汽車(chē)智能底盤(pán)原理及技術(shù) 課件 第七章 智能底盤(pán)冗余及容錯(cuò)技術(shù)

第七章智能底盤(pán)冗余及容錯(cuò)技術(shù)智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)課前小討論2戴姆勒（Daimler）和大眾（Volkswagen）等品牌的高端車(chē)型中，廣泛應(yīng)用了自適應(yīng)控制和容錯(cuò)技術(shù)，通過(guò)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(chē)輛的穩(wěn)定性和可控性。豐田（Toyota）和本田（Honda）等品牌的車(chē)輛中，配備了先進(jìn)的FDD系統(tǒng)，通過(guò)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(pán)系統(tǒng)的可靠性和安全性。底盤(pán)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(pán)冗余及容錯(cuò)技術(shù)的發(fā)展情況以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。第七章

智能底盤(pán)冗余及容錯(cuò)技術(shù)

3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)4冗余技術(shù)又稱(chēng)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(lèi)型：結(jié)構(gòu)冗余靜態(tài)冗余：也稱(chēng)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(guò)物理的冗余結(jié)構(gòu)來(lái)屏蔽系統(tǒng)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。動(dòng)態(tài)冗余：又稱(chēng)為主動(dòng)冗余，通過(guò)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)5主要的冗余技術(shù)有以下幾種類(lèi)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(lái)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(kāi)銷(xiāo)，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)6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(guò)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)7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(guò)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)81.2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(lái)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(méi)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)91.2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)101.2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(xiě)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)111.2容錯(cuò)控制技術(shù)主動(dòng)容錯(cuò)控制（ActiveFault-tolerantControlSystem，AFTCS）AFTCS也被稱(chēng)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)121.2容錯(cuò)控制技術(shù)主動(dòng)容錯(cuò)控制常見(jiàn)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)131.2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(guò)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)141.2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(wèn)題，并對(duì)未來(lái)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(guò)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(pán)冗余及容錯(cuò)技術(shù)

15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16驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制由于車(chē)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(chē)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(chē)輛中均有應(yīng)用，配備不同數(shù)量電機(jī)的車(chē)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172.1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(jiàn)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(guò)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182.1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(guò)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(guò)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(chēng)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192.1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(guò)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202.2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(chē)輛中均有應(yīng)用，配備不同數(shù)量電機(jī)的車(chē)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(chē)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(chē)速等信號(hào)異常時(shí)的容錯(cuò)。雙電機(jī)車(chē)輛容錯(cuò)控制：任一電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)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(chē)安全的同時(shí)使車(chē)輛還具備一定的動(dòng)力性。三電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)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(kāi)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(chē)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(chē)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(pán)冗余及容錯(cuò)技術(shù)

21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(pán)冗余技術(shù)制動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制22

面向支撐未來(lái)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(wú)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(chē)安全產(chǎn)生重大威脅，制動(dòng)系統(tǒng)作為汽車(chē)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(pán)冗余技術(shù)3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余方法23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(pán)冗余技術(shù)3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余方法24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(wú)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(guò)增設(shè)網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)的部件來(lái)實(shí)現(xiàn)的冗余，如接口冗余；網(wǎng)間冗余：通過(guò)增設(shè)同樣功用的網(wǎng)絡(luò)單元來(lái)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(lái)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(chē)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(wú)線局域網(wǎng)的通信能力的設(shè)備。智能底盤(pán)冗余技術(shù)3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余方法25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(guò)在電源內(nèi)增設(shè)同時(shí)工作的空載模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余；冗余冷備份：該方法通過(guò)增設(shè)功用相同的低壓電源模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余；并聯(lián)均流的N+1備份：通過(guò)使用具有或門(mén)功能的二極管將各供電部件并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余。智能底盤(pán)冗余技術(shù)3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余方法26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(jiàn)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(pán)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27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(jiàn)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(pán)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28IPB+RBU方案是指在IPB液壓傳遞經(jīng)過(guò)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(wú)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(kāi)，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(kāi)，制動(dòng)液在RBU模塊中流動(dòng)。RBU中的電機(jī)開(kāi)始工作，產(chǎn)生壓力。智能底盤(pán)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29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(guò)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(wú)法實(shí)現(xiàn)百分之百的能量回收。智能底盤(pán)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30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(kāi)，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(chē)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(pán)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31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(chē)系統(tǒng)。IDB+RCU采用了H形制動(dòng)方式，將制動(dòng)過(guò)程分為前后軸分開(kāi)進(jìn)行。IDB作為主制動(dòng)模塊，可通過(guò)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(guò)內(nèi)部私有CAN總線進(jìn)行檢測(cè)與通信。第七章

