基于 MPC 的分布式驱动越野车辆原地转向控制研究

针对轮毂电机分布式驱动越野车辆在狭小空间快速机动的需求，设计了一种分层结构的原地转向控制策略。基于动力学原理分析了各轮载荷、附着条件对原地转向横摆速度的影响机理，并搭建原地转向运动学模型，上层采用模型预测控制算法设计原地转向理想轨迹以及期望的横摆角速度，开发基于 PI滑模控制的横摆运动跟踪算法，通过补偿转向横摆力矩以提高方向角控制的鲁棒性和稳定性，下层以最优轮胎利用率为目标，设计二次规划算法优化分配各轮附加横摆力矩。dSPACE 硬件在环测试结果表明，所提出的控制算法可在保证稳定性的前提下实现原地转向，大幅提高了车辆的转向机动性，在方向盘动态输入仿真中，车辆最大转弯半径为 0.157 m，转向中心的最大偏移量为 3.610 m；同时，驾驶员能对转向过程进行闭环控制，实现了原地转向过程中横摆速度的实时调节。