面向极限侧偏场景的四轮转向车辆无偏全状态反馈路径跟踪控制方法研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.11.014

汽车工程 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (11): 2202-2211.doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.11.014

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面向极限侧偏场景的四轮转向车辆无偏全状态反馈路径跟踪控制方法研究

陈国迎¹(),董佳豪²,王鑫煜²,王佳琦²,卢磊³,李论³

^1.吉林大学，汽车底盘集成与仿生全国重点实验室，长春 130022
^2.吉林大学汽车工程学院，长春 130022
^3.中国第一汽车股份有限公司，长春 130000

收稿日期:2024-11-30 修回日期:2025-01-07 出版日期:2025-11-25 发布日期:2025-11-28
通讯作者: 陈国迎 E-mail:cgy-011@163.com
基金资助:
吉林省科技发展计划项目(20230213)

Research on Unbiased Full State Feedback Path Tracking Control Method for Four-Wheel Steering Vehicles for the Extreme Sideslip Scenario

Guoying Chen¹(),Jiahao Dong²,Xinyu Wang²,Jiaqi Wang²,Lei Lu³,Lun Li³

^1.Jilin University，National Key Laboratory of Automotive Chassis Integration and Bionics，Changchun 130022
^2.College of Automotive Engineering，Jilin University，Changchun 　 130022
^3.China FAW Co. ，Ltd. ，Changchun 　 130000

Received:2024-11-30 Revised:2025-01-07 Online:2025-11-25 Published:2025-11-28
Contact: Guoying Chen E-mail:cgy-011@163.com

摘要/Abstract

摘要：

针对四轮转向车辆广泛采用的基于反馈机制的运动控制方法在极限侧偏场景下存在路径跟踪横向及航向误差无法收敛的问题，提出一种无偏前馈与迟滞修正全状态反馈相结合的控制方法。首先，设计考虑路径预瞄和迟滞修正的全状态反馈控制器，并基于此进行四轮转向车辆横向运动闭环分析，推导出稳态下横向和航向误差为零的无偏前馈转角，从而建立无偏前馈与迟滞修正全状态反馈相结合的控制算法。最后，对提出的控制算法进行实车试验，并与纯反馈控制算法和比例前馈加全状态反馈控制算法进行对比验证。结果表明，本文提出的控制算法在大曲率工况下最大横向误差分别降低26.6%和20.5%，最大航向误差分别降低21.9%和15.7%。在高速蛇行工况下，最大横向误差分别降低29.9%和15.6%，最大航向误差分别降低37.8%和32%。

关键词: 四轮转向车辆, 极限侧偏, 路径跟踪, 全状态反馈, 无偏前馈

Abstract:

For the problem of non-convergence of lateral and heading errors of path tracking in extreme lateral slip scenarios of the motion control method widely used in four-wheel steering vehicles based on feedback mechanism， a control method integrating unbiased feedforward and hysteresis-corrected full-state feedback is proposed. Firstly， a full-state feedback controller considering path preview and hysteresis correction is designed， and based on this， a closed-loop analysis of the lateral motion of four-wheel steering vehicles is conducted. The unbiased feedforward steering angle with zero lateral and heading errors in the steady state is deduced， thereby establishing the control algorithm combining unbiased feedforward and hysteresis-corrected full-state feedback. Finally， the proposed control algorithm is applied in real vehicle tests and compared and verified with the pure feedback control algorithm and the proportional feedforward plus full-state feedback control algorithm. The results show that the proposed control algorithm reduces the maximum lateral error by 26.6% and 20.5% respectively， and the maximum heading error by 21.9% and 15.7% respectively in the high-curvature working condition. In the high-speed serpentine working condition， the maximum lateral error is reduced by 29.9% and 15.6% respectively， and the maximum heading error is reduced by 37.8% and 32% respectively.

Key words: four-wheel steering vehicles, extreme sideslip, path tracking, full-state feedback, unbiased feedforward

陈国迎,董佳豪,王鑫煜,王佳琦,卢磊,李论. 面向极限侧偏场景的四轮转向车辆无偏全状态反馈路径跟踪控制方法研究[J]. 汽车工程, 2025, 47(11): 2202-2211.

Guoying Chen,Jiahao Dong,Xinyu Wang,Jiaqi Wang,Lei Lu,Lun Li. Research on Unbiased Full State Feedback Path Tracking Control Method for Four-Wheel Steering Vehicles for the Extreme Sideslip Scenario[J]. Automotive Engineering, 2025, 47(11): 2202-2211.

图/表 17

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图 7

表 1

自动驾驶实车平台参数"

参数	数值
整车质量 $m / k g$	2 784
前轴到质心距离 $l f / m$	1.66
后轴到质心距离 $l r / m$	1.45
绕z轴转动惯量 $I z / k g ? m 2$	4 293.6
前轴侧偏刚度 $C f / N ? r a d - 1$	230 000
后轴侧偏刚度 $C r / N ? r a d - 1$	210 000
前轴1阶惯性环节参数 $τ f / m s$	150
后轴1阶惯性环节参数 $τ r / m s$	80

表 1

图8

图 9

表2

大曲率工况下试验结果对比"

控制器类型	$e d$ /m	$e φ$ /（°）	$e d 和 e φ$ 降低量/%
ControllerA	0.222	7.17	21.9， 26.6
ControllerB	0.205	6.64	15.7， 20.5
ControllerC	0.163	5.6

表2

图10

图11

图 12

图13

表3

高速蛇行工况试验结果对比"

控制器类型	$e d$ /m	$e φ$ /（°）	$e d 和 e φ$ 降低量/%
ControllerA	0.224	2.01	29.9， 37.8
ControllerB	0.186	1.84	15.6， 32
ControllerC	0.157	1.25

表3

图 14

参考文献 10

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面向极限侧偏场景的四轮转向车辆无偏全状态反馈路径跟踪控制方法研究

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