智能底盤(pán)冗余及容錯(cuò)技術(shù)

32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)33線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障類(lèi)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(guò)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)34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)35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)36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(chē)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)37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(wú)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)38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)39耐世特完全硬件冗余方案該方案包括整車(chē)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)40博世華域硬件冗余方案該方案采用雙電源接口、雙整車(chē)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)41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(lèi)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(guò)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)42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43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(guò)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44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(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)、估計(jì)和重構(gòu)來(lái)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45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46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(pán)冗余及容錯(cuò)技術(shù)

47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)48通過(guò)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(jiàn)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49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(guò)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(guò)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(guò)管路和右前懸架液壓缸、左后懸架液壓缸連接；通過(guò)充油系統(tǒng)管路配合前后軸聯(lián)通閥、田字形管路配合多個(gè)流速控制閥、軸輪管路配合軸輪聯(lián)通閥形成多種可組合的冗余回路，即使其中某些閥體損壞，系統(tǒng)依然可以正常工作，提高了系統(tǒng)可靠性；同時(shí)采用脈寬調(diào)制（PWM）控制多個(gè)流速控制閥輪流開(kāi)閉的方法，保證系統(tǒng)各部件壽命的一致性。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50主動(dòng)懸架可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成：該系統(tǒng)包括包括減振器，減振器上設(shè)有分別連通復(fù)原腔和壓縮腔的第一進(jìn)出油口和第二進(jìn)出油口。工作原理：第一進(jìn)出油口和第二進(jìn)出油口之間串聯(lián)設(shè)置有雙向電液泵和調(diào)節(jié)單元，調(diào)節(jié)單元中設(shè)有控制閥組，用于限定第一進(jìn)出油口和第二進(jìn)出油口之間導(dǎo)通油液的壓力范圍。通過(guò)雙向電液泵可以主動(dòng)控制第一進(jìn)出油口和第二進(jìn)出油口之間導(dǎo)通油液的流動(dòng)方向和流通量，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的主動(dòng)力控制；通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)單元以限定導(dǎo)通油液的壓力大小，可改變減振器的阻尼、軟硬度或減振頻度。調(diào)節(jié)單元中的控制閥組失效時(shí)，該主動(dòng)懸架系統(tǒng)仍然具有被動(dòng)懸架的功能，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。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51半主動(dòng)懸架傳感器冗余設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)組成：通過(guò)布置多個(gè)傳感器，同時(shí)設(shè)計(jì)了不同傳感器故障形式下的半主動(dòng)懸架控制方案，提高了懸架控制的可靠性。