨預(yù)設(shè)的行駛路徑，減少與理想軌跡的偏差；同時(shí)能夠保證在不同路況和車速下，保持車輛的穩(wěn)定姿態(tài)，防止側(cè)滑、側(cè)翻等危險(xiǎn)情況的發(fā)生。主要有：基于幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)的跟蹤控制算法，和基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型結(jié)合的跟蹤算法。底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制4.1軌跡跟蹤控制基于幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)的跟蹤控制算法45純跟蹤控制算法（PurePursuit，PP）是一種典型的橫向控制方法，該方法對(duì)外界的魯棒性較好。PP算法利用期望路徑與行駛路徑的距離偏差來測(cè)量汽車位置信息、前輪轉(zhuǎn)向角數(shù)據(jù)，來實(shí)現(xiàn)智能汽車的路徑跟蹤。根據(jù)幾何關(guān)系：可得車輛轉(zhuǎn)向半徑為：結(jié)合阿克曼轉(zhuǎn)向模型，可以計(jì)算出前輪轉(zhuǎn)向角：PP方法簡(jiǎn)便，對(duì)路面曲率擾動(dòng)有較強(qiáng)的抗干擾能力，但其對(duì)前視點(diǎn)選取的依賴性強(qiáng)，且最優(yōu)化結(jié)果難以獲得；沒有考慮動(dòng)力學(xué)特性底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制4.1軌跡跟蹤控制基于幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)的跟蹤控制算法46Stanley算法是根據(jù)前輪中心的路徑跟蹤偏差值進(jìn)行計(jì)算，得到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向控制量。前輪轉(zhuǎn)角的控制變量主要包括2個(gè)方面：1）航向誤差形成的轉(zhuǎn)角，就是期望軌跡上與車身最近點(diǎn)的切線方向與車輛方向的夾角。2）由橫向誤差造成的夾角，也就是在側(cè)向偏差下，前軸車輪的中心與期望軌跡最近的點(diǎn)之間的夾角。與純跟蹤算法相比，Stanley優(yōu)勢(shì)在于該算法同時(shí)兼顧了車輛偏航角和車輛與跟蹤路徑之間的橫向誤差，其核心思路是根據(jù)前輪的軌跡追蹤偏移量來確定轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向控制量。Stanley運(yùn)動(dòng)學(xué)模型示意圖底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制4.1軌跡跟蹤控制基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型的跟蹤算法47模型預(yù)測(cè)控制是目前在控制領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的最優(yōu)控制策略，它一般分為四個(gè)步驟：模型線性化、模型離散化、模型預(yù)測(cè)和滾動(dòng)優(yōu)化。在軌跡跟中控制過程中需要考慮如下約束：1）加速度約束對(duì)于智能汽車的橫向運(yùn)動(dòng)，可以對(duì)側(cè)向加速度設(shè)置約束，同時(shí)為避免約束區(qū)間較小而導(dǎo)致MPC求解失敗，將約束設(shè)置為軟約束：2）前輪轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)角增量約束，每周期控制量和控制量增量變化如果較大，會(huì)使車輛轉(zhuǎn)向產(chǎn)生跳變，同時(shí)也不符合人類的實(shí)際駕駛行為3）輪胎側(cè)偏角約束4）質(zhì)心側(cè)偏角約束底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制4.2主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制主動(dòng)轉(zhuǎn)向48主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本原理都是通過改變前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)而改變輪胎力，包括縱向力和側(cè)向力，產(chǎn)生一個(gè)可以保證汽車穩(wěn)定性的補(bǔ)償橫擺力矩來保證汽車的穩(wěn)定性。1）理想的轉(zhuǎn)向特性對(duì)于駕駛員而言，在具有適當(dāng)不足轉(zhuǎn)向特性的線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的車輛具有較好的操縱穩(wěn)定性并且更易于控制。因此，線性二自由度車輛的轉(zhuǎn)向特性常常被作為車輛的理想轉(zhuǎn)向特性?？梢酝茖?dǎo)出車輛穩(wěn)態(tài)時(shí)的橫擺角速度如下：側(cè)向加速度必須滿足輪胎最大附著力的限制：理想橫擺角速度:底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制4.2主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制基于自抗擾控制的橫擺角速度反饋主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制49基于橫擺角速度反饋的車輛橫擺穩(wěn)定性控制的目的就是通過控制前輪轉(zhuǎn)角確保車輛實(shí)際的橫擺角速度跟蹤理想的橫擺角速度。自抗擾控制的本質(zhì)是利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器來估計(jì)和補(bǔ)償系統(tǒng)的總擾動(dòng)，從而具有強(qiáng)魯棒性。自抗擾控制器是由跟蹤微分器、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和非線性狀態(tài)誤差反饋構(gòu)成的。底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制4.2主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制基于自抗擾控制的橫擺角速度反饋主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制50橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角之間的傳遞函數(shù)為：拉普拉斯反變換后：假設(shè)f可微，將f作為新的狀態(tài)變量進(jìn)行擴(kuò)張：底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制4.2主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制基于自抗擾控制的橫擺角速度反饋主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制51構(gòu)建如下狀態(tài)觀測(cè)器：e1為狀態(tài)x1的估計(jì)誤差，z1，z2，z3為狀態(tài)x1，x2，x3的估計(jì)值設(shè)計(jì)系統(tǒng)的跟蹤微分器：第六章

智能底盤運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)52輪胎及車輛模型智能底盤駕駛工況感知底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制底盤縱橫垂協(xié)同控制底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.1懸架系統(tǒng)控制模型常用的動(dòng)力學(xué)模型53通常應(yīng)用動(dòng)力學(xué)的模型包括：（1）7自由度整車模型：車身的垂向，俯仰和側(cè)傾自由度，4個(gè)車輪的垂向自由度；（2）4自由度半車模型：車身的垂向和俯仰自由度，2個(gè)車輪的垂向自由度；（3）2自由度1/4車模型：車身的垂向自由度，1個(gè)車輪的垂向自由度。上述3種模型存在轉(zhuǎn)化關(guān)系。當(dāng)認(rèn)為車輛沿xoz平面完全對(duì)稱，且兩側(cè)道路的激勵(lì)完全一致時(shí)，整車模型可近似為半車模型。當(dāng)懸掛質(zhì)量分配系數(shù)為1時(shí)，前后懸架的運(yùn)動(dòng)互不關(guān)聯(lián)，半車模型可轉(zhuǎn)換為1/4車模型進(jìn)行獨(dú)立分析。底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.1懸架系統(tǒng)控制模型1/4車模型541/4車模型只能反映車輛垂直振動(dòng)特性，可以通過車體垂直振動(dòng)加速度和車輪動(dòng)載荷來評(píng)價(jià)車輛行駛平順性和路面附著性等車輛行駛性能指標(biāo)。該模型假設(shè)：（1）車體彈性中心與質(zhì)心重合；（2）車體為剛體，乘員與車體運(yùn)動(dòng)一致；（3）車輪與路面之間不存在滑動(dòng)狀態(tài)，并且車輪始終與地面相接觸；（4）車輪垂直振動(dòng)特性簡(jiǎn)化為一個(gè)不考慮阻尼作用的彈簧；（5）車輛左右兩側(cè)懸架系統(tǒng)完全對(duì)稱，可分開考慮；（6）車輛前后懸架系統(tǒng)完全獨(dú)立無干涉，無耦合影響。底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.1懸架系統(tǒng)控制模型1/4車模型55被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架（阻尼可調(diào)式）、主動(dòng)懸架的1/4模型的一般形式：被動(dòng)懸架主動(dòng)懸架半主動(dòng)懸架底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.1懸架系統(tǒng)控制模型1/4車模型56三種懸架系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型可以統(tǒng)一表述為：（1）被動(dòng)懸架：取控制力F=0;（2）半主動(dòng)懸架：將零場(chǎng)阻尼等效為被動(dòng)減振器阻尼，即Cs=C0，

