基于Lyapunov方法的集成车辆偏航稳定性控制器设计。

在现代汽车领域，车辆稳定性控制系统的设计和优化是提高汽车行驶安全性的关键技术。本文介绍了基于Lyapunov方法的集成车辆偏航稳定性控制器设计，该控制器的主要目的是提升车辆的横向稳定性与操纵稳定性，通过集成前轮转向角度和附加横摆力矩这两个控制变量来实现。 文章提出了一个问题，即随着地面车辆数量的增加，交通事故也呈现增长趋势，尤其是单方面事故。因此，提高车辆的主动安全控制性能变得至关重要。电子稳定控制（ESC）、防抱死制动系统（ABS）和牵引力控制系统（TCS）等是目前汽车行业的主要研究方向。在这些系统中，车辆在转弯情况下的横向稳定性对于保持车辆稳定性与操控性能至关重要。 文章提出了两种实现车辆横向稳定性的方法：直接横摆力矩控制（DYC）和主动前轮转向控制（AFS）。在此基础上，提出了一个全新的集成车辆偏航稳定性控制方案。该方案首先利用Lyapunov第二法则来确定参考横摆速率，这样做是为了保证车辆侧滑角度处于一个稳定的范围内。接着，考虑机械安全约束，该研究采用了非线性模型预测控制（NMPC）算法，使车辆的横摆速率跟踪参考值。 Lyapunov稳定性理论是控制系统中用于分析和设计稳定性控制器的重要工具。Lyapunov第二法则可以用来证明控制系统的稳定性，它通过构造一个Lyapunov函数来证明系统的稳定性，如果系统状态的演化能使***nov函数的值减小，那么可以判定系统是渐进稳定的。在本文中，通过Lyapunov函数来确定一个参考的横摆速率，使得车辆在行驶过程中，侧滑角度保持在一个安全的范围内。 非线性模型预测控制（NMPC）是一种先进的控制策略，它在控制过程考虑了系统的非线性特性，并且可以处理未来预测的约束。NMPC的一个显著特点是它在每一个控制步骤中都需要解决一个在线优化问题，用以预测未来一段时间内系统的动态行为，并计算出当前时间最优控制输入。对于车辆的横摆控制而言，NMPC能够考虑各种约束条件，如车辆的物理限制和道路条件等，实现更精确的控制。 在控制器的性能评估部分，研究者们在车辆运行的关键工况下对所提出的集成控制器进行了测试，仿真结果表明，该方法能够完美地维持车辆的横向稳定性。 关键词中还提到了“集成横摆稳定性控制”，这强调了集成多种控制方法的重要性。在车辆控制中，单一控制方法很难覆盖所有工况下的需求，而通过集成不同的控制变量和控制策略，能够更全面地应对不同路况下的挑战。 总结来看，基于Lyapunov方法的集成车辆偏航稳定性控制器设计是一种创新的方法，它结合了Lyapunov稳定性分析和非线性模型预测控制算法来处理车辆稳定性控制问题。通过确定参考横摆速率并利用NMPC算法实现对车辆横摆速率的精确控制，该控制器能够有效提高车辆在关键运行条件下的横向稳定性。这种控制系统的设计和实现对于提高现代汽车的安全性能具有重要的理论和实际应用价值。