机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (8): 475-488.doi: 10.3901/JME.260142
肖跃1,2, 贺宜1,2, 张鸣3
XIAO Yue1,2, HE Yi1,2, ZHANG Ming3
摘要: 随着自动驾驶技术向复杂场景延伸,分布式驱动四轮转向车辆因具备显著机动性能,其极限工况下的控制问题成为研究重点,如何在该场景下兼顾路径跟踪精度与行驶稳定性,是当前需要突破的关键方向。提出一种分层结构的模型预测控制+比例积分控制器,旨在提高分布式驱动四轮转向车辆在极限工况下的机动性能。首先,建立基于Frenet坐标系的车辆动力学模型,综合考虑前轴等效转角、后轴等效转角和附加横摆力矩控制量,结合基于相平面法的转角约束,设计一种分层式的控制器,提出基于质心侧偏角预测的减速策略以兼顾车辆的路径跟踪性能和稳定性。其次,在下层控制器中,考虑轮胎力极限和电机极限,基于轮胎利用率最优原则设计扭矩和转角分配策略,从而保证各车轮转角与扭矩的协调性,提升车辆的稳定裕度。最后,基于Matlab/Simulink和CarSim联合仿真平台,在低附着路面场景下对所提出的控制方法进行了验证。仿真结果表明,所提的分层控制结构能够有效提高4WID-4WIS车辆的路径跟踪精度和稳定性,具有良好的动态性能。与传统模型预测控制分层控制方法相比,车辆的横向位移最大误差值减小了29.8%,平均误差降低46.2%,横摆角速度也得到了有效控制,证明了所提出的控制方法的有效性。
中图分类号: