一种飞行汽车线控底盘控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种飞行汽车线控底盘控制系统，包括：信号接收与处理模块、动力学控制模块、执行控制模块，所述飞行汽车线控底盘控制系统还包括：故障诊断与定位模块、容错控制模块；其中，信号接收与处理模块用于对接收的各类信息进行预处理，将故障检测结果发送至容错控制模块以及外部；故障诊断与定位模块用于根据上述信息，检测并定位执行机构发生的故障；容错控制模块用于根据分类故障重构各执行力矩；执行控制模块用于根据各力矩进行执行关系换算。本发明专利技术所述飞行汽车线控底盘控制系统飞行汽车线控底盘控制系统能适用于分体式飞行车辆的特定需求，且具有控制精度高、响应快的特点，可广泛应用于飞行车辆领域。可广泛应用于飞行车辆领域。可广泛应用于飞行车辆领域。

【技术实现步骤摘要】
一种飞行汽车线控底盘控制系统


[0001]本专利技术涉及底盘控制技术，特别是涉及一种飞行汽车线控底盘控制系统。

技术介绍

[0002]分体式飞行车辆包括飞行器、座舱与线控底盘三部分；其中，线控底盘作为分体式飞行车辆的地面承载部分，需要完成与座舱的对接，故其存在对接前、对接中、对接后的运行状态。在对接前，线控底盘完全根据感知规划系统输出的转向、驱动、制动等指令控制自身运动。当分体式飞行车辆遇到前方突然出现障碍物或者与障碍物距离过近等紧急情况时，线控底盘必须快速响应，以防止发生碰撞危险。在对接时，线控底盘的控制系统要进行高精度控制，以完成线控底盘与座舱的精准对接。在对接后，线控底盘承载着座舱运动，其须保障分体式飞行车辆运行的安全性与稳定性。
[0003]申请号为“2020101841828”、名称为“车辆控制系统、车辆控制方法及存储介质”的中国专利技术专利申请中，车辆控制系统包括规划层、参考层、高级控制层、控制分配层、底层控制层；其中，规划层根据驾驶任务生成操作指令，参考层根据操作指令生成反映对车辆状态控制需求的目标参数，高级控制层根据目标参数生成反映车辆执行器对状态控制需求执行能力的执行参数，控制分配层根据执行参数在类别执行器间分配类别任务参数，底层控制层向类别执行器提供对应的类别任务参数。另外，车辆控制系统能够屏蔽底层硬件并提供综合服务组合，以实现更为合理的控制。实际上，该专利技术申请中的控制系统仅适用于常规车辆的动力学控制需求，无法匹配分体式飞行车辆的特殊需求；而且，其分层架构导致存在计算速度慢、相应时间长的问题，无法应对车辆运行时遇到的突发或紧急状况。
[0004]申请号为“2020102696624”、专利技术名称为“一种控制车辆行驶的方法、装置、车辆及存储介质”的中国专利技术专利申请中，控制车辆行驶方法根据期望车辆行驶的目标路径，确定目标电机扭矩，并确定两个以上车轮的目标制动力，从而控制车辆按目标路径行驶。此外，多车轮制动力调节产生与转弯方向相关的横摆力矩，以减小最小转弯半径。实际上，该专利技术申请中涉及的控制系统仍然是针对常规车辆的，其无法匹配分体式飞行车辆的特殊需求。
[0005]现有技术中，线控底盘存在控制精度比较低、相应时间比较差、无法满足于分体式飞行车辆控制需求等问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种能适用于分体式飞行车辆的、控制精度高、响应快的飞行汽车线控底盘控制系统。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术提出的技术方案为：
[0008]一种飞行汽车线控底盘控制系统，包括：信号接收与处理模块、动力学控制模块、执行控制模块、故障诊断与定位模块、容错控制模块；其中，
[0009]信号接收与处理模块，还用于对外部规划系统发送的期望转向角δ
d
、期望车速v
d
，外部操作系统发送的操作模式信号、油门信号或制动信号，检测系统发送的实时车速v
x
、实
时质心侧偏角β
x
、实时横摆角速度ω
x
、实时转向角δ
x
、前轮补偿角Δδ
c
，进行预处理后发送至故障诊断与定位模块、容错控制模块；将故障诊断与定位模块发送的故障检测结果与对应的位置预处理后发送至容错控制模块以及外部的操作系统与规划系统。
[0010]故障诊断与定位模块，用于根据所述信号接收与处理模块发送的上述预处理后的信息，检测并定位执行机构发生的故障；按照转向、制动、驱动的顺序，依次确定发生的故障为单转向故障、单制动故障、单驱动故障、混合故障或正常状态，并将对应生成的转向故障参数系数k
s
、制动故障参数矩阵K
d
、驱动故障参数矩阵K
j
发送至容错控制模块；将上述故障检测结果与对应的位置发送至信号接收与处理模块。
[0011]容错控制模块，用于根据来自所述信号接收与处理模块的上述预处理后信息以及转向故障参数系数k
