自2010年FSAE(中国大学生方程式汽车大赛)第一届FSC成功举办以来,逐渐形成以FSC(燃油车赛)、FSEC(电动车赛)、FSAC(无人车赛)三类汽车为一体的综合性赛事。大赛的发展也正彰显了汽车行业向着新四化(电动化、智能化、网联化、共享化)的方向前进。其中三类赛车技术水平要求最高的便是FSAC。运动控制是无人赛车的关键技术之一,包括横向运动控制与纵向运动控制,本文主要针对横向运动控制进行研究。针对FSAC大赛特殊的比赛环境及目前赛车路径跟踪误差较大等情况,本文对无人车的横向运动控制系统进行研究。在满足安全性及操作稳定性的基础上,进行控制策略的研究及横向运动控制器的设计,并以Simulink与Carsim联合仿真来验证控制器的鲁棒性。本文对FSAC赛车横向运动控制系统的设计与研究工作,具体内容如下:1.传感器布置及执行机构的设计。分析赛事规则,确定以原有电动赛车进行无人赛车的改装设计。分析主要传感器的工作原理,通过调研对比来确定传感器的选型,根据赛事规则及传感器的特点确定布置方案。基于EPS原理对转向执行机构进行设计,确定伺服电机及控制器。2.整车模型的建立。以广东工业大学电动赛车E05为研究对象,在保证路径跟踪精确、稳定的条件下分别建立车辆动力学模型与运动学模型。根据“魔术公式”进行轮胎力学特性分析,在车辆动力学理论基础上,建立三自由度非线性车辆动力学模型。基于阿克曼转向原理,建立二自由度车辆运动学模型。3.控制器的设计。首先,根据模型预测控制理论,在车辆动力学模型的基础上设计了线性时变模型预测控制器。之后,根据纯跟踪理论,在车辆运动学模型的基础上进行算法的改进,建立基于横向预瞄偏差的前馈控制及基于航向偏差的反馈控制。4.仿真验证。根据FSAC大赛动态赛确定双移线为仿真参考路径,搭建Simulink与Carsim联合仿真平台,分别基于速度、附着系数、预测时域、控制时域四种工况进行模型预测控制器的仿真,分析模型预测控制器的影响因素。最后将线性时变模型预测控制器及前馈-反馈控制器进行仿真对比,结果表明,模型预测控制器比前馈-反馈控制器适用范围更广,更加稳定。