分布式驅動電動汽車自動泊車控制與差動補償技術研究

姚金健 楊瑞恒 陳延展

摘要：本項目通過研究分布式驅動電動汽車的轉矩輸出特性來合理分配汽車的左右轉矩差，通過電機向左右兩輪輸出的轉矩不同來改變汽車的轉彎半徑，達到助力轉向的目的。此外，為了實現分布式驅動電動汽車的自動泊車技術，車身上所布置的傳感器將對汽車的位置進行實時監測，及時將車輛軌跡狀態反饋到ECU來調控電機輸出到左右兩輪的轉矩，方便對汽車的軌跡進行修正。該技術對實現汽車泊車快、提高汽車的操穩性等目的具有重大意義。

關鍵詞：分布式驅動；電動汽車；自動泊車技術；差動補償技術

一、引言

汽車是國民經濟的重要產業，作為汽車產銷的大國，我國并非強國，自主產品技術還很薄弱。我們應把握電動汽車發展的機遇，實現汽車核心技術的飛躍，達到國際先進水平。而高性能分布式驅動電動汽車以其獨特的優勢（可控自由度多）將會在電動汽車領域內占據一席之地。所謂分布式驅動電動汽車就是由一組或多組車載動力源，為車輪的驅動電機提供電源，這樣將單獨可控的驅動系統分布到各個車輪上的電動汽車。

現代社會汽車的使用已經相當廣泛，而每一個司機都會面對倒車問題，有經驗的司機能夠快速、準確的將汽車停到指定的位置。然而多數的司機尤其是一些剛剛考到駕照的新手們尤其對停車的問題十分煩惱。在準確性和速度之間往往很難同時滿足，設想如果能有個智能裝置，根據當前的車速和位置能夠自動將車停到合適位置，且又同時滿足快速性和準確性。本課題正是基于以上的設想，結合模糊控制的相關知識以Matlab為軟件平臺，搭建一個基于Matlab的自動倒車模糊控制系統。

二、分布式驅動電動汽車建模

模型是連接實際物理系統與計算機的一個重要橋梁。本文通過對分布式驅動電動汽車動力系統的理解與研究，忽略次要因素，抓住主要特性，用數學的方式描述分布式驅動電動汽車動力系統，建立簡化的模型，用在計算機上進行仿真分析。

2.1 整車模型

本文中的整車模型采用8自由度車輛模型。其建模的原理如圖2.1所示。

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

（3）汽車定位模塊。汽車定位模塊主要是利用了用戶自定義模塊中的Fcn模塊來實現距離函數。在這個模型中，near和far是2個狀態反饋控制器，它們分別工作在2個不同的狀態變量的時候，而模糊控制器在這里如同一個攪拌機使2個狀態能夠平滑地控制。其中，模塊Truck kinematics為方程組表示的汽車系統模型。并經過了封裝；Fuzzy controller模塊表示的是模糊控制器；Animation模塊作為輸出的動畫顯示模塊。

本文中主要是編輯結果輸出的動畫顯示模塊。動畫的輸出與simulink仿真過程中的時間設定有關。Matlab定義的S函數中，主要用Flag控制標簽來實現控制，完成仿真動畫的輸出。

3.2仿真實驗及結果分析

使用Matlab軟件對模糊控制器進行仿真實驗，檢驗其控制性能。

根據前文描述的小車動力學模型，建立“車輛模型”模塊，其輸入量是前輪轉向角和運行速度，輸出量是車輛的狀態（位置和車身偏向角）；“編碼器”和“超聲波傳感器”模塊實現了對真實傳感器的模擬；傳感器的測量結果經過“預處理” 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，它的隸屬函數和模糊規則依照前面的描述進行設置；“控制器”模塊的輸出量是 前輪轉向角的取值，其單位是“角度”，需經“單位轉換”模塊轉換成“弧度”；車輛的轉向系用一階系統進行模擬；在仿真過程中，將車輛的狀態和控制器輸出值實時記錄到數組中，以方便繪制各種曲線圖。

為了實現基于參考轉向盤轉矩的差動助力轉向控制，設計了基于參考轉向盤轉矩的駕駛員轉向盤轉矩直接控制策略，如圖4.2所示，以實際轉向盤轉矩與參考轉向盤轉矩差為反饋控制變量，利用變積分PID控制輸出左右驅動輪的驅動力差，并經過差動助力轉向控制器進行驅動力的控制，產生轉向力矩，實現轉向助力的作用。

五、總結

本文借用8自由度車輛模型對分布式驅動電動汽車的自動泊車路徑規劃，控制策略等方面進行了研究，對基于參考轉向盤轉矩的差動助力轉向進行了仿真。有利于解決新手司機面對的泊車不熟練、泊車難等問題，基于參考轉向盤轉矩的差動助力轉向則可以在自動泊車的過程中優化轉向助力，綜合提高汽車泊車時的操縱穩定性和轉向輕便性。

參考文獻

[1] 電動四輪轉向汽車電子差速問題研究 王智晶 《北京汽車》，2010-06-25.

（作者單位：江蘇大學）