基于8AT的自動泊車系統扭矩控制策略分析

陳海鷗，姜 灝，徐達學，樊 瑞

（奇瑞汽車股份有限公司汽車工程技術研發總院，安徽 蕪湖241000）

1 引言

在智能駕駛領域，低速智能化自動泊車系統成為汽車行業發展的主流智駕功能，它融合了全景影像功能和超聲波雷達功能，幫助用戶找到合適的標線停車位或者邊界停車位，規劃合適路徑自動控制車輛泊車入庫或泊車出庫。

逐步完善的i-VISTA中國智能汽車指數評價體系針對低速智能泊車功能也發布了智能泊車輔助試驗規程和評價規程2020版，對于智能泊車的可靠性、安全性和舒適性做了詳細的計分要求。

智能化自動泊車系統的應用場景屬于低速行車工況，泊車車速低于用戶正常駕駛的蠕行車速，基于8AT的智能化自動泊車系統，其關聯件模塊（如發動機模塊、制動模塊、轉向模塊等）的扭矩控制需要相互協調、匹配，才能將泊車功能魯棒性做到最佳。扭矩控制是智能泊車系統的重點技術，而縱向控制扭矩和橫向控制扭矩是扭矩控制中關鍵核心技術，也是智駕開發難點技術之一。

2 扭矩分析

2.1 系統架構

如圖1所示為自動泊車系統的系統架構，主要包含6大組件，分別是自動泊車控制器APA、電動助力轉向系統EPS、電動制動系統ESP、發動機管理系統EMS、變速器控制系統TCU、電動駐車制動系統EPB。

APA是自動泊車的核心控制器，它通過車身環境感知系統去檢測車位和車身周圍環境狀態，給ESP發送縱向控制命令（包括油門、減速行駛以及避障制動控制），給EPS發送橫向控制命令（主要是轉彎曲率控制），給TCU發送擋位變換指令，給EPB發送駐車制動指令，EMS統籌分析增扭執行策略。

各關聯組件的性能指標如表1所示。

2.2 縱向控制

自動泊車系統縱向控制的核心控制模塊是ESP，ESP會根據APA控制器指令將其轉換為駕駛員意圖扭矩信息，代替駕駛員踩油門踏板的扭矩需求。

EMS發動機系統正常工作時，會產生最小燃燒扭矩，包括克服內摩擦功扭矩，以及整車電氣水路或火路綜合形成的扭矩大小，根據實時工況實時更新。ESP產生的虛擬意圖扭矩須大于EMS的最小燃燒扭矩，才能驅動泊車。EMS會比較ESP扭矩和TCU怠速控制扭矩的大小，執行策略是取較大值。

如圖2所示為自動泊車扭矩控制策略圖，其中A代表ESP輸出扭矩，B代表TCU輸出怠速控制扭矩，如果A＞B則執行ESP虛擬意圖扭矩；如果A＜B則執行怠速控制扭矩+EMS最小燃燒扭矩。

圖1 自動泊車系統架構

表1 自動泊車系統關聯組件主要性能指標

取值確定后會加上怠速工作補償扭矩，扭矩算法包括PID比例-積分-微分補償差值等，以防止出現誤差較大的超調量。EMS也會有一個最大燃燒扭矩，泊車系統的扭矩和最大扭矩進行比較，取較小值最為最終EMS控制扭矩輸出至飛輪端。

2.3 匹配8AT扭矩分析

如圖3所示為車輛輪端扭矩控制策略，圖2分析了整車EMS最終燃燒控制扭矩策略，但是飛輪端還是通過8AT變速器離合器將動力傳遞給車輪端來確保一定扭矩供泊車工況。如圖3所示是一種反推法來深入剖析縱向控制扭矩策略。

從四輪輪端扭矩考慮，驅動輪速達到某個值進行估算分析，整體四輪合成的扭矩求和作為初級目標，其傳遞到變速器端傳動比按照Differential Ratio進行計算，不存在100%的傳輸比，所以會產生一定的傳輸損耗。