將可調(diào)阻尼產(chǎn)生的尼力表述為控制力，即（3）主動(dòng)懸架：控制力由作動(dòng)器給定，并定義范圍

狀態(tài)空間方程表示：U=FW=xr底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.2半主動(dòng)懸架典型控制算法面向平順性控制——天棚控制57天棚控制（Skyhook，SH）的原理是在車身與假想的“天棚”之間，通過一個(gè)虛擬的阻尼器，將之“連接”起來，以減少車身的垂向振動(dòng)。天棚控制原理示意圖動(dòng)力學(xué)模型表述為：式中csky——天棚控制的阻尼系數(shù)。期望的控制力為：該期望控制力由阻尼可調(diào)減振器產(chǎn)生，且實(shí)際控制力取決于可調(diào)阻尼及當(dāng)前的懸架變形速度：底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.2半主動(dòng)懸架典型控制算法面向平順性控制——天棚控制58對(duì)于連續(xù)型半主動(dòng)懸架，可調(diào)阻尼cf的取值方式為：由于阻尼的非負(fù)性，半主動(dòng)懸架只能產(chǎn)生和同方向的作用力，而期望的控制力則與車身速度同向。因此，當(dāng)

與反向時(shí)，無法產(chǎn)生期望的控制力。底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.2半主動(dòng)懸架典型控制算法面向平順性控制——天棚控制59對(duì)于切換式半主動(dòng)懸架系統(tǒng)，討論僅有cf-min和cf-max兩個(gè)阻尼系數(shù)可調(diào)的減振器，開關(guān)型天棚控制：該控制策略由與的符號(hào)決定阻尼的取值，因此也稱為狀態(tài)判定的天棚控制算法序號(hào)阻尼選取懸架狀態(tài)1正正正正車身向上運(yùn)動(dòng)，車輪慢速向上運(yùn)動(dòng)2正負(fù)正正車身向上運(yùn)動(dòng)，車輪向下運(yùn)動(dòng)3負(fù)正負(fù)正車身向下運(yùn)動(dòng)，車輪向上運(yùn)動(dòng)4負(fù)負(fù)負(fù)正車身向下運(yùn)動(dòng)，車輪慢速向下運(yùn)動(dòng)5正正負(fù)負(fù)車身向上運(yùn)動(dòng)，車輪快速向上運(yùn)動(dòng)6負(fù)負(fù)負(fù)負(fù)車身向下運(yùn)動(dòng)，車輪快速向下運(yùn)動(dòng)底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.2半主動(dòng)懸架典型控制算法面向平順性控制——天棚控制60線性近似天棚控制，該模型不僅單獨(dú)針對(duì)車身引入了天棚阻尼（1-a）csky，且針對(duì)車身和車輪同樣引入了阻尼co+acsky線性近似天棚控制原理示意圖動(dòng)力學(xué)模型表述為：式中a——調(diào)整閉環(huán)控制性能的參數(shù)期望控制力為：得到可調(diào)阻尼cf的取值方式為：底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.2半主動(dòng)懸架典型控制算法面向平順性控制——ADD控制61加速度驅(qū)動(dòng)的阻尼控制（AccelerationDrivenDamperControl，ADD）是基于最優(yōu)控制的思想提出的一種半主動(dòng)控制策略。在表現(xiàn)形式上，ADD與天棚控制是類似的，相當(dāng)于用慣容替代了天棚阻尼，ADD控制原理示意圖慣容是一種加速度型的結(jié)構(gòu)控制元件，減振器通過速度產(chǎn)生力，慣容器則通過加速度產(chǎn)生力,將

以

替代后，可得到ADD控制原理的動(dòng)力學(xué)模型:底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.2半主動(dòng)懸架典型控制算法面向平順性控制——ADD控制62對(duì)于連續(xù)型半主動(dòng)懸架，可調(diào)阻尼cf的取值方式為：對(duì)于換型半主動(dòng)懸架半主動(dòng)懸架，可調(diào)阻尼cf的取值方式為：底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.2半主動(dòng)懸架典型控制算法面向路面附著性控制——地棚控制63地棚算法假設(shè)一個(gè)地面和假想固定不動(dòng)的“地棚”，通過一個(gè)虛構(gòu)的阻尼器“連接”起來，以減少車輪的垂向振動(dòng)地棚控制原理示意圖動(dòng)力學(xué)模型表述為：地棚控制中的期望作用力為：底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.2半主動(dòng)懸架典型控制算法面向路面附著性控制——地棚控制64對(duì)于連續(xù)型半主動(dòng)懸架，可調(diào)阻尼cf的取值方式為：對(duì)于換型半主動(dòng)懸架半主動(dòng)懸架，可調(diào)阻尼cf的取值方式為：底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.2半主動(dòng)懸架典型控制算法面向路面附著性控制——地棚控制65線性近似地棚控制：線性近似地棚控制原理示意圖期望控制力為：可調(diào)阻尼cf的取值方式為：底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.2半主動(dòng)懸架典型控制算法混合算法——SH-ADD66在平順性控制方面，天棚控制和ADD控制在頻域上是互補(bǔ)的，將二者結(jié)合的關(guān)鍵點(diǎn)在于頻段選擇器的設(shè)計(jì)，即如何判斷當(dāng)前的頻率，并對(duì)天棚控制和ADD控制進(jìn)行選擇。

是一個(gè)簡(jiǎn)單有效的頻段選擇器，其中表示低頻和高頻之間的頻率界限，其應(yīng)當(dāng)被設(shè)置為天棚控制和ADD控制的交叉頻率，且當(dāng)時(shí)其值小于零時(shí)，選用天棚控制，反之則選用ADD控制。例：考慮一個(gè)單頻信號(hào)

