Handling-Stability Control for Distributed Drive Electric Vehicles via Lyapunov-Based Nonlinear MPC Algorithm

控制理论(社会学) 非线性系统 理论(学习稳定性) 李雅普诺夫函数 模型预测控制 计算机科学 Lyapunov稳定性 控制(管理) 电子稳定控制 Lyapunov重新设计 控制工程 工程类 汽车工程 人工智能 物理 机器学习 量子力学
作者
Ningyuan Guo,Jin Liu,Junqiu Li,Weilin Chen,Yunzhi Zhang,Qinghua Lu,Zheng Chen
出处
期刊:IEEE Transactions on Transportation Electrification 卷期号:11 (2): 6615-6628 被引量:21
标识
DOI:10.1109/tte.2024.3513438
摘要

This article proposes a handling-stability control strategy for distributed drive electric vehicles (EVs) to improve motion performance. A motion supervisor, using only front steering angle feedback, is developed to evaluate the driving state and generate a unified yaw rate reference for handling-stability coordination. To ensure tracking convergence, a Lyapunov-based nonlinear model predictive control (LNMPC) strategy is proposed for direct yaw moment control (DYC), incorporating a contraction constraint to guarantee closed-loop stability, with rigorous proofs provided. For rapid problem-solving, a modified iterative linear quadratic regulator (iLQR) algorithm is developed, leveraging a relaxed log barrier function and double-loop iteration to handle inequality constraints, preventing violations and theoretically ensuring convergence to the original problem’s solution. Additionally, an auxiliary control law is applied to generate the initial solution in iLQR, reducing sensitivity. Using a Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions-based approach, the virtual control distribution is optimized efficiently, and the torque command of in-wheel motors (IWMs) can be gained. Simulations and hardware-in-the-loop (HIL) experiments demonstrate superior handling-stability performance and high computational efficiency with the proposed strategy.
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