s
、制动故障参数矩阵K
d
、驱动故障参数矩阵K
j
进行分类故障处理，将得到的各力矩发送至执行控制模块或外部执行机构。
[0012]执行控制模块，用于根据容错控制模块发送的各力矩按对应的物理关系换算后进行配置，并将配置后的结果发送至外部执行机构。
[0013]综上所述，本专利技术所述飞行汽车线控底盘控制系统是一种适用于飞行汽车的控制系统，当然，其也能兼容高级陆地车辆。由于飞行汽车要适用于陆空两用，故其底盘的系统结构具有冗余特性。这样，现有技术中的飞行汽车线控底盘控制系统就无法适应飞行汽车的性能要求。本专利技术所述飞行汽车线控底盘控制系统除了包括现有技术中所谓的飞行汽车线控底盘控制系统的功能外，还包括了故障诊断与定位模块、容错控制模块，故障诊断与定位模块用于识别具体故障、故障类型以及故障位置，容错控制根据具体故障情况、故障类型、故障位置分类进行处理，并获得各分类情况下执行机构执行相应功能的力矩大小，从而使得所述飞行汽车能避开故障或者平稳停车，避免事故的发生。为了适应本专利技术所述飞行汽车线控底盘控制系统中故障诊断与定位模块、容错控制模块的工作需要，信号接收与处理模块、动力学控制模块、执行控制模块中也匹配了相应的协调功能，以完全匹配所述飞行汽车的工作需求；并且，该控制系统针对性强，故其控制精度也很高、响应速度也很快。
附图说明
[0014]图1为本专利技术所述飞行汽车线控底盘控制系统的总体组成结构示意图。
[0015]图2为本专利技术所述容错控制模块的组成结构示意图。
具体实施方式
[0016]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步地详细描述。
[0017]图1为本专利技术所述飞行汽车线控底盘控制系统的总体组成结构示意图。如图1所示，本专利技术所述一种飞行汽车线控底盘控制系统，包括：信号接收与处理模块1、动力学控制模块2、执行控制模块3，故障诊断与定位模块4、容错控制模块5；其中，
[0018]信号接收与处理模块1，还用于对外部规划系统发送的期望转向角δ
d
、期望车速v
d
，外部操作系统发送的操作模式信号、油门信号或制动信号，检测系统发送的实时车速v
x
、实时质心侧偏角β
x
、实时横摆角速度ω
x
、实时转向角δ
x
、前轮补偿角Δδ
c
，进行预处理后发送至故障诊断与定位模块4、容错控制模块5；将故障诊断与定位模块4发送的故障检测结果与
对应的位置预处理后发送至容错控制模块5以及外部的操作系统与规划系统。
[0019]实际应用中，信号接收与处理模块1进行预处理为对上述各信息对应的电信号进行整形、滤波处理。
[0020]故障诊断与定位模块4，用于根据信号接收与处理模块1发送的上述预处理后的信息，检测并定位执行机构发生的故障；按照转向、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行汽车线控底盘控制系统，包括信号接收与处理模块、动力学控制模块、执行控制模块，其特征在于，所述飞行汽车线控底盘控制系统还包括：故障诊断与定位模块、容错控制模块；其中，信号接收与处理模块，还用于对外部规划系统发送的期望转向角δ
d
、期望车速v
d
，外部操作系统发送的操作模式信号、油门信号或制动信号，检测系统发送的实时车速v
x
、实时质心侧偏角β
x
、实时横摆角速度ω
x
、实时转向角δ
x
、前轮补偿角Δδ
c
，进行预处理后发送至故障诊断与定位模块、容错控制模块；将故障诊断与定位模块发送的故障检测结果与对应的位置预处理后发送至容错控制模块以及外部的操作系统与规划系统；故障诊断与定位模块，用于根据所述信号接收与处理模块发送的上述预处理后的信息，检测并定位执行机构发生的故障；按照转向、制动、驱动的顺序，依次确定发生的故障为单转向故障、单制动故障、单驱动故障、混合故障或正常状态，并将对应生成的转向故障参数系数k
s
、制动故障参数矩阵K
d
、驱动故障参数矩阵K
j
发送至容错控制模块；将上述故障检测结果与对应的位置发送至信号接收与处理模块；容错控制模块，用于根据来自所述信号接收与处理模块的上述预处理后信息以及转向故障系数k
s
、制动故障参数矩阵K
d
、驱动故障参数矩阵K
j