，從而分頻函數(shù)可以整理為：針對(duì)連續(xù)型半主動(dòng)懸架可調(diào)阻尼：針對(duì)切換型半主動(dòng)懸架可調(diào)阻尼：底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.2半主動(dòng)懸架典型控制算法混合算法——單傳感器混合算法基本原理是利用軟硬被動(dòng)懸架的性能互補(bǔ)：大阻尼懸架能較好地地抑制車身共振，但其在高頻段的濾波性能較差，而小阻尼懸架可以確保最佳的濾波效果，但缺點(diǎn)是很難抑制車身共振，即高頻表現(xiàn)良好。在阻尼不動(dòng)點(diǎn)（略高于車身共振頻率），軟硬懸架系統(tǒng)具有相同的減振性能，且與阻尼系數(shù)無關(guān)。因此軟硬懸架也在頻率范圍內(nèi)具有互補(bǔ)的特性，并可將ε設(shè)置為阻尼不動(dòng)點(diǎn)的頻率，對(duì)應(yīng)可調(diào)阻尼Cf的取值方式為：由于可以通過積分得到，實(shí)現(xiàn)這種控制算法僅需車身的加速度傳感器底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.2半主動(dòng)懸架典型控制算法混合算法——SH-GH地棚控制只能夠改善車輛路面附著性，而惡化車輛行駛平順性；天棚控制效果與地棚控制正相反，可以改善車輛行駛平順性而惡化路面附著性。將這兩種控制算法混合使用以獲得更好的車輛行駛性能，即為天棚地棚混合控制。期望的天棚地棚混合控制力為：式中β——控制力調(diào)節(jié)系數(shù)，β∈【0，1】當(dāng)β較大時(shí)更側(cè)重平順性，β較小時(shí)更側(cè)重路面附著性。β的確定依賴于當(dāng)前的駕駛需求，是需要合理確定的量。底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.3主動(dòng)懸架典型控制算法天棚控制引入執(zhí)行器給定的主動(dòng)控制力范圍[Fmin,Fmax]對(duì)期望天棚控制力進(jìn)行限幅，即可得到實(shí)際的懸架控制力F。針對(duì)基本形式的天棚控制策略，表述為：針對(duì)線性近似的天棚控制策略，表述為：主動(dòng)懸架系統(tǒng)雖然相較半主動(dòng)懸架更容易產(chǎn)生期望的控制力，但由于主動(dòng)懸架是有源系統(tǒng)，由于執(zhí)行器的時(shí)滯或傳感器失效等問題，實(shí)際控制力有可能與期望控制力產(chǎn)生過大的偏差，反而導(dǎo)致控制惡化。底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制5.3主動(dòng)懸架典型控制算法LQR控制LQR主動(dòng)控制算法的關(guān)鍵在于權(quán)重矩陣Q和R的設(shè)計(jì)且一般無規(guī)律可循，通常采用試湊的方法來確定權(quán)矩陣的值，該方法的局限性在于效率較低，且難以得到較優(yōu)的解。主動(dòng)懸架的能量消耗量也是必須考慮的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可用主動(dòng)控制力來表示，將上述性能指標(biāo)定義為：結(jié)合系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程，性能指標(biāo)可轉(zhuǎn)化為：作動(dòng)器的最優(yōu)控制矩陣為：第六章

智能底盤運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)71輪胎及車輛模型智能底盤駕駛工況感知底盤縱向運(yùn)動(dòng)控制底盤橫向運(yùn)動(dòng)控制底盤垂向運(yùn)動(dòng)控制底盤縱橫垂協(xié)同控制底盤縱橫垂協(xié)同控制6.1多系統(tǒng)協(xié)同控制架構(gòu)目前底盤一體化控制技術(shù)或稱底盤集成控制系統(tǒng)主要對(duì)車輛的縱向、橫向以及垂向進(jìn)行分散、集成或是協(xié)同控制，以期望達(dá)到提升車輛安全性、操縱性甚至是舒適性的目標(biāo)。車輛底盤系統(tǒng)協(xié)同控制架構(gòu)主要分為分散式控制架構(gòu)、集中式控制架構(gòu)、分層式控制架構(gòu)。分散式控制架構(gòu)集中式控制架構(gòu)分層式控制架構(gòu)用一個(gè)集中控制器代替了所有子系統(tǒng)的控制器，集成化程度最高各個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)控制，系統(tǒng)模塊化，功能易于擴(kuò)展與更新兼顧分散式和集中式架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)底盤縱橫垂協(xié)同控制6.1多系統(tǒng)協(xié)同控制縱向-橫向協(xié)同控制縱-橫向協(xié)同控制系統(tǒng)通過改變輪胎的縱向力、側(cè)向力可以直接影響車輛的縱向、橫向及橫擺運(yùn)動(dòng)，其控制目標(biāo)是將車輛的滑移率、橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角等指標(biāo)控制在理想閾值以內(nèi)。典型非線性縱-橫控制結(jié)構(gòu)圖基于模型預(yù)測(cè)控制的非線性控制分配策略將控制器分為上下兩層：上層運(yùn)動(dòng)控制層基于參考模型計(jì)算得到期望質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度，并通過三步法計(jì)算得到車輛前輪轉(zhuǎn)角和橫擺力矩。下層通過模型預(yù)測(cè)控制算法以控制滑移率為目標(biāo)并考慮了實(shí)際約束對(duì)四輪轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分配，最后達(dá)到控制目標(biāo)。底盤縱橫垂協(xié)同控制6.1多系統(tǒng)協(xié)同控制縱向-橫向協(xié)同控制分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車扭矩矢量控制（VTC）也是典型的縱向-橫向協(xié)同控制。經(jīng)典的三電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，后軸左右兩個(gè)電機(jī)能夠根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖單獨(dú)控制左右車輪的驅(qū)動(dòng)扭矩，形成附加橫擺力矩影響整車的橫擺響應(yīng)，是典型的基于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的縱向-橫向協(xié)同控制系統(tǒng)。差扭與橫擺的關(guān)系扭矩矢量控制（TVC）系統(tǒng)框圖底盤縱橫垂協(xié)同控制6.1多系統(tǒng)協(xié)同控制縱向-垂向協(xié)同控制縱向-垂向協(xié)同的基本原理是基于車輛的加速/制動(dòng)與俯仰的耦合效應(yīng)，通常以車輪制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)和主動(dòng)懸架協(xié)同的方式出現(xiàn)。在典型應(yīng)用方面，將防抱死制動(dòng)系統(tǒng)與主動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)行了綜合控制，并考慮輪胎的動(dòng)態(tài)特性，采用滑?？刂品椒▽?duì)ABS和ASS進(jìn)行協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)了縮短車輛制動(dòng)距離，并且綜合考慮了制動(dòng)時(shí)的乘坐舒適性以及能源的耗散問題。典型非線性縱向-垂向控制結(jié)構(gòu)圖底盤縱橫垂協(xié)同控制6.1多系統(tǒng)協(xié)同控制橫向-垂向協(xié)同控制橫向-垂向協(xié)同控制的基本原理是車輛的轉(zhuǎn)彎-側(cè)傾耦合效應(yīng)，基于該效應(yīng)的協(xié)同控制可以提升車輛橫向穩(wěn)定性、降低車身側(cè)傾角。在車輛轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，側(cè)向加速度引起的輪胎垂直荷載轉(zhuǎn)移將通過輪胎的側(cè)偏特性影響整車的操穩(wěn)性能，此外，側(cè)向加速度還會(huì)引起車身側(cè)傾變形。目前實(shí)現(xiàn)橫向-垂向協(xié)同控制的主要方式是通過協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與主動(dòng)懸架系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)懸架作動(dòng)器輸出隨車輛轉(zhuǎn)向的自適應(yīng)控制，可以減小車身側(cè)傾角、抑制車身的側(cè)傾趨向，同時(shí)滿足整車操縱穩(wěn)定性的要求。底盤縱橫垂協(xié)同控制6.1多系統(tǒng)協(xié)同控制橫向-縱向-垂向三向協(xié)同控制橫向-縱向-垂向協(xié)同控制主要是基于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主動(dòng)懸架系統(tǒng)的協(xié)同控制，由于系統(tǒng)間的性能耦合性強(qiáng)，復(fù)雜程度高，三向協(xié)同的控制難度成倍增加。汽車EPS與ASS自適應(yīng)集成控制系統(tǒng)采用分層式結(jié)構(gòu)對(duì)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)：首先確定駕駛員的行駛目標(biāo)，然后根據(jù)參考模型計(jì)算實(shí)現(xiàn)駕駛員意圖所需的縱向力、橫擺力矩以及側(cè)傾力矩，通過車輛動(dòng)力學(xué)方程將所需縱向力和橫擺、側(cè)傾力矩優(yōu)化分配至車輪處，最后通過執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)。第七章智能底盤冗余及容錯(cuò)技術(shù)智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)課前小討論79戴姆勒（Daimler）和大眾（Volkswagen）等品牌的高端車型中，廣泛應(yīng)用了自適應(yīng)控制和容錯(cuò)技術(shù)，通過自適應(yīng)控制算法，系統(tǒng)能夠在發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)調(diào)整控制策略，以維持車輛的穩(wěn)定性和可控性。豐田（Toyota）和本田（Honda）等品牌的車輛中，配備了先進(jìn)的FDD系統(tǒng)，通過傳感器和軟件算法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷故障，以提高底盤系統(tǒng)的可靠性和安全性。底盤冗余及容錯(cuò)技術(shù)在各大廠商中應(yīng)用都非常廣泛。結(jié)合你的了解，談一談智能底盤冗余及容錯(cuò)技術(shù)的發(fā)展情況以及未來的發(fā)展趨勢(shì)。第七章

