Four-wheel independent drive autonomous vehicle (4WIDAV) is constantly influenced by uncertainties, including parameter fluctuation, modeling error, and external disturbance during the path following process. If those uncertainties are not handled properly, 4WIDAV may deviate from the desired path or even become unstable. Motivated by this issue, a path following lateral control scheme based on modified sliding mode prediction control (SMPC) is proposed for 4WIDAV. First, an SMPC framework is built, which introduces the prediction process into the approaching process of sliding mode dynamic trajectory to alleviate the chattering phenomenon. Second, a lumped uncertainty term containing the modeling error, parameter fluctuation, and external disturbance is introduced in the prediction process of the SMPC framework. The accurate estimation of lumped uncertainty aforementioned is realized through an extended state observer (ESO). Third, the torque distribution method based on tire force observation is designed to ensure the driving stability of the 4WIDAV. Finally, typical driving maneuvers are performed in simulations and experiments to verify the effectiveness of the proposed scheme. Compared with the existing methods, the proposed control scheme can improve the tracking performance up to 69.4% and 52.8% in simulation and experiment, respectively. Therefore, the proposed scheme can be used as a theoretical reference for path following lateral control of autonomous vehicle.

中文翻译：

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一种基于滑模预测控制的四轮独立驱动自动驾驶汽车路径跟踪横向控制方案

四轮独立驱动自动驾驶汽车（4WIDAV）在路径跟踪过程中不断受到不确定性的影响，包括参数波动、建模误差和外部干扰。如果这些不确定性处理不当，4WIDAV 可能会偏离预期路径，甚至变得不稳定。受此问题启发，针对 4WIDAV 提出了一种基于改进滑模预测控制 (SMPC) 的路径跟随横向控制方案。首先，建立了一个SMPC框架，将预测过程引入到滑模动态轨迹的逼近过程中，以缓解抖振现象。其次，在SMPC框架的预测过程中引入了包含建模误差、参数波动和外部干扰的集中不确定性项。上述集中不确定性的准确估计是通过扩展状态观测器（ESO）实现的。第三，设计了基于轮胎受力观测的扭矩分配方法，保证了4WIDAV的行驶稳定性。最后，在模拟和实验中进行典型的驾驶操作，以验证所提出方案的有效性。与现有方法相比，所提出的控制方案在仿真和实验中分别可以将跟踪性能提高 69.4% 和 52.8%。因此，所提出的方案可以作为自动驾驶车辆路径跟踪横向控制的理论参考。设计了基于轮胎受力观测的扭矩分配方法，以保证4WIDAV的行驶稳定性。最后，在模拟和实验中进行典型的驾驶操作，以验证所提出方案的有效性。与现有方法相比，所提出的控制方案在仿真和实验中分别可以将跟踪性能提高 69.4% 和 52.8%。因此，所提出的方案可以作为自动驾驶车辆路径跟踪横向控制的理论参考。设计了基于轮胎受力观测的扭矩分配方法，以保证4WIDAV的行驶稳定性。最后，在模拟和实验中进行典型的驾驶操作，以验证所提出方案的有效性。与现有方法相比，所提出的控制方案在仿真和实验中分别可以将跟踪性能提高 69.4% 和 52.8%。因此，所提出的方案可以作为自动驾驶车辆路径跟踪横向控制的理论参考。分别。因此，所提出的方案可以作为自动驾驶车辆路径跟踪横向控制的理论参考。分别。因此，所提出的方案可以作为自动驾驶车辆路径跟踪横向控制的理论参考。