双包络约束非线性 MPC 用于分布式驱动电动汽车在有界转向与直接偏航力矩控制下的漂移

分布式驱动电动汽车在极端机动操作中提供了优越的偏航力矩控制。传统的漂移分析从开环平衡点构建稳定性边界，并假设固定的包络结构。然而，控制输入之间的耦合会重塑相平面并改变鞍点位置，这可能导致开环包络在用于闭环漂移时失效。为解决这一问题，本文通过结合非线性轮胎模型与操控图并显式考虑道路附着系数、纵向速度、前轮转向角和附加偏航力矩，建立了鞍点坐标模型。基于鞍点特性，在滑移角与偏航率的相平面上构建了扩展的双包络框架。利用状态点在有界控制输入下向鞍点收敛的趋势，外包络定义了在前轮转向角和附加偏航力矩约束下的可恢复集合。外包络刻画了与未饱和轮胎力相关的非漂移稳定区域。最后，基于扩展双包络约束开发了非线性模型预测控制（NMPC）控制器。硬件在环实验表明，与无包络约束的 NMPC 相比，所提方法能够实现向漂移鞍点更平滑的收敛，分别将车速、侧滑角和偏航率的稳态跟踪误差降低 33.07%、71.18% 和 31.27%，并在道路摩擦不匹配条件下将峰值跟踪误差降低 63.66%。