智能底盤冗余及容錯(cuò)技術(shù)

80冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制制動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制跨系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制

冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)1.1冗余技術(shù)81冗余技術(shù)又稱儲(chǔ)備技術(shù)或容災(zāi)備份技術(shù)，是指在正常系統(tǒng)運(yùn)行所需的基礎(chǔ)上，加上一定數(shù)量的額外資源，以便在主要組件或部件失效時(shí)，這些額外資源能夠維持系統(tǒng)功能的正常運(yùn)行。主要的冗余技術(shù)有以下幾種類型：結(jié)構(gòu)冗余靜態(tài)冗余：也稱為屏蔽冗余或被動(dòng)冗余，常用的有三模冗余和多模冗余。它通過物理的冗余結(jié)構(gòu)來屏蔽系統(tǒng)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。動(dòng)態(tài)冗余：又稱為主動(dòng)冗余，通過故障檢測(cè)、故障定位及故障恢復(fù)等手段達(dá)到容錯(cuò)的目的?；旌先哂啵航Y(jié)合了靜態(tài)冗余和動(dòng)態(tài)冗余的優(yōu)點(diǎn)，既能屏蔽故障又能檢測(cè)和恢復(fù)故障。冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)1.1冗余技術(shù)82主要的冗余技術(shù)有以下幾種類型：2.信息冗余（數(shù)據(jù)冗余）

信息冗余是在實(shí)現(xiàn)正常功能所需的信息外，再添加一些信息，以保證運(yùn)行結(jié)果正確性的方法。例如，在網(wǎng)絡(luò)通信中，TCP協(xié)議使用ACK確認(rèn)消息機(jī)制以及校驗(yàn)和方法來檢測(cè)和糾正任何數(shù)據(jù)傳輸中的錯(cuò)誤。3.時(shí)間冗余

時(shí)間冗余是以時(shí)間（即降低系統(tǒng)運(yùn)行速度）為代價(jià)，以減少硬件冗余和信息冗余的開銷，達(dá)到提高可靠性的冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)1.2容錯(cuò)控制技術(shù)83容錯(cuò)控制系統(tǒng)（Fault-tolerantControlSystem,FTCS）是指可以自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)組件之間的故障，同時(shí)保持系統(tǒng)穩(wěn)定性以及所需整體性能水平的控制系統(tǒng)。其目標(biāo)在于，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能夠在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下維持預(yù)設(shè)的系統(tǒng)性能。主要有兩種思路：（1）通過重新組織系統(tǒng)剩余的執(zhí)行能力，包括硬件冗余和解析冗余，主動(dòng)適應(yīng)故障發(fā)生后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，保證功能繼續(xù)執(zhí)行；（2）基于預(yù)設(shè)的故障集合設(shè)計(jì)可以直接抵抗故障的固定處理策略，故障發(fā)生后不進(jìn)行主動(dòng)診斷與重新調(diào)度?；谏鲜鰞煞N處理思想的不同，發(fā)展出了：主動(dòng)容錯(cuò)和被動(dòng)容錯(cuò)控制方式。冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)1.2容錯(cuò)控制技術(shù)84容錯(cuò)控制系統(tǒng)（Fault-tolerantControlSystem,FTCS）是指可以自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)組件之間的故障，同時(shí)保持系統(tǒng)穩(wěn)定性以及所需整體性能水平的控制系統(tǒng)。其目標(biāo)在于，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能夠在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下維持預(yù)設(shè)的系統(tǒng)性能。主要有兩種思路：（1）通過重新組織系統(tǒng)剩余的執(zhí)行能力，包括硬件冗余和解析冗余，主動(dòng)適應(yīng)故障發(fā)生后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，保證功能繼續(xù)執(zhí)行；（2）基于預(yù)設(shè)的故障集合設(shè)計(jì)可以直接抵抗故障的固定處理策略，故障發(fā)生后不進(jìn)行主動(dòng)診斷與重新調(diào)度。基于上述兩種處理思想的不同，發(fā)展出了：主動(dòng)容錯(cuò)和被動(dòng)容錯(cuò)控制方式。冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)851.2容錯(cuò)控制技術(shù)被動(dòng)式容錯(cuò)控制方法（PassiveFault-tolerantControlSystem,PFTCS）從對(duì)故障的處理方式來看，PFTCS一個(gè)固定的控制器，其對(duì)包括故障系統(tǒng)在內(nèi)的所有可能子系統(tǒng)均需實(shí)現(xiàn)有效控制。從圖中可以看出，被動(dòng)容錯(cuò)控制沒有針對(duì)故障的檢測(cè)機(jī)制，也不會(huì)自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)和策略。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：難以用一組固定的控制參數(shù)適應(yīng)所有考慮到的故障情形冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)861.2容錯(cuò)控制技術(shù)針對(duì)執(zhí)行器故障的被動(dòng)容錯(cuò)控制通常采用魯棒控制策略，能夠使系統(tǒng)對(duì)各種擾動(dòng)和參數(shù)變化具有較高的容忍度。1、構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)方程：2、執(zhí)行器故障可以表示為：3、線性化的系統(tǒng)故障模型：冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)871.2容錯(cuò)控制技術(shù)針對(duì)執(zhí)行器故障的被動(dòng)容錯(cuò)控制假設(shè)參考狀態(tài)量為r，定義