圖2 自動泊車縱向控制策略

圖3 匹配雙離合變速器的縱向控制系統

TCU變速器的扭矩需求來源于離合器CLUTH，他們之前需要考慮車身相應附件扭矩，行車終極目標扭矩，對飛輪端提出扭矩需求。在不考慮ESP虛擬扭矩的情況下，EMS將TCU對飛輪端提出的扭矩，加上最小燃燒扭矩就可以作為EMS燃燒控制扭矩。由于泊車工況車速較低，對于離合器的有效控制也是縱向控制重點分析技術。離合器在泊車工況的狀態有3種，分別為：鎖止，離合器和飛輪完全貼合，傳輸效率接近100%；滑膜，離合器和飛輪處于半貼合狀態，傳輸效率不足50%；脫開，離合器和飛輪完全脫離，傳輸效率0%。綜合來說TCU的實際扭矩輸入=飛輪端扭矩×扭矩傳輸效率，泊車車速低于正常蠕行駕駛的車速，所以離合器始終工作在滑膜狀態，實時關注主缸和輪缸壓力，做好貼合以及脫開、滑膜的執行工作。

2.4 橫向扭矩控制

EPS是橫向扭矩控制的關鍵核心模塊，APA控制器給EPS發出轉角指令，EPS內部將轉角指令轉換為轉角扭矩，EPS內部三相異步電動機執行扭矩輸出工作，幫助APA系統將輪端旋轉至規劃的角度，并反饋當前轉角給到APA。橫向扭矩控制要求見圖4、表2。

圖4 橫向扭矩控制要求

表2 橫向扭矩控制要求表

對EPS的主要技術指標有：允許連續請求的轉角≤250°，請求轉角的變化率≤1000°/s，出現超速、超率、超差角或者EPS內部故障時需要關閉EPS轉向功能。

2.5 人為干預策略

實際在自動泊車過程中，用戶因為種種原因會干預車身執行器件，如操作方向盤干預EPS橫向控制功能、踩下油門踏板干預ESP縱向控制功能、操作換擋機構干預TCU擋位變更功能等。下面分別概述干預導致扭矩策略的影響。

1）用戶操作方向盤

當用戶操作方向盤時間持續200ms，用力超過3Nm，EPS會向APA控制器反饋用戶干預泊車功能，EPS的橫向扭矩控制功能退出，APA收到EPS的干預反饋和退出信號，APA自動泊車功能立刻剎停車輛、功能退出。

2）用戶踩下油門踏板

APA控制器對縱向增扭控制是通過ESP向EMS發送駕駛員虛擬意圖扭矩，EMS會輸出一個油門踏板被踩踏的虛擬位置。當用戶實際踩下油門踏板，當油門踏板轉換要求EMS的輸出扭矩＜APA功能要求的扭矩，則不響應用戶踩油門踏板的功能。但是由于APA泊車的車速很低，對踏板位置相當敏感，用戶踩下一定位置會超出APA虛擬扭矩意圖需求值。所以正常情況下，用戶踩下后APA會獲悉油門踏板被踩下，及時剎停車輛、功能退出。

3）用戶操作擋位

APA會通過ESP給TCU發送擋位變換請求，TCU根據指令換擋。但是如果用戶主動操作擋位變更，并且和APA指令擋位不是用一個，那么TCU會反饋用戶干預了擋位，TCU即刻退出APA泊車自動換擋功能。APA獲悉后及時剎停車輛、功能退出。

綜上幾個干預問題說明，APA泊車是全自動化的規控方式，無須用戶操作任何執行器。而當用戶主動干預相關執行器時，關聯組件及時反饋干預說明，并及時退出APA功能，保證泊車功能的安全性和魯棒性。

3 結束語

扭矩控制是自動泊車功能開發中的關鍵核心問題，策略的應用還需要實際調測和標定過程確認，實時微調技術方案確保泊車功能的安全性和可靠性。

本文結合實際整車開發項目經驗，分析了基于8AT變速器的縱向橫向控制策略及系統架構，可作為開發此類系統的參考。