工作原理：在僅有位移傳感器故障時(shí)，基于卡爾曼濾波算法和單傳感器混合控制算法確定減振器的期望阻尼力，在部分傳感器失效時(shí)，依舊能夠發(fā)揮半主動(dòng)懸架作用；在兩個(gè)傳感器均故障時(shí)，使用減振器電磁閥電流的0A狀態(tài)作為應(yīng)急狀態(tài)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛控制。懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制5.3懸架系統(tǒng)容錯(cuò)控制策略52懸架系統(tǒng)故障類(lèi)型懸架系統(tǒng)的故障包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障、設(shè)備故障、傳感器故障.懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制5.3懸架系統(tǒng)容錯(cuò)控制策略53懸架系統(tǒng)容錯(cuò)策略類(lèi)型被動(dòng)容錯(cuò)控制事先考慮懸架故障，離線設(shè)計(jì)控制器，使系統(tǒng)對(duì)故障不敏感，在系統(tǒng)元器件或部件發(fā)生故障時(shí)仍能維持系統(tǒng)性能或維持系統(tǒng)性能在可接受的范圍內(nèi)，提高控制可靠性，證控制效果。同時(shí)，在離線設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制器時(shí)，事先考慮一定范圍的系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)，使設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)穩(wěn)定，既具有一定的魯棒性，也具有一定的容錯(cuò)控制效果，針對(duì)執(zhí)行器故障的懸架被動(dòng)容錯(cuò)控制懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制5.3懸架系統(tǒng)容錯(cuò)控制策略54懸架系統(tǒng)容錯(cuò)策略類(lèi)型（1）懸架系統(tǒng)故障檢測(cè)、診斷與隔離基于殘差信息的執(zhí)行器故障檢測(cè)、診斷與隔離（FDI）策略針對(duì)執(zhí)行器故障和傳感器故障的懸架主動(dòng)容錯(cuò)控制工作原理：故障檢測(cè)濾波器，產(chǎn)生和提取ASS執(zhí)行器故障前后的輸出殘差信息。故障懸架系統(tǒng)的輸出殘差相對(duì)無(wú)故障的懸架系統(tǒng)超過(guò)某一閾值，波形發(fā)生明顯波動(dòng)，從而檢測(cè)出ASS是否出現(xiàn)故障。再利用一定的故障隔離方法，對(duì)輸出殘差信息中所含故障特征信號(hào)進(jìn)行提取，準(zhǔn)確診斷、隔離發(fā)生故障的執(zhí)行器部位。懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制5.3懸架系統(tǒng)容錯(cuò)控制策略55針對(duì)執(zhí)行器故障和傳感器故障的懸架主動(dòng)容錯(cuò)控制（1）懸架系統(tǒng)故障檢測(cè)、診斷與隔離基于殘差信息的傳感器故障檢測(cè)、診斷與隔離策略工作原理：當(dāng)傳感器受故障影響時(shí)，作為輸出反饋控制器輸入信號(hào)的量測(cè)輸出將改變并影響控制器控制輸出，導(dǎo)致ASS的控制效果變差。同樣可通過(guò)設(shè)計(jì)故障檢測(cè)濾波器，產(chǎn)生和提取傳感器故障前后的殘差信息，準(zhǔn)確診斷并隔離發(fā)生故障的傳感器部位。懸架系統(tǒng)容錯(cuò)策略類(lèi)型懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制5.3懸架系統(tǒng)容錯(cuò)控制策略56懸架系統(tǒng)容錯(cuò)策略類(lèi)型（1）懸架系統(tǒng)故障檢測(cè)、診斷與隔離基于濾波器組的主動(dòng)懸架傳感器故障檢測(cè)、診斷與隔離針對(duì)執(zhí)行器故障和傳感器故障的懸架主動(dòng)容錯(cuò)控制工作原理：對(duì)懸架傳感器故障進(jìn)行定量化檢測(cè)，設(shè)計(jì)故障檢測(cè)濾波器產(chǎn)生和提取主動(dòng)懸架殘差r，設(shè)計(jì)故障檢測(cè)指標(biāo)檢測(cè)主動(dòng)懸架傳感器故障。為進(jìn)一步隔離和確認(rèn)故障傳感器，分別以4個(gè)量測(cè)輸出傳感器的量測(cè)輸出和懸架控制輸入為輸入信號(hào)設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器，構(gòu)成卡爾曼濾波器組?？柭鼮V波器組中各濾波器獨(dú)立對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，并向故障隔離與決策機(jī)構(gòu)提供狀態(tài)估計(jì)信息。再以各卡爾曼濾波器對(duì)懸架某一狀態(tài)變量估計(jì)值為決策信息，選擇故障隔離決策變量、構(gòu)造決策函數(shù)、設(shè)計(jì)隔離決策單元，實(shí)現(xiàn)傳感器的故障隔離。懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制5.3懸架系統(tǒng)容錯(cuò)控制策略57懸架系統(tǒng)容錯(cuò)策略類(lèi)型（2）懸架主動(dòng)容錯(cuò)控制針對(duì)執(zhí)行器故障的懸架主動(dòng)容錯(cuò)控制針對(duì)執(zhí)行器故障和傳感器故障的懸架主動(dòng)容錯(cuò)控制工作原理：完好無(wú)故障狀態(tài)下懸架通過(guò)線性二次型高斯（LQG）控制器可獲得良好的控制效果。當(dāng)執(zhí)行器發(fā)生故障時(shí)，基于魯棒觀測(cè)器獲得系統(tǒng)輸出殘差，以輸出殘差為信號(hào)設(shè)計(jì)懸架故障檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)故障發(fā)生時(shí)刻。再以輸出殘差r