，可以得到增廣系統(tǒng)：設(shè)計(jì)增益調(diào)度狀態(tài)反饋控制器：系統(tǒng)可以寫成：采用魯棒控制算法可以得到待設(shè)計(jì)的增益量K冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)881.2容錯(cuò)控制技術(shù)主動(dòng)容錯(cuò)控制（ActiveFault-tolerantControlSystem，AFTCS）AFTCS也被稱為自修復(fù)控制系統(tǒng)、重構(gòu)控制系統(tǒng)或者自設(shè)計(jì)系統(tǒng)。與PFTCS不同，AFTCS可以根據(jù)故障檢測(cè)與診斷模塊的診斷結(jié)果主動(dòng)調(diào)整控制率，具有更高的靈活性以及獲得更好控制性能的潛力。AFTCS中包含三大組成部分：可重構(gòu)的控制器、故障檢測(cè)與診斷模塊以及故障重構(gòu)機(jī)制。冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)891.2容錯(cuò)控制技術(shù)主動(dòng)容錯(cuò)控制常見的主動(dòng)容錯(cuò)控制方法有：基于魯棒控制的主動(dòng)容錯(cuò)控制方法、基于自適應(yīng)控制的主動(dòng)容錯(cuò)控制方法和基于模型預(yù)測(cè)控制的主動(dòng)容錯(cuò)控制方法。（1）基于魯棒控制的主動(dòng)容錯(cuò)方法魯棒控制對(duì)擾動(dòng)和不確定性具有較強(qiáng)抵抗能力，其中包括H∞魯棒控制以及增益規(guī)劃控制。H∞魯棒控制

增益規(guī)劃控制冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)901.2容錯(cuò)控制技術(shù)主動(dòng)容錯(cuò)控制（2）基于自適應(yīng)控制的主動(dòng)容錯(cuò)控制方法自適應(yīng)控制（AdaptiveControl）可以將重構(gòu)機(jī)制整合到容錯(cuò)器之中。自適應(yīng)控制的主控制器為一個(gè)參數(shù)可以在線自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制器。通過在線的自適應(yīng)機(jī)制，辨識(shí)系統(tǒng)中的故障參數(shù)，從而針對(duì)性地調(diào)整容錯(cuò)控制中的結(jié)構(gòu)性參數(shù)。自適應(yīng)控制的參數(shù)辨識(shí)原理冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)911.2容錯(cuò)控制技術(shù)主動(dòng)容錯(cuò)控制（3）基于模型預(yù)測(cè)控制的主動(dòng)容錯(cuò)控制方法模型預(yù)測(cè)控制（MPC）可以在線求解約束優(yōu)化問題，并對(duì)未來的狀態(tài)進(jìn)行顯式預(yù)測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后，可以實(shí)時(shí)調(diào)整狀態(tài)和執(zhí)行器約束或者通過增加故障執(zhí)行代價(jià)的方式調(diào)整執(zhí)行傾向。模型預(yù)測(cè)控制結(jié)構(gòu)第七章

智能底盤冗余及容錯(cuò)技術(shù)

92冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制制動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制跨系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制93驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制由于車輛行駛工況具有復(fù)雜時(shí)變性，且電機(jī)長(zhǎng)期工作于水、油污、灰塵等惡劣的環(huán)境中，同時(shí)為應(yīng)對(duì)路途中的各種路況驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需頻繁的對(duì)輸出做出改變以保證舒適性等，這就將導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障率的增加，因此為保證整車與乘客安全，需對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行必要的冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)：包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)硬件冗余設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)軟件冗余設(shè)計(jì)、傳感器冗余設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制：被動(dòng)容錯(cuò)與主動(dòng)容錯(cuò)策略在實(shí)際車輛中均有應(yīng)用，配備不同數(shù)量電機(jī)的車輛，其容錯(cuò)控制策略也存在區(qū)別，配備電機(jī)越多，容錯(cuò)控制越復(fù)雜。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制942.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)硬件冗余設(shè)計(jì)對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，常見的故障包含電機(jī)繞組故障、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器故障等，除備用冗余電機(jī)設(shè)計(jì)和備用電機(jī)控制單元（MCU）冗余設(shè)計(jì)等方式外，常通過合理的電機(jī)拓?fù)湓O(shè)計(jì)和電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)冗余設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制952.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)軟件冗余設(shè)計(jì)當(dāng)檢測(cè)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)生故障后，通過軟件冗余設(shè)計(jì)可在不增加硬件成本及空間情況下實(shí)現(xiàn)將故障電機(jī)隔離或冗余運(yùn)行，軟件冗余設(shè)計(jì)一般分為基于電流矢量重構(gòu)冗余和基于電壓矢量重構(gòu)冗余?；陔娏魇噶恐貥?gòu)冗余設(shè)計(jì)：檢測(cè)故障并切除故障通道，由健康通道補(bǔ)償缺失的功率，在此期間需調(diào)節(jié)各相電流幅值和相位，對(duì)于混合勵(lì)磁電機(jī)還可通過重構(gòu)勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)?；陔妷菏噶恐貥?gòu)冗余控制：策略不存在電流閉環(huán)控制，具有優(yōu)秀的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，如直接轉(zhuǎn)矩冗余容錯(cuò)控制策略以及冗余效果更好的基于虛擬定子磁鏈的直接轉(zhuǎn)矩冗余控制、基于虛擬電壓矢量的有限控制集模型預(yù)測(cè)冗余控制及不對(duì)稱空間矢量脈寬調(diào)制冗余控制策略等。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制962.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)傳感器冗余設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)中，位置/速度傳感器和電流傳感器是常用的兩種傳感器，這兩種傳感器提供的轉(zhuǎn)速和電流信號(hào)可正確反映電機(jī)狀態(tài)，是驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件，但傳感器一般易受振動(dòng)、濕度、電磁環(huán)境等影響而出現(xiàn)故障損壞的情況。通常通過設(shè)計(jì)冗余傳感器或適當(dāng)?shù)挠^測(cè)器實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)，當(dāng)某個(gè)傳感器故障時(shí)，冗余傳感器或?qū)?yīng)觀測(cè)器將代替其繼續(xù)工作，保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)正常工作：在永磁同步電機(jī)的觀測(cè)器設(shè)計(jì)中，常采用在零/低速時(shí)能精確估計(jì)的高頻信號(hào)注入算法和中/高速時(shí)表現(xiàn)良好動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能的反電動(dòng)勢(shì)/磁鏈估計(jì)算法兩種算法進(jìn)行位置/速度傳感器的冗余設(shè)計(jì)。針對(duì)電流傳感器的冗余觀測(cè)器設(shè)計(jì)，基于三相電流和電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的電流觀測(cè)器和基于電流空間矢量誤差重構(gòu)的滑模觀測(cè)器等冗余策略，實(shí)現(xiàn)了電流傳感器的冗余設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制972.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制被動(dòng)容錯(cuò)與主動(dòng)容錯(cuò)策略在實(shí)際車輛中均有應(yīng)用，配備不同數(shù)量電機(jī)的車輛，其容錯(cuò)控制策略也存在區(qū)別，配備電機(jī)越多，容錯(cuò)控制越復(fù)雜：?jiǎn)坞姍C(jī)車輛容錯(cuò)控制：主要針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)矩及車速等信號(hào)異常時(shí)的容錯(cuò)。雙電機(jī)車輛容錯(cuò)控制：任一電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，通過隔離故障電機(jī)并調(diào)整正常電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩及功率的容錯(cuò)控制，即可在保障整車安全的同時(shí)使車輛還具備一定的動(dòng)力性。三電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛容錯(cuò)控制：需額外考慮單邊電機(jī)異常關(guān)波、未響應(yīng)轉(zhuǎn)矩、雙邊電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)不同步或單邊電機(jī)不開波等容錯(cuò)控制，對(duì)于單邊電機(jī)異常關(guān)波、未響應(yīng)轉(zhuǎn)矩等異常情況，常將雙邊電機(jī)強(qiáng)制關(guān)波，并由剩余的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)；對(duì)于雙邊電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)不同步情況，可將雙邊電機(jī)轉(zhuǎn)矩卸載至零并進(jìn)行同步處理，同步處理成功后恢復(fù)轉(zhuǎn)矩輸出。四電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛容錯(cuò)控制：控制器單元根據(jù)電機(jī)發(fā)生故障的失效信息，協(xié)調(diào)剩余正常驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的動(dòng)力對(duì)故障電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償，盡可能保證車輛在部分電機(jī)故障失效后的穩(wěn)定性和安全性第七章

