電動(dòng)觀光車的智能化改造設(shè)計(jì)及測試

趙洪雷， 袁 芬， 何亞麗， 江 磊， 鄧秦丹， 黨睿娜

(1. 中國北方車輛研究所，北京 100072；2. 北京北方車輛智能裝備技術(shù)有限公司，北京 100072)

我國已經(jīng)開始進(jìn)入老齡化社會(huì)，勞動(dòng)力成本越來越高，因此在社會(huì)的生產(chǎn)和生活中用機(jī)器取代人已經(jīng)成為了社會(huì)共識.在交通領(lǐng)域，采用自動(dòng)駕駛汽車取代人類駕駛具有重要的意義.在開放的復(fù)雜路況下，自動(dòng)駕駛汽車還在進(jìn)行大量的安全性測試，還不完全具備推廣應(yīng)用的條件，但是在港口、變電站、礦井等封閉場所或廠區(qū)、園區(qū)等半封閉的場所，自動(dòng)駕駛汽車已經(jīng)在逐步投入測試應(yīng)用.本研究針對園區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的有人駕駛電動(dòng)觀光車，對驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了智能化改造，實(shí)現(xiàn)了對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)控制，通過驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)性能測試，該智能化設(shè)計(jì)改造方案能夠滿足自動(dòng)駕駛電動(dòng)觀光車的要求.

1 原電動(dòng)觀光車的操控系統(tǒng)

圖1是待改造的有人駕駛的電動(dòng)觀光車的操控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖.該車采用72 V蓄電池組供電，通過撥動(dòng)車輛的啟動(dòng)鑰匙開關(guān)S，接通直流接觸器KM的線圈端，在磁場作用下，直流接觸器的觸點(diǎn)端吸合接通，72 V電源通過保險(xiǎn)絲FU，一路連接到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制器的電源端，為整車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電源；另一路通過DC/DC模塊從72 V變?yōu)?2 V的直流電源，為加速踏板、車燈、車門、喇叭、雨刮等用電設(shè)備供電.

圖1 電動(dòng)觀光車操控系統(tǒng)框圖

駕駛該車時(shí)，通過撥動(dòng)鑰匙開關(guān)S給整車通電，通電后通過數(shù)顯電壓表查看蓄電池的電壓值，從而判斷蓄電池組的狀態(tài)；通過擋位選擇開關(guān)T，可以選擇接通前進(jìn)擋D、空擋N、駐車擋P或倒車擋R之一.手握好方向盤，腳踏加速踏板即可實(shí)現(xiàn)該車輛的駕駛控制.加速踏板上固定有旋轉(zhuǎn)電位計(jì)，通過腳踏加速踏板，其上的旋轉(zhuǎn)電位計(jì)隨著踏板的位置變化將輸出不同的電壓值，該電壓值被驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的模擬量采集口采集，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出力矩正比于該電壓值，從而實(shí)現(xiàn)了通過加速踏板實(shí)現(xiàn)車輛的力矩控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸后端配備有增量編碼器，通過對編碼器的檢測實(shí)現(xiàn)對車輛的速度計(jì)算.驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器還能夠把速度值傳遞給車速數(shù)顯表，從而顯示給駕駛員.車輛的轉(zhuǎn)向通過駕駛員手動(dòng)旋轉(zhuǎn)方向盤來實(shí)現(xiàn)控制.車輛的制動(dòng)通過駕駛員腳踏制動(dòng)踏板實(shí)現(xiàn)，該踏板通過杠桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)液壓缸的運(yùn)動(dòng)，從而通過液壓油的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)車輛的液壓制動(dòng).駕駛員能夠手動(dòng)撥動(dòng)組合開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對車燈、車門、喇叭和雨刮等的操作[1].

2 電動(dòng)觀光車的智能化設(shè)計(jì)

自動(dòng)駕駛汽車?yán)密囕d傳感器探測周圍環(huán)境信息，車輛控制單元(ECU)對傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，同時(shí)結(jié)合車輛的任務(wù)需求對車輛上的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、車燈車門系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等系統(tǒng)進(jìn)行控制，以保證汽車能夠按照任務(wù)需求安全行駛.車輛的底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制是自動(dòng)駕駛汽車實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的基礎(chǔ)，具有重要的意義.為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛觀光車的任務(wù)目標(biāo)，需要對原車進(jìn)行智能化改造設(shè)計(jì)，具體包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)、制動(dòng)系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì).其設(shè)計(jì)框圖如圖2所示.

