本發明涉及汽車控制領域，尤其涉及一種用于汽車的車輪傳動失穩動力再分配控制方法。

背景技術：

1、隨著電動汽車技術的快速發展，電動汽車的續航里程、動力性能及駕駛安全性等方面的要求也日益提高。然而，電動汽車在行駛過程中，特別是在復雜多變的道路環境和駕駛條件下，車輪傳動系統往往面臨著失穩的風險。這種失穩可能由多種因素引起，如路面不平整、輪胎磨損、驅動電機控制不當等，都可能導致車輪打滑、側滑或失控，嚴重影響車輛的穩定性和安全性。

2、傳統的車輪傳動控制策略往往側重于單一目標的優化，如僅考慮車輪滑移率控制或軌跡跟蹤能力，而忽視了其他控制目標的相互影響和制約。這種單一目標的優化方法往往無法滿足電動汽車在復雜工況下的綜合性能需求，甚至可能導致車輛在某些情況下出現失控或事故。

3、此外，電動汽車的車輪傳動系統還面臨著傳感器和執行器故障的風險。傳感器故障可能導致車輛無法準確感知周圍環境和自身狀態，而執行器故障則可能影響車輛的動力輸出和響應速度。這些故障都可能對車輛的穩定性和安全性造成嚴重影響，特別是在高速行駛或緊急情況下。

4、因此，為了提升電動汽車的車輪傳動穩定性和安全性，需要開發一種綜合考慮多個控制目標的動力再分配控制策略。這種策略應該能夠實時監測車輛狀態和環境變化，動態調整各車輪的扭矩輸出，以糾正失穩狀態并保持車輛穩定行駛。同時，該策略還應該具備故障診斷與容錯控制功能，能夠在傳感器或執行器故障時自動調整控制策略，確保車輛仍能安全穩定運行，為此提出一種電動汽車的車輪傳動失穩動力再分配控制策略。

技術實現思路

1、本發明的主要目的在于提供一種用于汽車的車輪傳動失穩動力再分配控制方法，用于在汽車失穩狀態下進行動力再分配，確保車輛安全穩定運行。

2、為達到以上目的，本發明采用的技術方案為：一種用于汽車的車輪傳動失穩動力再分配控制方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

3、步驟s1、通過高精度傳感器實施獲取車輛運行數據，所述車輛運行數據包括車輛運行狀態數據以及車輛周圍環境數據，所述高精度傳感器包括輪速傳感器、加速度傳感器、陀螺儀、環境感知攝像頭及雷達；

4、步驟s2、對所述車輛運行數據進行分析，識別車輪失穩的早期跡象；

5、步驟s3、當識別到車輪具有失穩風險時，啟動動態動力再分配機制，以優化各車輪的扭矩輸出，糾正失穩狀態；

6、步驟s4、綜合考慮車輪滑移率、側向穩定性、軌跡跟蹤能力的控制目標，采用多目標優化算法，平衡各目標之間的沖突，得到最優的動力分配方案。

7、優選地，所述步驟s3具體包括如下步驟：

8、步驟s301、定義車輛狀態向量x＝[x,y,θ,v,ω]∧t，其中x和y表示車輛質心在全局坐標系中的位置，θ表示車輛航向角，v表示車速，ω表示橫擺角速度；

9、步驟s302、定義控制輸入向量u＝[t_lf,t_rf,t_lr,t_rr]∧t，其中t_lf、t_rf、t_lr、t_rr分別表示左前、右前、左后、右后車輪的驅動扭矩；

10、步驟s303、根據車輛動力學模型，建立狀態空間方程x＝f(x,u)，其中f(x,u)表示車輛動力學模型的狀態轉移函數；

11、步驟s304、當識別到車輪傳動失穩時，求解以下優化問題得到最優控制輸入u：

12、

13、約束條件為：

14、x＝f(x,u),x(0)＝x0,umin≤u≤umax

15、其中，xdes是期望的車輛狀態向量，x0是初始狀態向量，uprev是上一時刻的控制輸入，λ是權重系數，w是權重矩陣，umin和umax分別是控制輸入的最小值和最大值。