智能底盤冗余及容錯(cuò)技術(shù)

98冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制制動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制跨系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制

智能底盤冗余技術(shù)制動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制99

面向支撐未來L4及L5以上的高級(jí)別自動(dòng)駕駛，駕駛將實(shí)現(xiàn)高度無人化，為了有效避免因零部件突然故障等系統(tǒng)功能性失效而對(duì)行車安全產(chǎn)生重大威脅，制動(dòng)系統(tǒng)作為汽車關(guān)鍵系統(tǒng)之一，需要面向功能安全進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，同時(shí)充分挖掘和利用制動(dòng)系統(tǒng)的潛能，進(jìn)一步提高極端制動(dòng)工況下的制動(dòng)性能。失效靜默失效安全失效靜默：功能失效后不對(duì)其他功能產(chǎn)生干擾失效安全：功能失效后主動(dòng)關(guān)閉功能不產(chǎn)生危險(xiǎn)失效運(yùn)行：功能失效后重新恢復(fù)運(yùn)行能力失效運(yùn)行智能底盤冗余技術(shù)3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余方法100線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余方法匯總圖線控制動(dòng)冗余方案通信冗余網(wǎng)內(nèi)冗余網(wǎng)間冗余鏈路冗余模組冗余異構(gòu)冗余低壓電源冗余冗余熱備份冗余冷備份并聯(lián)均流的N+1備份制動(dòng)冗余IBP+RBUTRWIBC+SBMIDB+RCU······線控制動(dòng)冗余方案主要包括通信冗余、低電壓冗余和制動(dòng)冗余。智能底盤冗余技術(shù)3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余方法101通信冗余通信冗余即當(dāng)單一鏈路出現(xiàn)信號(hào)中斷，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)信息的無縫安全銜接。通常的冗余方式有網(wǎng)內(nèi)冗余、網(wǎng)間冗余、鏈路冗余、模組冗余和異構(gòu)冗余：網(wǎng)內(nèi)冗余：通過增設(shè)網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)的部件來實(shí)現(xiàn)的冗余，如接口冗余；網(wǎng)間冗余：通過增設(shè)同樣功用的網(wǎng)絡(luò)單元來實(shí)現(xiàn)的冗余；鏈路冗余：改變架構(gòu)進(jìn)行多鏈路通信設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的冗余，如設(shè)計(jì)兩回路雙接制動(dòng)鏈路，可有效避免出現(xiàn)信號(hào)任一中斷后所引發(fā)的整車通信的不連續(xù)現(xiàn)象；異構(gòu)冗余：在通信終端上增設(shè)多套異構(gòu)的不同通信能力的設(shè)備，如在具有移動(dòng)通信的終端設(shè)備的基礎(chǔ)上，增設(shè)具有無線局域網(wǎng)的通信能力的設(shè)備。智能底盤冗余技術(shù)3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余方法102低壓電源冗余低壓電源冗余即主電源失效后，備份電源能夠支撐電子控制單元（ECU）完成安全降級(jí)動(dòng)作。通常的備份方式有：冗余熱備份：通過在電源內(nèi)增設(shè)同時(shí)工作的空載模塊來實(shí)現(xiàn)冗余；冗余冷備份：該方法通過增設(shè)功用相同的低壓電源模塊來實(shí)現(xiàn)冗余；并聯(lián)均流的N+1備份：通過使用具有或門功能的二極管將各供電部件并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)冗余。智能底盤冗余技術(shù)3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余方法103制動(dòng)冗余制動(dòng)冗余即制動(dòng)系統(tǒng)冗余，是指當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)電子部件發(fā)生一處失效時(shí)，一套系統(tǒng)制動(dòng)功能失效，另一套系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全部或部分制動(dòng)系統(tǒng)功能?，F(xiàn)階段，常見的制動(dòng)冗余方案有：IPB+RBU冗余iBooster+ESP/ESPhev冗余TRWIBC+SBM冗余EBB+ESC-H冗余IDB+RCU冗余智能底盤冗余技術(shù)3.2線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余架構(gòu)及容錯(cuò)控制104線控制動(dòng)系統(tǒng)的冗余指的是當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)的電子部件出現(xiàn)故障時(shí)，一套系統(tǒng)的制動(dòng)功能受到影響，而另一套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全部或部分的制動(dòng)系統(tǒng)功能。常見的制動(dòng)系統(tǒng)冗余方案包括雙液壓控制單元、雙電源、雙輪速采集和雙CAN傳輸。智能底盤冗余技術(shù)3.2線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余架構(gòu)及容錯(cuò)控制105IPB+RBU方案是指在IPB液壓傳遞經(jīng)過主缸后立即串聯(lián)接入RBU。IPB+RBURBU采用了兩進(jìn)兩出的設(shè)計(jì)方案，其系統(tǒng)構(gòu)成包括4個(gè)閥（2個(gè)用于回路控制，另外2個(gè)為高壓閥）、無儲(chǔ)能器、1個(gè)壓力傳感器、1個(gè)電機(jī)和2個(gè)泵。在正常工作時(shí)，RBU不參與工作。USV1閥和USV2閥不通電而打開，HSV1閥和HSV2閥不通電而關(guān)閉，制動(dòng)液按照預(yù)定路線在RBU模塊中流動(dòng)。RBU中的電機(jī)在不工作時(shí)不會(huì)施加壓力。當(dāng)IPB失效時(shí)，RBU會(huì)介入。USV1閥和USV2閥通電而關(guān)閉，HSV1閥和HSV2閥通電而打開，制動(dòng)液在RBU模塊中流動(dòng)。RBU中的電機(jī)開始工作，產(chǎn)生壓力。智能底盤冗余技術(shù)3.2線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余架構(gòu)及容錯(cuò)控制106系統(tǒng)包括電子智能助力器單元iBooster和ESP/ESPhev系統(tǒng)。Booster+ESP/ESPhev當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，iBoosterECU控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)推動(dòng)主缸活塞，產(chǎn)生所需的制動(dòng)力。當(dāng)減速度低于0.3g（g=9.8m/s2）時(shí)，iBooster+ESPhev系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)ESPhev的泄壓閥，將iBooster產(chǎn)生的液壓壓力儲(chǔ)存到ESPhev的儲(chǔ)能器中，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)解耦。當(dāng)減速度達(dá)到0.3g時(shí)，該壓力達(dá)到最大值（即輪缸壓力），因此無法實(shí)現(xiàn)百分之百的能量回收。智能底盤冗余技術(shù)3.2線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余架構(gòu)及容錯(cuò)控制107系統(tǒng)分為IBC+SBM1和IBC+SBM2兩個(gè)平臺(tái)。TRWIBC+SBM在正常的IBC增壓制動(dòng)狀態(tài)下，IBC的三通閥導(dǎo)通助力活塞與制動(dòng)輪缸，DAP閥打開，由IBC電機(jī)進(jìn)行壓力建立。當(dāng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為備份單元SBM進(jìn)行增壓制動(dòng)時(shí)，IBC的所有閥處于默認(rèn)狀態(tài)，SBM的BPV閥關(guān)閉、RCV閥關(guān)閉、IDV閥關(guān)閉，由SBM從蓄能器BSA直接抽出液體給前軸車輪進(jìn)行壓力建立。SBM1可對(duì)兩前輪進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，相對(duì)于博世的兩路X形控制，能實(shí)現(xiàn)橫向調(diào)節(jié)。SBM2則具備四路調(diào)節(jié)功能，在主模塊失效的情況下，能實(shí)現(xiàn)四輪ABS功能，并且具備在500ms內(nèi)將制動(dòng)系統(tǒng)的減速度提升至1.0g的建壓能力。智能底盤冗余技術(shù)3.2線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余架構(gòu)及容錯(cuò)控制108系統(tǒng)中IDB作為主制動(dòng)模塊，而RCU則作為冗余制動(dòng)模塊，同時(shí)EPB為電子駐車系統(tǒng)。IDB+RCU采用了H形制動(dòng)方式，將制動(dòng)過程分為前后軸分開進(jìn)行。IDB作為主制動(dòng)模塊，可通過液壓控制制動(dòng)鉗。當(dāng)IDB失效時(shí)，RCU將接管前軸制動(dòng)鉗的控制。IDB將持續(xù)控制右后EPB，而RCU則將控制左后EPB。IDB和RCU將通過內(nèi)部私有CAN總線進(jìn)行檢測(cè)與通信。第七章