如圖2所示，整車控制器通過RS232串口與駕駛腦主機(jī)(控制自動(dòng)駕駛車輛上層感知、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、智能決策的控制單元)進(jìn)行通信，接收其命令信息，并反饋?zhàn)陨頎顟B(tài)信息給駕駛腦主機(jī).當(dāng)車輛處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，鑰匙開關(guān)S3處于斷開狀態(tài)，單刀雙擲開關(guān)S1和S2(三擋三腳)處于中間擋位(不接通狀態(tài)).當(dāng)車輛需要啟動(dòng)時(shí)，通過手動(dòng)閉合開關(guān)S3，整車控制器、CAN常開繼電器模組[2]和A/D采樣3模塊[3]開始工作，整車控制器通過CAN總線讀取A/D采樣3的電壓值，從而根據(jù)分壓電路的比例關(guān)系計(jì)算出電池的初始電壓值，對電池組的能量狀態(tài)做一個(gè)估計(jì)[4]，從而決定是否提醒充電操作.

驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)有手動(dòng)控制通斷電和程序控制通斷電兩種方式.當(dāng)S1處于1位置時(shí)，此時(shí)直流接觸器KM1的線圈通電，其觸點(diǎn)在磁場的作用下吸合，蓄電池組的72 V電源經(jīng)直流接觸器KM1的觸點(diǎn)和保險(xiǎn)絲FU1到達(dá)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的電源端，則驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)手動(dòng)通電成功.當(dāng)S2處于1位置時(shí)，則在直流接觸器KM2的作用下，蓄電池的72 V電源經(jīng)過保險(xiǎn)絲FU2和72 V轉(zhuǎn)24 V的DC/DC模塊后為轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、車燈、車門等系統(tǒng)供電，此時(shí)手動(dòng)通電成功.當(dāng)S1處于2位置時(shí)，整車控制器能夠通過CAN總線控制CAN常開繼電器模組節(jié)點(diǎn)1的導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)程序控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通電.當(dāng)S2處于2位置時(shí)，整車控制器能夠通過CAN總線控制CAN常開繼電器模組節(jié)點(diǎn)2導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)程序控制轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、車燈、車門等系統(tǒng)的通電.在車輛行駛過程中，遇到故障等緊急情況時(shí)，可以通過CAN總線控制繼電器斷開驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等系統(tǒng)的電源；當(dāng)故障更加嚴(yán)重，不能控制CAN常開繼電器模組時(shí)，能夠通過將S1撥到中間擋位來斷開驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電源，也可以通過將S2撥到中間擋位來斷開轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等系統(tǒng)的電源.

圖2 電動(dòng)觀光車智能化設(shè)計(jì)框圖

圖3為電動(dòng)觀光車底層控制與監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的通信框圖.整車控制器通過CAN總線能控制并監(jiān)測驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器、制動(dòng)電機(jī)控制器、CAN常開繼電器模組、基于CAN總線的3個(gè)A/D采樣模塊.駕駛腦主機(jī)通過RS232串口，每隔50 ms向整車控制器發(fā)送指令.整車控制器通過中斷接收該指令，并按照與駕駛腦主機(jī)約定的協(xié)議對該指令進(jìn)行解析，解析后通過CAN總線控制相應(yīng)的CAN總線節(jié)點(diǎn)執(zhí)行相應(yīng)的操作，并通過中斷接收CAN節(jié)點(diǎn)返回來的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息.整車控制器把接收到的CAN節(jié)點(diǎn)信息，按照與駕駛腦主機(jī)約定的協(xié)議形式通過RS232串口發(fā)送給駕駛腦主機(jī).為了保證整車控制器能夠隨時(shí)接收到駕駛腦主機(jī)的指令，設(shè)置串口中斷優(yōu)先級高于CAN中斷優(yōu)先級.

