我国农田耕种面积大、农村劳动力不足的现状使得农田管理模式逐渐向机械化、智能化转变,现代农业向“持续、低耗、高效”的精细化农业转型。高地隙喷雾机以高效的优点被广泛应用,但目前高地隙喷雾机主要采用机械传动结构,其结构较为复杂,在松软、泥泞水田等复杂环境下,容易引发驱动轮故障、滑移、沉陷等现象,其机动性、稳定性备受考验。本文采用轮毂电机驱动,突破原有的机械传动结构,实现四轮独立驱动控制;设计新型的自转向结构,建立四轮独立驱动高地隙喷雾机运动学与动力学模型,实现4WID速度协调控制,提高系统的可控性和适应性。主要研究内容如下:(1)四轮独立驱动底盘机构设计与优化。为提高喷雾机转向快速性和稳定性,设计了四轮独立电驱动自转向底盘,包括行走系统和动力系统;接着利用UG搭建高地隙喷雾机仿真平台,对四轮独立驱动底盘进行故障和容错运行分析,通过液压推杆和连杆优化底盘结构,当单个轮毂电机故障时,液压推杆辅助转向机构转向,连杆的设计确保内侧轮与外侧轮所走的轨迹完全重合,当前后均有轮毂电机发生故障时,高地隙喷雾机无法自动转向,液压推杆提供主动转向。独特的转向结构设计,提高了喷雾机轮毂电机故障的容错运行能力,保证前后自转向机构转角相同,减少农作物损坏。(2)4WID高地隙喷雾机模型研究。根据Ackermann-Jeantand转向模型建立了四轮独立驱动高地隙喷雾机的前轮转向和全轮转向模型,得出理想情况下全轮转向的转向半径是前轮转向半径的二分之一。由于在控制转向的过程中还需要平衡喷雾机各车轮的受力,对转向时的四轮独立驱动高地隙喷雾机整车和各部件的动力学模型进行了分析和研究,将高地隙喷雾机五自由度动力学模型简化为四自由度动力学模型,减少被控量,使得高地隙喷雾机在实际运行中更易于控制。(3)对4WID高地隙喷雾机进行运动控制研究。为了满足低速、大转矩的需求,对轮毂电机进行优化并建立数学模型;在四轮独立电驱动高地隙喷雾机“全轮转向模型”基础上,确立该4WID高地隙喷雾机的整体控制策略;最后进行差速转向协调控制仿真和单电机故障的容错控制试验,试验结果表明:本文设计的四轮独立驱动高地隙喷雾机转向时车轮均向前滚动,减少能源消耗;在泥脚较深的水田中能较好地转向,遇到车轮陷入泥地的情况有一定的自救能力;底盘连杆两端轮毂电机相互承担力矩输出,容错控制策略有效,确保整车正常运行。