智能底盤冗余及容錯(cuò)技術(shù)

109冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制制動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制跨系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)110線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障類型可以分為執(zhí)行器故障、傳感器故障、控制器故障、通信故障及電源故障。根據(jù)故障影響時(shí)間范圍，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障可以分為瞬時(shí)故障、永久故障及間歇故障。瞬時(shí)故障通常被看作系統(tǒng)的不確定性干擾，其作用時(shí)間短，影響范圍有限。間歇故障（例如電路接觸不良）以及永久故障（元器件徹底失效）由于影響范圍大、時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效，需要通過故障診斷、隔離以及重構(gòu)等容錯(cuò)控制甚至啟用冗余硬件的手段將其影響消除，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)111硬件冗余硬件冗余是對(duì)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中可能發(fā)生故障的傳感器、控制器、執(zhí)行器、通信總線、電源等裝置進(jìn)行備份。備份的裝置可以實(shí)現(xiàn)和原裝置一樣的功能。線控轉(zhuǎn)向硬件冗余典型架構(gòu)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)112采埃孚部分硬件冗余方案采用雙核式單主芯片、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器硬件冗余設(shè)計(jì)、冗余電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋以及六相電機(jī)（12槽8級(jí)結(jié)構(gòu)），并且配備了兩個(gè)電機(jī)位置傳感器。失效率目標(biāo)為100≤FIT≤300。線控轉(zhuǎn)向硬件冗余典型架構(gòu)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)113采埃孚完全硬件冗余方案該采用轉(zhuǎn)矩傳感器硬件冗余設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)角傳感器硬件冗余設(shè)計(jì)、處理器芯片（雙核式）冗余設(shè)計(jì)、電源模塊冗余設(shè)計(jì)、車輛接口電路及插接器冗余設(shè)計(jì)、雙驅(qū)動(dòng)芯片、雙驅(qū)動(dòng)橋、雙電機(jī)位置傳感器、電機(jī)雙繞組（12槽8極結(jié)構(gòu)），雙MCU通信形式為CAN/CAN-FD，預(yù)留FlexRay。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)114蒂森克虜伯部分硬件冗余方案采用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器冗余（3+2型式）、控制器芯片冗余、電機(jī)冗余以及電機(jī)位置傳感器冗余（3個(gè)）。雙MCU通信形式為CAN通信。在控制方式上，MCU1作為主路芯片，MCU2作為輔路芯片，無故障工作時(shí)，MCU1計(jì)算和分配轉(zhuǎn)矩，MCU2僅接收及存儲(chǔ)MCU1的輸入及電源、電壓等信息，待主路故障時(shí)，MCU2才接管。失效率目標(biāo)為FIT<100，支持L2或L2.5自動(dòng)駕駛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)115蒂森克虜伯完全硬件冗余方案采用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器冗余（4+2型式）、控制器芯片冗余、電機(jī)冗余以及電機(jī)位置傳感器冗余（4個(gè)）。雙MCU通信形式仍為CAN通信。MCU1和MCU2各自計(jì)算并輸出轉(zhuǎn)矩命令，各自輸出電機(jī)總轉(zhuǎn)矩需求的50%；MCU1和MCU2不會(huì)對(duì)各自輸出進(jìn)行交互，且在自檢故障時(shí)能夠自主切斷，而另一路保持正常工作。失效率目標(biāo)為FIT<10轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)116耐世特完全硬件冗余方案該方案包括整車電源、通信雙接口、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器冗余、控制器芯片冗余、電機(jī)冗余（12槽8極雙繞組電機(jī)），以及巨磁阻式電機(jī)位置傳感器（雙晶圓芯片式）。雙MCU通信形式為CAN通信或串口通信。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)117博世華域硬件冗余方案該方案采用雙電源接口、雙整車通信接口、雙轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、雙控制器、雙驅(qū)動(dòng)模塊、雙電機(jī)位置傳感器冗余以及十二相電機(jī)。雙MCU通信形式為CAN/CANFD通信。失效率目標(biāo)為FIT<10。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)118轉(zhuǎn)向控制器冗余控制架構(gòu)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向控制器冗余控制架構(gòu)方法主要分為三種類型：主-主控制、主-從控制和主-備控制。（1）主-主控制方法

