执行器故障下的分布式驱动电动车辆非线性观测器设计

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20240152

东北大学学报（自然科学版） ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (1): 60-66.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20240152

执行器故障下的分布式驱动电动车辆非线性观测器设计

王宏伟(), 吉新玉, 宋金烁

东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北秦皇岛 066004

收稿日期:2024-07-20 出版日期:2026-01-15 发布日期:2026-03-17
通讯作者: 王宏伟
作者简介:王宏伟（1983—），女，辽宁铁岭人，东北大学副教授.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61903072);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(N2223029)

Design of Nonlinear Observer for Distributed Drive Electric Vehicle with Actuator Faults

Hong-wei WANG(), Xin-yu JI, Jin-shuo SONG

School of Control Engineering，Northeastern University at Qinhuangdao，Qinhuangdao 066004，China.

Received:2024-07-20 Online:2026-01-15 Published:2026-03-17
Contact: Hong-wei WANG

摘要/Abstract

摘要：

针对具有执行器故障的分布式驱动电动车辆非线性动力学系统,设计一种基于观测器的鲁棒故障诊断算法.首先,考虑执行器故障及系统干扰,建立7自由度车辆系统数学模型.然后,利用线性矩阵不等式和李雅普诺夫函数设计一种基于非线性观测器的故障诊断策略,实现对系统状态、干扰信息及故障因子的多重估计,并给出理论性证明.最后,参考车辆实际驾驶条件,通过MATLAB/Simulink和CarSim进行联合仿真.结果表明,所设计的观测器可对执行器故障进行准确的诊断和估计,能快速跟踪系统实际运行状态,提高了系统的抗干扰能力.

关键词: 分布式驱动电动车辆, 执行器故障, 非线性观测器, 线性矩阵不等式, 故障诊断

Abstract:

A robust fault diagnosis algorithm based on an observer was designed for the nonlinear dynamic system of distributed drive electric vehicles with actuator faults. Firstly， by considering the actuator fault and system disturbance， a mathematical model of 7 degrees of freedom vehicle system was established. Then， a fault diagnosis strategy based on a nonlinear observer was designed by using linear matrix inequality and Lyapunov function to realize multiple estimations of system state， disturbance information， and fault factor， and the relevant theoretical proof was given. Finally， by referring to the actual driving conditions of the vehicle， the co-simulation was carried out by MATLAB/Simulink and CarSim. The results show that the designed observer can accurately diagnose and estimate the actuator faults， rapidly track the actual operating state of the system， and improve the anti-interference ability of the system.

Key words: distributed drive electric vehicle, actuator fault, nonlinear observer, linear matrix inequality, fault diagnosis

中图分类号:

TP 273

王宏伟, 吉新玉, 宋金烁. 执行器故障下的分布式驱动电动车辆非线性观测器设计[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2026, 47(1): 60-66.

Hong-wei WANG, Xin-yu JI, Jin-shuo SONG. Design of Nonlinear Observer for Distributed Drive Electric Vehicle with Actuator Faults[J]. Journal of Northeastern University(Natural Science), 2026, 47(1): 60-66.

图/表 8

图1 车辆动力学模型

Fig.1 Vehicle dynamics model

图2 纵向速度vx及其估计值

Fig.2 Longitudinal velocity vx and its estimation values

图3 侧向速度vy及其估计值

Fig.3 Lateral velocity vy and its estimation values

图4 横摆角速度ω及其估计值

Fig.4 Yaw velocity ω and its estimation values

图5 故障因子η及其估计值

Fig.5 Fault factor η and its estimation values

图6 ξ1(t)及其估计值

Fig.6 ξ1(t) and its estimation values

图7 ξ2(t)及其估计值

Fig.7 ξ2(t) and its estimation values

图8 ξ3(t)及其估计值

Fig.8 ξ3(t) and its estimation values

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