16、優選地，步驟s304中采用滑模控制smc算法進行求解，所述滑模控制smc算法采用如下形式的滑模面：

17、s＝c1e+c2e，

18、其中，e表示車輛狀態誤差，c1和c2為正常數，用于調節滑模面的收斂速度和穩定性。

19、優選地，步驟s4中的多目標優化算法具體包括如下步：

20、步驟s401、確定車輪滑移率控制、側向穩定性控制、軌跡跟蹤能力控制的控制目標，并分別建立相應的目標函數，設各目標函數為ji(u)，i＝1,2,...,n；

21、步驟s402、對目標函數進行標準化；

22、步驟s403、采用加權和方法，將多個標準化后的目標函數組合成一個綜合目標函數：

23、

24、其中，j(u)為綜合目標函數，ω為各控制目標的權重系數，且滿足

25、步驟s404、利用梯度下降法或牛頓法求解j(u)的最小值，得到最優控制輸入u。

26、優選地，所述方法還包括：步驟s6、故障診斷與容錯控制方法，步驟s6具體包括如下步驟：

27、步驟s601：利用冗余傳感器信息、數據校驗、閾值判斷的方法，實時監測傳感器的工作狀態，診斷所述高精度傳感器是否發生故障；

28、步驟s602：通過監測執行器的響應速度、輸出扭矩參數，判斷執行器是否失效或性能下降；

29、步驟s603：當診斷出高精度傳感器或執行器故障，立即啟動故障處理策略：

30、若高精度傳感器產生故障，采用冗余傳感器數據替代、估計值替代或故障傳感器隔離的方式；

31、若執行器產生故障，采用備用執行器切換、控制策略調整或降低性能要求的方式。

32、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

33、1)本發明通過集成高精度傳感器并實時監測車輛運行狀態，能夠迅速識別車輪傳動失穩的早期跡象，并立即啟動動態動力再分配機制并精確計算并優化各車輪的扭矩輸出，有效糾正失穩狀態，防止車輛打滑、側滑或失控，從而顯著提升電動汽車在復雜工況下的行駛穩定性和安全性；

34、2)本發明采用多目標優化算法，綜合考慮車輪滑移率、側向穩定性、軌跡跟蹤能力的控制目標，通過加權和方法求解最優控制輸入。同時本發明還具備故障診斷與容錯控制功能，能夠實時監測傳感器和執行器的工作狀態，一旦發現故障，立即啟動故障處理策略并調整控制策略中的參數和模型，確保了車輛在傳感器或執行器故障時仍能保持穩定行駛，降低了因故障導致的安全風險，提高了車輛的可靠性和耐用性。

技術特征：

1.一種用于汽車的車輪傳動失穩動力再分配控制方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種用于汽車的車輪傳動失穩動力再分配控制方法，其特征在于，所述步驟s3具體包括如下步驟：

3.根據權利要求2所述的一種用于汽車的車輪傳動失穩動力再分配控制方法，其特征在于，步驟s304中采用滑模控制smc算法進行求解，所述滑模控制smc算法采用如下形式的滑模面：

4.根據權利要求1所述的一種用于汽車的車輪傳動失穩動力再分配控制方法，其特征在于，步驟s4中的多目標優化算法具體包括如下步：

5.根據權利要求1所述的一種用于汽車的車輪傳動失穩動力再分配控制方法，其特征在于，還包括：步驟s6、故障診斷與容錯控制方法，步驟s6具體包括如下步驟：

技術總結
本發明提供了一種用于汽車的車輪傳動失穩動力再分配控制方法，具體包括如下步驟：步驟S1、通過高精度傳感器實施獲取車輛運行數據，所述車輛運行數據包括車輛運行狀態數據以及車輛周圍環境數據，所述高精度傳感器包括輪速傳感器、加速度傳感器、陀螺儀、環境感知攝像頭及雷達；步驟S2、對所述車輛運行數據進行分析，識別車輪失穩的早期跡象；步驟S3、當識別到車輪具有失穩風險時，啟動動態動力再分配機制，以優化各車輪的扭矩輸出，糾正失穩狀態；步驟S4、綜合考慮車輪滑移率、側向穩定性、軌跡跟蹤能力的控制目標，采用多目標優化算法，平衡各目標之間的沖突，得到最優的動力分配方案。

技術研發人員：吳偉斌,李嘉堂,王博,曾錦彬,黃靖凱,程肖錦,曹子龍,盧卓杰,黃琥
受保護的技術使用者：華南農業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28