姚金健 楊瑞恒 陳延展

摘要：本項(xiàng)目通過(guò)研究分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的轉(zhuǎn)矩輸出特性來(lái)合理分配汽車(chē)的左右轉(zhuǎn)矩差，通過(guò)電機(jī)向左右兩輪輸出的轉(zhuǎn)矩不同來(lái)改變汽車(chē)的轉(zhuǎn)彎半徑，達(dá)到助力轉(zhuǎn)向的目的。此外，為了實(shí)現(xiàn)分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的自動(dòng)泊車(chē)技術(shù)，車(chē)身上所布置的傳感器將對(duì)汽車(chē)的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)將車(chē)輛軌跡狀態(tài)反饋到ECU來(lái)調(diào)控電機(jī)輸出到左右兩輪的轉(zhuǎn)矩，方便對(duì)汽車(chē)的軌跡進(jìn)行修正。該技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)泊車(chē)快、提高汽車(chē)的操穩(wěn)性等目的具有重大意義。

關(guān)鍵詞：分布式驅(qū)動(dòng)；電動(dòng)汽車(chē)；自動(dòng)泊車(chē)技術(shù)；差動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)

一、引言

汽車(chē)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)，作為汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)的大國(guó)，我國(guó)并非強(qiáng)國(guó)，自主產(chǎn)品技術(shù)還很薄弱。我們應(yīng)把握電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)核心技術(shù)的飛躍，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。而高性能分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)（可控自由度多）將會(huì)在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)一席之地。所謂分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)就是由一組或多組車(chē)載動(dòng)力源，為車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電源，這樣將單獨(dú)可控的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分布到各個(gè)車(chē)輪上的電動(dòng)汽車(chē)。

現(xiàn)代社會(huì)汽車(chē)的使用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，而每一個(gè)司機(jī)都會(huì)面對(duì)倒車(chē)問(wèn)題，有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)能夠快速、準(zhǔn)確的將汽車(chē)停到指定的位置。然而多數(shù)的司機(jī)尤其是一些剛剛考到駕照的新手們尤其對(duì)停車(chē)的問(wèn)題十分煩惱。在準(zhǔn)確性和速度之間往往很難同時(shí)滿(mǎn)足，設(shè)想如果能有個(gè)智能裝置，根據(jù)當(dāng)前的車(chē)速和位置能夠自動(dòng)將車(chē)停到合適位置，且又同時(shí)滿(mǎn)足快速性和準(zhǔn)確性。本課題正是基于以上的設(shè)想，結(jié)合模糊控制的相關(guān)知識(shí)以Matlab為軟件平臺(tái)，搭建一個(gè)基于Matlab的自動(dòng)倒車(chē)模糊控制系統(tǒng)。

二、分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)建模

模型是連接實(shí)際物理系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要橋梁。本文通過(guò)對(duì)分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的理解與研究，忽略次要因素，抓住主要特性，用數(shù)學(xué)的方式描述分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)，建立簡(jiǎn)化的模型，用在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真分析。

2.1 整車(chē)模型

本文中的整車(chē)模型采用8自由度車(chē)輛模型。其建模的原理如圖2.1所示。

（2）汽車(chē)的停止模塊。汽車(chē)的停止模塊同樣采用的是用戶(hù)自定義模塊中的Fcn子模塊。

（3）汽車(chē)定位模塊。汽車(chē)定位模塊主要是利用了用戶(hù)自定義模塊中的Fcn模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)距離函數(shù)。在這個(gè)模型中，near和far是2個(gè)狀態(tài)反饋控制器，它們分別工作在2個(gè)不同的狀態(tài)變量的時(shí)候，而模糊控制器在這里如同一個(gè)攪拌機(jī)使2個(gè)狀態(tài)能夠平滑地控制。其中，模塊Truck kinematics為方程組表示的汽車(chē)系統(tǒng)模型。并經(jīng)過(guò)了封裝；Fuzzy controller模塊表示的是模糊控制器；Animation模塊作為輸出的動(dòng)畫(huà)顯示模塊。

本文中主要是編輯結(jié)果輸出的動(dòng)畫(huà)顯示模塊。動(dòng)畫(huà)的輸出與simulink仿真過(guò)程中的時(shí)間設(shè)定有關(guān)。Matlab定義的S函數(shù)中，主要用Flag控制標(biāo)簽來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，完成仿真動(dòng)畫(huà)的輸出。

3.2仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

使用Matlab軟件對(duì)模糊控制器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)其控制性能。

根據(jù)前文描述的小車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，建立“車(chē)輛模型”模塊，其輸入量是前輪轉(zhuǎn)向角和運(yùn)行速度，輸出量是車(chē)輛的狀態(tài)（位置和車(chē)身偏向角）；“編碼器”和“超聲波傳感器”模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)真實(shí)傳感器的模擬；傳感器的測(cè)量結(jié)果經(jīng)過(guò)“預(yù)處理” 后，輸入到“控制器”模塊；“控制器”模塊是由fuzzy工具箱建立的模糊控制器，它的隸屬函數(shù)和模糊規(guī)則依照前面的描述進(jìn)行設(shè)置；“控制器”模塊的輸出量是 前輪轉(zhuǎn)向角的取值，其單位是“角度”，需經(jīng)“單位轉(zhuǎn)換”模塊轉(zhuǎn)換成“弧度”；車(chē)輛的轉(zhuǎn)向系用一階系統(tǒng)進(jìn)行模擬；在仿真過(guò)程中，將車(chē)輛的狀態(tài)和控制器輸出值實(shí)時(shí)記錄到數(shù)組中，以方便繪制各種曲線(xiàn)圖。

為了實(shí)現(xiàn)基于參考轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩的差動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制，設(shè)計(jì)了基于參考轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩的駕駛員轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩直接控制策略，如圖4.2所示，以實(shí)際轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩與參考轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩差為反饋控制變量，利用變積分PID控制輸出左右驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力差，并經(jīng)過(guò)差動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力的控制，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力矩，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力的作用。

五、總結(jié)

本文借用8自由度車(chē)輛模型對(duì)分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的自動(dòng)泊車(chē)路徑規(guī)劃，控制策略等方面進(jìn)行了研究，對(duì)基于參考轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩的差動(dòng)助力轉(zhuǎn)向進(jìn)行了仿真。有利于解決新手司機(jī)面對(duì)的泊車(chē)不熟練、泊車(chē)難等問(wèn)題，基于參考轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩的差動(dòng)助力轉(zhuǎn)向則可以在自動(dòng)泊車(chē)的過(guò)程中優(yōu)化轉(zhuǎn)向助力，綜合提高汽車(chē)泊車(chē)時(shí)的操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向輕便性。

參考文獻(xiàn)

[1] 電動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)電子差速問(wèn)題研究 王智晶 《北京汽車(chē)》，2010-06-25.

（作者單位：江蘇大學(xué)）