圖3 電動(dòng)觀光車底層控制與檢測節(jié)點(diǎn)的通信框圖

2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)

如圖2所示，選用具有CAN總線接口且能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)的電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)控制的電機(jī)控制器作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制器.整車控制器在接收到駕駛腦主機(jī)的命令并解析后，通過CAN總線把命令傳遞給電機(jī)控制器.電機(jī)控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在相應(yīng)的工作模式下：當(dāng)車輛上坡行駛，需要電機(jī)工作在低速大扭矩的模式下時(shí)，此時(shí)控制電機(jī)工作在力矩模式下，輸出指定的力矩；當(dāng)車輛在良好路面行駛需要定速巡航時(shí)，此時(shí)控制電機(jī)工作在速度模式下，按照指令的速度行駛；當(dāng)車輛即將達(dá)到指定位置，需要車輛低速行駛并停止到指定的位置時(shí)，此時(shí)電機(jī)控制器控制電機(jī)以一個(gè)較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)到指定的位置，然后停止.電機(jī)控制器隨時(shí)監(jiān)測電機(jī)的狀態(tài)信息(如電流、速度、位置、溫度、故障信息等)，并反饋給整車控制器，便于其作出相應(yīng)的控制決策.

2.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)

如圖2所示，將原車的轉(zhuǎn)向盤去掉，在轉(zhuǎn)向柱上同軸固定安裝齒輪，該齒輪與減速器的輸出軸上固連的齒輪嚙合(減速比為1∶1)，減速器的輸入軸與帶有絕對編碼器的轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸固連.轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器在接收到整車控制器通過CAN總線發(fā)來的轉(zhuǎn)向速度和轉(zhuǎn)向角度信息后，能夠控制轉(zhuǎn)向電機(jī)按照要求的速度轉(zhuǎn)向到相應(yīng)的角度，并反饋速度和角度信息給整車控制器，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的程序控制.為了防止轉(zhuǎn)向電機(jī)后端固定的絕對編碼器損壞，導(dǎo)致因無法正常反饋速度和角度值給整車控制器而造成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失控，所以對角度檢測系統(tǒng)進(jìn)行了冗余設(shè)計(jì)，即是通過測量一個(gè)多圈(10圈)旋轉(zhuǎn)電位計(jì)的輸出電壓來實(shí)現(xiàn)的.該旋轉(zhuǎn)電位計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)端與轉(zhuǎn)向柱同軸固定安裝，旋轉(zhuǎn)電位計(jì)的固定部分固定安裝在車體上，從而該旋轉(zhuǎn)電位計(jì)的輸出電壓值會(huì)隨著轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)向角度的變化而變化.在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)標(biāo)定階段對絕對編碼器的脈沖數(shù)和旋轉(zhuǎn)電位計(jì)的輸出電壓值進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定，絕對編碼器的脈沖數(shù)和旋轉(zhuǎn)電位計(jì)的電壓值之間成線性關(guān)系.在車輛控制過程中，整車控制器通過CAN總線定期查詢具有CAN總線通信功能的A/D采樣1節(jié)點(diǎn)采集到的旋轉(zhuǎn)電位計(jì)的電壓值，并對該值與轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器返回來的編碼器值進(jìn)行對比分析，從而判斷絕對編碼器是否失效，一旦判斷出絕對編碼器失效，則切換到通過該旋轉(zhuǎn)電位計(jì)進(jìn)行位置反饋的控制，并報(bào)告故障信息給駕駛腦主機(jī)，駕駛腦主機(jī)在接收到故障信息后，經(jīng)過綜合分析判斷，控制車輛的后續(xù)安全操作，如減速停車等.

2.3 制動(dòng)系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)

原車輛的制動(dòng)是通過駕駛員腳踏制動(dòng)踏板來實(shí)現(xiàn)的，該踏板通過杠桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)液壓缸的運(yùn)動(dòng)，從而通過液壓油的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)車輛的液壓制動(dòng).如圖2所示，在原車的制動(dòng)踏板之前布置1個(gè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，電機(jī)的動(dòng)力輸出軸通過1∶1的齒輪組帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠的導(dǎo)程為5 mm，滾珠絲杠的滑動(dòng)端與制動(dòng)踏板接觸但不固連.當(dāng)制動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠絲杠便把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滾珠絲杠的直線運(yùn)動(dòng)，從而踏動(dòng)制動(dòng)踏板到達(dá)不同位置，滾珠絲杠的行程能夠完全覆蓋制動(dòng)踏板從不制動(dòng)到最大制動(dòng)之間的行程(75 mm).制動(dòng)踏板的不同位置代表了制動(dòng)缸中的油壓不同，從而實(shí)現(xiàn)不同的制動(dòng)強(qiáng)度.

