本文针对四轮转向线控底盘在低速大转角工况中容易横摆失稳、轨迹跟踪精准低的问题,设计了四轮转向线控底盘的机械结构与控制系统,在此基础上研究了轨迹跟踪控制理论,设计了能提高控制精度和稳定性的轨迹跟踪控制器,并通过联合仿真和实验对控制理论进行了验证,主要研究内容如下:四轮转向线控底盘机械结构与控制系统设计分析。优化四轮转向线控底盘的总体方案,设计并分析驱动结构与转向结构,为精确描述四轮转向线控底盘在低速大转角工况中运动情况,改进传统二自由度动力学模型,建立三自由度动力学模型与非线性轮胎模型。设计四组转向电机、四组轮毂伺服电机为主的控制系统功能模块,以及包括CAN通讯驱动层、运动模式层、输入层的控制程序,并在matlab中搭建运动控制系统的Simulink模型。轨迹跟踪控制理论研究与控制器设计。基于三自由度动力学模型的建立,考虑道路曲率,通过Lyapunov直接法建立具有全局渐近稳定性的跟轨迹跟踪误差模型,并建立自适应粒子群算法对控制参数进行整定。基于时变线性模型控制策略设计了轨迹跟踪控制器,线性化系统状态矩阵,采用变步长模型离散化方法实现实际低速大转角工况所需的较长预测时域。建立横摆稳定约束和环境道路约束,保证四轮转向线控底盘在可行区的极限范围内无碰撞行驶。轨迹跟踪联合仿真。在Carsim仿真平台中构建轨迹仿真环境,在Simulink模块中构建仿真模型,协同Carsim和Simulink进行了轨迹跟踪控制联合仿真。仿真结果显示x轴、y轴、航向角的轨迹跟踪误差绝对值小于0.01,并且四轮转向线控底盘加速过程中,滑移率、质心侧偏角、横摆角速度、侧向加速度以及前后轮转角等参数在极值内剧烈波动并逐渐缩小;当行驶速度稳定后,参数在近乎为0的数值范围内稳定波动,质心侧偏角和横摆角速度仅当四轮转向线控底盘在弯道路径行驶时出现正负0.5、正负2的数值波动,证明了控制策略的有效性。轨迹跟踪实验。分析工控机、惯性导航、主控制器、驱动器等控制系统硬件设备的性能参数,完成实验平台的搭建,以与仿真相同的道路工况进行了轨迹跟踪控制实验。仿真与实验行驶轨迹的均值、中值、标准差数据的最大误差率为1.83%,滑移率、质心侧偏角、前后轮转角以及横摆角速度的实验仿真结果最大误差率分别是1.02%、3.97%、6.46%、5.28%,均小于误差标准值10%。证明了论文控制理论能在低速大转角工况下保证四轮转向线控底盘轨迹跟踪的精准性和稳定性。