汽车智能底盘原理及技术 第7章 智能底盘冗余及容错技术.ppt

悬架系统冗余设计及容错控制5.2悬架系统硬件冗余设计方案*半主动悬架传感器冗余设计方案系统组成：通过布置多个传感器，同时设计了不同传感器故障形式下的半主动悬架控制方案，提高了悬架控制的可靠性。工作原理：在仅有位移传感器故障时，基于卡尔曼滤波算法和单传感器混合控制算法确定减振器的期望阻尼力，在部分传感器失效时，依旧能够发挥半主动悬架作用；在两个传感器均故障时，使用减振器电磁阀电流的0A状态作为应急状态实现车辆控制。悬架系统冗余设计及容错控制5.3悬架系统容错控制策略*悬架系统故障类型悬架系统的故障包括执行机构故障、设备故障、传感器故障.悬架系统冗余设计及容错控制5.3悬架系统容错控制策略*悬架系统容错策略类型被动容错控制事先考虑悬架故障，离线设计控制器，使系统对故障不敏感，在系统元器件或部件发生故障时仍能维持系统性能或维持系统性能在可接受的范围内，提高控制可靠性，证控制效果。同时，在离线设计容错控制器时，事先考虑一定范围的系统参数摄动，使设计的控制系统稳定，既具有一定的鲁棒性，也具有一定的容错控制效果，针对执行器故障的悬架被动容错控制悬架系统冗余设计及容错控制5.3悬架系统容错控制策略*悬架系统容错策略类型（1）悬架系统故障检测、诊断与隔离基于残差信息的执行器故障检测、诊断与隔离（FDI）策略针对执行器故障和传感器故障的悬架主动容错控制工作原理：故障检测滤波器，产生和提取ASS执行器故障前后的输出残差信息。故障悬架系统的输出残差相对无故障的悬架系统超过某一阈值，波形发生明显波动，从而检测出ASS是否出现故障。再利用一定的故障隔离方法，对输出残差信息中所含故障特征信号进行提取，准确诊断、隔离发生故障的执行器部位。悬架系统冗余设计及容错控制5.3悬架系统容错控制策略*针对执行器故障和传感器故障的悬架主动容错控制（1）悬架系统故障检测、诊断与隔离基于残差信息的传感器故障检测、诊断与隔离策略工作原理：当传感器受故障影响时，作为输出反馈控制器输入信号的量测输出将改变并影响控制器控制输出，导致ASS的控制效果变差。同样可通过设计故障检测滤波器，产生和提取传感器故障前后的残差信息，准确诊断并隔离发生故障的传感器部位。悬架系统容错策略类型悬架系统冗余设计及容错控制5.3悬架系统容错控制策略*悬架系统容错策略类型（1）悬架系统故障检测、诊断与隔离基于滤波器组的主动悬架传感器故障检测、诊断与隔离针对执行器故障和传感器故障的悬架主动容错控制工作原理：对悬架传感器故障进行定量化检测，设计故障检测滤波器产生和提取主动悬架残差r，设计故障检测指标检测主动悬架传感器故障。为进一步隔离和确认故障传感器，分别以4个量测输出传感器的量测输出和悬架控制输入为输入信号设计卡尔曼滤波器，构成卡尔曼滤波器组。卡尔曼滤波器组中各滤波器独立对悬架系统进行状态估计，并向故障隔离与决策机构提供状态估计信息。再以各卡尔曼滤波器对悬架某一状态变量估计值为决策信息，选择故障隔离决策变量、构造决策函数、设计隔离决策单元，实现传感器的故障隔离。悬架系统冗余设计及容错控制5.3悬架系统容错控制策略*悬架系统容错策略类型（2）悬架主动容错控制针对执行器故障的悬架主动容错控制针对执行器故障和传感器故障的悬架主动容错控制工作原理：完好无故障状态下悬架通过线性二次型高斯（LQG）控制器可获得良好的控制效果。当执行器发生故障时，基于鲁棒观测器获得系统输出残差，以输出残差为信号设计悬架故障检测系统检测故障发生时刻。再以输出残差r和控制输入U为信号设计悬架在线诊断系统，实时在线估计执行器故障增益大小，然后基于诊断信息和控制律重组方法进行容错控制器设计。悬架系统冗余设计及容错控制5.3悬架系统容错控制策略*悬架系统容错策略类型（2）悬架主动容错控制针对传感器故障的悬架主动容错控制针对执行器故障和传感器故障的悬架主动容错控制工作原理：基于自适应技术设计的观测器获得悬架系统输出残差，再以输出残差为信号设计悬架故障估计系统，估计出量测输出传感器故障信号。利用故障传感器的故障估计值和故障输出共同重构量测输出传感器故障信号，将重构的量测输出传感器故障信号作为输出反馈控制器的输入，实现故障悬架主动容错控制目标，使故障悬架性能恢复到与完好无故障悬架性能相接近的水平。*悬架系统冗余设计及容错控制6.1驱动系统冗余转向控制*悬架系统容错策略类型驱动系统冗余转向通过控制汽车左右车轮的驱动转矩的差异产生额外的横摆力矩，从而实现车辆的转向。在四轮独立驱动的电动汽车中，每个车轮的驱动转矩均可独立控制，为差动转向的实现提供了可能。当车辆直线行驶时，四个车轮的