一種基于電機轉速環控制的自動泊車系統研究

摘要：基于某純電動汽車，針對自動泊車系統的停車問題，提出了一種電機轉速控制策略。低速下，電驅動系統接收整車控制器的轉速模式和轉速命令，實現泊車入位;通過臺架測試和實車驗證，轉速控制提高了停車的平穩性，減少了自動泊車制動的硬件成本。

關鍵詞：電動汽車;自動泊車;轉速控制

0 引言

隨著工業飛速的發展[1-2]，汽車逐漸成為人們工作與生活的重要組成部分，汽車市場保有量的增加以及城市建筑設施的不斷擴增，不僅導致交通擁堵，汽車平均分配的停放空間也在逐漸縮小;復雜的停車環境和狹窄的停車位，為新手駕駛員的安全停車帶來了極大的困擾，增加了停車過程中的風險，自動泊車系統在汽車中的實際應用很好地解決了這一難題，提高了駕駛的安全性和舒適性。

為了提高人們停車的便利性，節約停車時間，近年來大量研究人員在自動泊車系統領域進行了充分的研究。左培文等[3-4]分析了自動泊車系統的發展現狀，并對自動泊車系統的技術趨勢和市場規模進行了前景分析。有人[5-8]對自動泊車系統的架構和功能進行了介紹，重點分析了自動泊車系統的路徑規劃和路徑跟蹤。林輝[9]等針對自動泊車應用中車位搜索和車輛位置獲取困難的問題提出了一種基于機器視覺的智能泊車系統，大大提高了停車效率及停車場的利用率。張微[10]等研究了特定場景下的自動泊車技術，重點分析了室內停車場環境下的自主代客泊車系統關鍵技術。

本文以某電動汽車為基礎，主要研究了自動泊車過程電驅動系統轉速環的控制策略，通過臺架測試初步確認電機控制系統PI參數，并經過實車測試修正，提高了低速起步和停車過程的平滑性。

1 自動泊車系統

自動泊車系統是汽車高級輔助駕駛系統的重要組成部分，主要由環境感知系統、中央控制系統和執行系統三大部分組成，如圖1所示。環境感知系統利用攝像頭、雷達等感知車輛周圍的環境和車輛位置信息;中央控制系統處理環境感知信息，更新泊車軌跡規劃并確認自動泊車策略;執行系統根據中央控制系統的命令，控制轉向和動力輸出，實現自動泊車。

如圖2所示，自動泊車過程主要分為三部分：環境感知系統確認泊車位置。中央控制系統制定泊車策略，開始泊車。執行系統控制車輛泊入車位，調整位置。

2 轉速控制策略

如圖3所示為基于電機轉速控制的自動泊車系統。開始泊車時，中央控制器根據軌跡規劃和泊車策略請求整車車速;整車控制器依據整車參數計算電機轉速，請求驅動系統進入轉速模式，并請求轉速命令;電驅動系統響應整車命令，對接收的轉速命令進行濾波處理，防止轉速突變引起PI超調;最終實現零轉速泊車入位。

3 實車測試

3.1 臺架測試

如圖4所示進行臺架測試，確認電驅動系統轉速環PI參數，使電機轉速能夠穩定運行，轉速精度控制在15 rpm以內。

試驗條件如下：

1）電源電壓為額定電壓345 V

2）冷卻水溫30℃，流量8 L/min

AVL臺架工作在轉矩環，作為負載;電驅動系統工作在轉速環，給定目標轉速。通過比較各負載下實際轉速的波動以及與目標轉速的差值，標定一組合理的PI參數用于整車調試。圖5、圖6分別是給定轉速500 rpm、1500 rpm，負載轉矩為125 Nm（峰值轉矩）下臺架實測轉速曲線，轉速波動在15 rpm以內，滿足轉速控制精度要求。

3.2 整車測試

根據轉速控制策略和臺架實驗參數，確認初版軟件，進行整車測試。以下為具體測試內容：

1）確保電驅動系統能夠快速響應整車轉速命令，調節適當的PI;

2）在加速、制動過程中，電機轉速不超調，轉速曲線平滑，不劇烈波動;

3）停車過程沒有電機異響，保持靜止時電機沒有打齒聲音。

經過以上測試，對轉速控制策略進行如下限制：

1）高轉速緊急制動到低轉速時，電驅系統內部增加過渡轉速，避免PI調節對象變化過快導致電機轉速超調，整車出現晃動;

2） PI分段調節，高轉速時使用大PI參數，保證快速響應;低速（接近零速）時使用小PI，減小PI調節輸出，降低電機轉矩出現正負跳變的頻率，減小電機打齒的聲音。

圖7-圖9分別是電機轉速從28 rpm（ 0.4 km/h）到289 rpm（4 km/h）的加速過程、保持289 rpm的勻速過程以及289 rpm到28 rpm的制動過程。

實測結果表明，基于電機轉速控制的自動泊車系統能夠實現整車的加速、勻速、制動過程，且電機轉速波動小，曲線平滑，整車感受舒適，滿足性能要求。

4 結論

本文提出了一種基于電機轉速控制的自動泊車系統，電驅動系統實時響應整車控制器的轉速請求，實現整車的驅動制動，降低了執行系統制動的硬件需求。通過臺架和整車測試，結果表明，該控制策略能夠實現整車加速、勻速、制動過程，維持整車平穩運行，提高整車的控制精度，實現精準泊車。

參考文獻：

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[10]張微，華一丁，臧晨，李鑫慧，唐風敏，郭蓬，面向室內停車場的自主代客泊車關鍵技術研究，汽車電器，2019（08）.

作者簡介：

舒暉，男，（1992.10-）安徽工程大學自動化專業，本科，助理工程師，主要研究方向為新能源汽車電驅動系統。