进行分类故障处理，将得到的各力矩发送至执行控制模块或外部执行机构；执行控制模块，用于根据容错控制模块发送的各力矩按对应的物理关系换算后进行配置，并将配置后的结果发送至外部执行机构。2.根据权利要求1所述的飞行汽车线控底盘控制系统，其特征在于，所述信号接收与处理模块还用于接收外部检测系统发送的所述飞行汽车自身与前方障碍物或者前方突然插入的车辆与人之间的实时距离，并对该实时距离进行预处理后发送至所述动力学控制模块；所述动力学控制模块，还用于预先设定并存储设定距离阈值；判断所述信号接收与处理模块发送的实时距离是否小于设定距离阈值：如果是，则触发应急控制，并将应急控制指令发送至所述执行控制模块；所述执行控制模块，还用于根据所述动力学控制模块发送的应急控制指令进行应急处理，并将应急处理结果发送至外部执行机构。3.根据权利要求1或2所述的飞行汽车线控底盘控制系统，其特征在于，所述容错控制模块包括：控制律生成单元、状态正常单元、单驱动故障容错单元、单制动故障容错单元、单转向故障容错单元、混合故障容错单元；其中，控制律生成单元，用于根据所述信号接收与处理模块发送的操作模式信号，判断所述飞行汽车处于自动驾驶模态或手动驾驶模态：当处于自动驾驶模态时，对实时车速v
x
与期望车速v
d
之间的车速差进行PI控制，得到实时控制力矩T
x
；当处于手动驾驶模态时，通过解析根据所述信号接收与处理模块发送的油门信号或制动信号，确定实时控制力矩T
x
；采用二自由度动力学模型对所述信号接收与处理模块发送的实时转向角δ
x
、实时车速v
x
进行处理，得到期望质心侧偏角期望横摆角速度进而得到滑模控制律U：其中，滑模面为
前后轴距L＝a+b，a表示所述飞行汽车质心到前轴的距离，b表示所述飞行汽车质心到后轴的距离；K为稳定性因素，C
r
为所述飞行汽车的后轮侧偏刚度，m表示所述飞行汽车的质量，B
y
表示横向力参数矩阵，F
y
表示为横向力矩阵，H1表示第一增益矩阵，H2表示第二增益矩阵；将滑模控制律U发送至状态正常单元、单驱动故障容错单元，将实时控制力矩T
x
发送至状态正常单元、单驱动故障容错单元、单制动故障容错单元、单转向故障容错单元；状态正常单元，用于在所述飞行汽车处于正常模态时，根据控制律生成单元发送的实时控制力矩T
x
，按照控制律生成单元发送的滑模控制律U与第一力矩约束关系T
x
＝T
nzq
+T
nyq
+T
nzh
+T
nyh
，获得第一左前轮力矩T
nzq
、第一右前轮力矩T
nyq
、第一左后轮力矩T
nzh
、第一右后轮力矩T
nyh
，如下：将正常模态下的各车轮力矩发送至所述执行控制模块；其中，第一相关系数第二相关系数R
w
表示车轮半径，I表示所述飞行汽车围绕其质心的转动惯量；γ
q
表示前轮轴距，γ
h
表示后轮轴距；单驱动故障容错单元，用于在所述飞行汽车处于单驱动故障时，根据控制律生成单元发送的实时控制力矩T
x
，按照各外部执行机构的数理关系与第二力矩约束关系T
x
＝T
jzq
+T
jyq
+T
jzh
+T
jyh
，获得第二左前轮力矩T
jzq
、第二右前轮力矩T
jyq
、第二左后轮力矩T
jzh
、第二右后轮力矩T
jyh
；单驱动故障下各车轮力矩服从控制律生成单元发送的滑模控制律U，满足如下关系：将总转向角θ＝δ
x
+Δδ
c
、由上述单驱动故障下各车轮力矩发送至所述执行控制模块；其中，第三相关系数第四相关系数第四相关系数驱动故障参数矩阵k
jzq
、k
jzh
、k
jyq
、k
jyh
分别表示左前轮驱动故障系数、左后轮驱动故障系数、右前轮驱动故障系数、右后轮驱动故障系数；C
f
表示前轮侧偏刚度；单制动故障容错单元，用于在所述飞行汽车处于单制动故障时，根据控制律生成单元发送的实时控制力矩T
x
，得到第三左前轮力矩第三左后轮力矩第三右前轮力矩第三右后轮力矩且服从第三力矩约束关系T
x
＝T
dzq
+T
dyq
+T
dzh
+T
dyh
；根据所述信号接收与处理模块发送的制动故障参数矩阵K
d
配置单制动故障下的各车轮力矩，并将配置后的各车轮力矩发送至外部执行机构；其中，F
z
表示所述飞行汽车的垂向力，F
zzq
表示左前轮的垂向力，F
zzh
表示左后轮的垂向力，F
zyq
表示右前轮的垂向力，F
zyh
表示右后轮的垂向力；k
dzq
、k
dzh
、k
dyq
、k
dyh
分别表示左前轮制动故障系数、左后轮制动故障系数、右前轮制动故障系数、右后轮制动故障系数；单转向故障容错单元，用于在所述飞行汽车处于单转向故障时，根据所述信号接收与处理模块发送的转向故障参数系数k
s
、期望转向角δ
d
、控制律生成单元发送的实时控制力矩T
x
，将获取的各车轮力矩发送至所述执行控制模块；混合故障容错单元，用于在所述飞行汽车处于混合故障时，向所述执行控制模块发送紧急停车信号。4.根据权利要求3所述的飞行汽车线控底盘控制系统，其特征在于，所述根据所述信号接收与处理模块发送的制动故障参数矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟达，杨超，胡彪，马泰恒，张宇航，孙同林，李颖，岳兴，项昌乐，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：