和控制輸入U(xiǎn)為信號(hào)設(shè)計(jì)懸架在線診斷系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線估計(jì)執(zhí)行器故障增益大小，然后基于診斷信息和控制律重組方法進(jìn)行容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)。懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制5.3懸架系統(tǒng)容錯(cuò)控制策略58懸架系統(tǒng)容錯(cuò)策略類(lèi)型（2）懸架主動(dòng)容錯(cuò)控制針對(duì)傳感器故障的懸架主動(dòng)容錯(cuò)控制針對(duì)執(zhí)行器故障和傳感器故障的懸架主動(dòng)容錯(cuò)控制工作原理：基于自適應(yīng)技術(shù)設(shè)計(jì)的觀測(cè)器獲得懸架系統(tǒng)輸出殘差，再以輸出殘差為信號(hào)設(shè)計(jì)懸架故障估計(jì)系統(tǒng)，估計(jì)出量測(cè)輸出傳感器故障信號(hào)。利用故障傳感器的故障估計(jì)值和故障輸出共同重構(gòu)量測(cè)輸出傳感器故障信號(hào)，將重構(gòu)的量測(cè)輸出傳感器故障信號(hào)作為輸出反饋控制器的輸入，實(shí)現(xiàn)故障懸架主動(dòng)容錯(cuò)控制目標(biāo)，使故障懸架性能恢復(fù)到與完好無(wú)故障懸架性能相接近的水平。第七章

智能底盤(pán)冗余及容錯(cuò)技術(shù)

59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6.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余轉(zhuǎn)向控制60懸架系統(tǒng)容錯(cuò)策略類(lèi)型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余轉(zhuǎn)向通過(guò)控制汽車(chē)左右車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的差異產(chǎn)生額外的橫擺力矩，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向。在四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)中，每個(gè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩均可獨(dú)立控制，為差動(dòng)轉(zhuǎn)向的實(shí)現(xiàn)提供了可能。當(dāng)車(chē)輛直線行駛時(shí)，四個(gè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力大小及方向均相等，不會(huì)產(chǎn)生橫擺力矩，此時(shí)驅(qū)動(dòng)力的大小僅會(huì)影響車(chē)輛的平動(dòng)狀態(tài)，即使車(chē)輛加速或減速，也不會(huì)影響車(chē)輛的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)四個(gè)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)力的大小或方向不同時(shí)，車(chē)輛的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)受到影響。車(chē)輛左前輪及左后輪受到向后的驅(qū)動(dòng)力，右前輪及右后輪受到向前的驅(qū)動(dòng)力，前輪驅(qū)動(dòng)力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)繞質(zhì)心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的橫擺力偶矩，同理，后輪驅(qū)動(dòng)力2也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)繞質(zhì)心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的橫擺力偶矩。兩個(gè)橫擺力偶矩疊加在一起，即形成了使車(chē)輛發(fā)生轉(zhuǎn)向的橫擺力偶矩。懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制6.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余轉(zhuǎn)向控制61驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冗余轉(zhuǎn)向通過(guò)控制汽車(chē)左右車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的差異產(chǎn)生額外的橫擺力矩，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向。在四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)中，每個(gè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩均可獨(dú)立控制，為差動(dòng)轉(zhuǎn)向的實(shí)現(xiàn)提供了可能。當(dāng)車(chē)輛直線行駛時(shí)，四個(gè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力大小及方向均相等，不會(huì)產(chǎn)生橫擺力矩，此時(shí)驅(qū)動(dòng)力的大小僅會(huì)影響車(chē)輛的平動(dòng)狀態(tài)，即使車(chē)輛加速或減速，也不會(huì)影響車(chē)輛的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)四個(gè)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)力的大小或方向不同時(shí)，車(chē)輛的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)受到影響。車(chē)輛左前輪及左后輪受到向后的驅(qū)動(dòng)力，右前輪及右后輪受到向前的驅(qū)動(dòng)力，前輪驅(qū)動(dòng)力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)繞質(zhì)心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的橫擺力偶矩，同理，后輪驅(qū)動(dòng)力2也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)繞質(zhì)心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的橫擺力偶矩。兩個(gè)橫擺力偶矩疊加在一起，即形成了使車(chē)輛發(fā)生轉(zhuǎn)向的橫擺力偶矩。懸架系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)控制6.2驅(qū)制動(dòng)冗余轉(zhuǎn)向控制62驅(qū)制動(dòng)冗余轉(zhuǎn)向控制是指通過(guò)控制左右兩側(cè)車(chē)輪驅(qū)制動(dòng)力，形成差動(dòng)力矩以及附加橫擺力矩，控制車(chē)輛產(chǎn)生橫向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障情況下的正常轉(zhuǎn)向功能。線控