制動(dòng)電機(jī)后軸端帶有多圈(4 096圈)12位絕對編碼器并配有抱閘，能夠在抱閘斷電時(shí)完全抱死電機(jī)輸出軸.為了防止制動(dòng)電機(jī)軸端固定的絕對編碼器損壞，導(dǎo)致因無法正常反饋速度和位置值給制動(dòng)電機(jī)控制器而造成制動(dòng)系統(tǒng)失控，特對制動(dòng)位置檢測系統(tǒng)進(jìn)行了冗余設(shè)計(jì)，即是通過測量一個(gè)直線電位計(jì)的輸出電壓來實(shí)現(xiàn)的.該直線電位計(jì)平行安裝在滾珠絲杠上面，其固定端與滾珠絲杠的固定端固連，滑動(dòng)端與滾珠絲杠桿的滑動(dòng)端固連，且直線電位計(jì)能夠完全覆蓋滾珠絲杠的行程.當(dāng)整車控制器收到駕駛腦主機(jī)發(fā)送的制動(dòng)命令時(shí)，整車控制器通過CAN總線發(fā)送制動(dòng)速度和制動(dòng)位置信息給制動(dòng)電機(jī)控制器，制動(dòng)電機(jī)控制器控制制動(dòng)電機(jī)按照要求的速度旋轉(zhuǎn)到要求的位置，經(jīng)過滾珠絲杠轉(zhuǎn)換為制動(dòng)踏板的制動(dòng)速度和制動(dòng)位置.在制動(dòng)系統(tǒng)標(biāo)定階段對絕對編碼器的脈沖數(shù)和直線電位計(jì)的輸出電壓值進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定，絕對編碼器的脈沖數(shù)和直線電位計(jì)的電壓值之間成線性關(guān)系.在車輛控制過程中，整車控制器通過CAN總線定期查詢具有CAN總線通信功能的A/D采樣2節(jié)點(diǎn)采集到的直線電位計(jì)的電壓值，并對該值與制動(dòng)電機(jī)控制器返回來的編碼器值進(jìn)行對比分析，從而判斷絕對編碼器是否失效.一旦判斷出絕對編碼器失效，則切換到通過該直線電位計(jì)進(jìn)行位置反饋的控制，并報(bào)告故障信息給駕駛腦主機(jī)，駕駛腦主機(jī)在接收到故障信息后，經(jīng)過綜合分析判斷，控制車輛的后續(xù)安全操作，如減速停車等.

該制動(dòng)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：能夠通過CAN總線控制制動(dòng)電機(jī)的速度和位置，從而精確控制制動(dòng)踏板的制動(dòng)速度和制動(dòng)強(qiáng)度；在位置監(jiān)測方面，直線電位計(jì)和絕對編碼器構(gòu)成冗余設(shè)計(jì)，提高了車輛制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，從而提高了車輛的安全性；制動(dòng)電機(jī)后端帶有抱閘，能夠在斷電后保持當(dāng)前的位置，從而保障車輛在駐車狀態(tài)下的穩(wěn)定；滾珠絲杠的可動(dòng)端與制動(dòng)踏板之間為非固連結(jié)構(gòu)，在緊急情況下可以通過人來踏下制動(dòng)踏板，從而保障人員和車輛的安全.

3 車輛性能測試

3.1 車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能測試

1)最大速度測試.

該車作為觀光車，設(shè)計(jì)的最高時(shí)速是30 km/h.選用7.5 kW的交流異步電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min.減速器減速比為10∶1，車輪的半徑為0.27 m.電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速下，車輛的理論行駛速度為30.52 km/h(=3000/60/10×2×3.14×0.27×3.6).