主-主控制架構(gòu)原理：兩個(gè)微控制單元（MCU）獨(dú)立運(yùn)行，各自計(jì)算并輸出扭矩命令，分別提供電機(jī)總扭矩需求的50%。兩個(gè)MCU之間不會(huì)交換各自的輸出信息，但如果其中一個(gè)檢測(cè)到故障，它將自主切斷，而另一路保持工作。優(yōu)點(diǎn)：MCU間的交互信息僅限于外部輸入信號(hào)和校驗(yàn)信息，減少了對(duì)芯片和傳輸帶寬的要求，降低了信息交互的功能安全要求。不足主-主控制方法因兩個(gè)MCU間交互信息少，對(duì)前端輸入（扭矩轉(zhuǎn)角信號(hào)、CAN信號(hào)）一致性處理工作會(huì)相對(duì)復(fù)雜，甚至需通過硬件層級(jí)實(shí)現(xiàn)，如一個(gè)控制器會(huì)同時(shí)采集兩路CAN信號(hào)等。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)119轉(zhuǎn)向控制器冗余控制架構(gòu)（2）主-備控制方法

主-備控制架構(gòu)原理：存在兩套獨(dú)立的控制電路，當(dāng)主控制電路發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)完全切換到備用控制電路。特點(diǎn)：不依賴于兩套系統(tǒng)間的信息交換，因此在設(shè)計(jì)上更為簡(jiǎn)單，但在一套系統(tǒng)失效時(shí)需要能夠迅速地切換到另一套系統(tǒng)，對(duì)切換時(shí)間具有一定要求。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制120圖9主-從控制架構(gòu)原理：主MCU負(fù)責(zé)計(jì)算并平均分配兩個(gè)電機(jī)的輸入扭矩，輔助MCU僅實(shí)時(shí)進(jìn)行計(jì)算或僅接收信息。主MCU正常工作時(shí)，輔助MCU的計(jì)算結(jié)果僅用于校驗(yàn)。特點(diǎn)：MCU間的交互信息更為復(fù)雜，包括TAS信號(hào)、電機(jī)位置、電機(jī)電壓電流、溫度和扭矩命令等。這種方法需要信息同步技術(shù)、故障檢測(cè)技術(shù)、故障仲裁技術(shù)和切換技術(shù)，因有些信息交互可以通過軟件實(shí)現(xiàn)，前端輸入的硬件架構(gòu)會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。如果MCU間的信息交互量大，會(huì)導(dǎo)致對(duì)芯片選型及內(nèi)部通信帶寬的要求會(huì)更高。4.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向控制器冗余控制架構(gòu)（3）主-從控制方法轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容錯(cuò)控制121協(xié)同故障檢測(cè)及控制方法——統(tǒng)一考慮故障檢測(cè)和容錯(cuò)控制

故障檢測(cè)與容錯(cuò)控制協(xié)同設(shè)計(jì)架構(gòu)考慮轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行器加性故障的系統(tǒng)模型：建立面向橫擺角速度跟蹤控制的增廣模型：

設(shè)計(jì)故障檢測(cè)及容錯(cuò)控制器：

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的容錯(cuò)控制也分為被動(dòng)容錯(cuò)控制和主動(dòng)容錯(cuò)控制。被動(dòng)容錯(cuò)控制依賴于系統(tǒng)的魯棒性設(shè)計(jì)，使其對(duì)故障不敏感；主動(dòng)容錯(cuò)控制則通過實(shí)時(shí)檢測(cè)、估計(jì)和重構(gòu)來應(yīng)對(duì)故障，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容錯(cuò)控制122協(xié)同故障檢測(cè)及控制方法——統(tǒng)一考慮故障檢測(cè)和容錯(cuò)控制動(dòng)態(tài)方程為:

聯(lián)立以上方程，可以得到閉環(huán)系統(tǒng)：

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制4.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容錯(cuò)控制123協(xié)同故障檢測(cè)及控制方法——統(tǒng)一考慮故障檢測(cè)和容錯(cuò)控制

設(shè)置殘差函數(shù)以檢測(cè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否發(fā)生故障：第七章

智能底盤冗余及容錯(cuò)技術(shù)

124冗余及容錯(cuò)控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制制動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制跨系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制

懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制5.1懸架系統(tǒng)硬件冗余設(shè)計(jì)125通過懸架的硬件冗余設(shè)計(jì)可以提升懸架系統(tǒng)的可靠性，常見的硬件冗余設(shè)計(jì)方案有執(zhí)行機(jī)構(gòu)冗余設(shè)計(jì)、增設(shè)傳感器等，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括液壓控制閥路、彈簧元件、減振器元件等。（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)冗余設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)的彈簧元件、減振器元件、液壓控制閥路等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，直接影響著懸架系統(tǒng)的性能、可靠性和安全性。懸架系統(tǒng)中某些關(guān)鍵部件上可以增加冗余，這樣可以降低成本，并確保系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)仍然可以維持基本功能，當(dāng)主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，備用部件可以立即接管工作，確保系統(tǒng)的連續(xù)性。（2）傳感器布置方案對(duì)于具有多傳感器的懸架系統(tǒng)，當(dāng)部分傳感器故障時(shí)，可以依靠其他正常工作的傳感器繼續(xù)提供數(shù)據(jù)支持；當(dāng)傳感器完全故障時(shí)，懸架系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)依舊可以發(fā)揮被動(dòng)懸架的作用，從而提高懸架系統(tǒng)的可靠性。懸架系統(tǒng)的硬件冗余設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制5.2懸架系統(tǒng)硬件冗余設(shè)計(jì)方案126液壓懸架系統(tǒng)控制閥路冗余設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成：該系統(tǒng)包括充油系統(tǒng)組件、前軸控制閥組件、后軸控制閥組件、前懸架液壓缸組件、后懸架液壓缸組件。工作原理：充油系統(tǒng)通過管路和前軸控制閥組件、后軸控制閥組件連接；前軸控制閥組件通過管路和左前懸架液壓缸、右前懸架液壓缸連接；后軸控制閥組件通過管路和右前懸架液壓缸、左后懸架液壓缸連接；通過充油系統(tǒng)管路配合前后軸聯(lián)通閥、田字形管路配合多