駕駛腦主機(jī)通過串口給整車控制器下發(fā)速度指令，整車控制器把該指令解析為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器能夠接收的指令，并用CAN總線下發(fā)給驅(qū)動(dòng)器.在驅(qū)動(dòng)器的控制下，電機(jī)按照要求的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)動(dòng)，通過安裝在車體上的GPS接收系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)讀取到車輛實(shí)際運(yùn)行的速度.通過給車輛下發(fā)30 km/h的速度，能夠在GPS接收機(jī)上讀取到約30 km/h的速度，說明該車輛設(shè)計(jì)滿足最大速度為30 km/h的要求.

2)速度連續(xù)性測試.

駕駛腦主機(jī)通過串口給整車控制器下發(fā)從零緩慢變化到最大速度的指令，通過GPS接收機(jī)讀取車輛的實(shí)際速度，可以看到該車能夠?qū)崿F(xiàn)在從零到最大速度之間的任何速度下行駛.

3)速度穩(wěn)定性測試.

該車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用電機(jī)的速度閉環(huán)控制，車速能夠保持穩(wěn)定，不會(huì)因負(fù)載的變化而變化.具體測試方法如下：駕駛腦主機(jī)給車輛一個(gè)固定的速度指令，使車輛通過上坡、下坡、平路3種不同的路況，從GPS接收機(jī)反饋回來的數(shù)據(jù)可以看出，車速保持恒定，與所處路況無關(guān).

4)爬坡性能測試.

該車驅(qū)動(dòng)力量強(qiáng)勁，能夠在載荷約600 kg(8個(gè)人)的情況下，以10 km/h的速度，輕松爬上25 m長的15°坡道.在坡道上，給車輛零速度指令，車輛能夠穩(wěn)穩(wěn)地保持位置不動(dòng).

3.2 車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能測試

1)轉(zhuǎn)向速度測試.

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的參數(shù)如下：轉(zhuǎn)向電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，減速器減速比為25∶1，轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)±2圈對應(yīng)車輪轉(zhuǎn)角±40°，轉(zhuǎn)向電機(jī)軸上安裝了12位多圈(4 096圈)絕對編碼器.

當(dāng)電機(jī)工作在最大速度2 000 r/min時(shí)，最大轉(zhuǎn)向速度為26.6 °/s(40°/((2×25×60)/2 000)).因電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)無極調(diào)速控制，所以轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向速度能夠穩(wěn)定在0～26.6 °/s之間任何一個(gè)數(shù)值上.駕駛腦主機(jī)通過串口給整車控制器下發(fā)轉(zhuǎn)向速度和轉(zhuǎn)向角度指令，整車控制器把該指令解析為轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器能夠接收的指令，并用CAN總線下發(fā)給轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器.在轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器的控制下，轉(zhuǎn)向電機(jī)按照要求的速度運(yùn)轉(zhuǎn)到要求的位置，從而驅(qū)動(dòng)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動(dòng).通過實(shí)際測量車輪的轉(zhuǎn)向角從0°到40°，大約耗時(shí)2 s，完全能夠滿足一個(gè)最高車速只有30 km/h的車輛的轉(zhuǎn)向速度要求.

2)轉(zhuǎn)向精度測試.

轉(zhuǎn)向電機(jī)軸上安裝了12位絕對編碼器，每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，編碼器輸出4 096個(gè)脈沖信號，驅(qū)動(dòng)器對其進(jìn)行4倍頻，所以電機(jī)旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)對應(yīng)驅(qū)動(dòng)器上的脈沖數(shù)是4 096×4.車輪轉(zhuǎn)向40°角對應(yīng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)為2×25，因?yàn)檗D(zhuǎn)向電機(jī)控制器能夠控制電機(jī)穩(wěn)定在設(shè)定的每一個(gè)脈沖位置上，所以在不考慮機(jī)械間隙的情況下，車輪轉(zhuǎn)向角度的理論精度為40°/(2×25×4096×4)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于機(jī)械間隙的影響，所以轉(zhuǎn)向精度完全取決于機(jī)械間隙.經(jīng)過實(shí)際測試，轉(zhuǎn)向精度在0.5°以內(nèi)，完全能夠滿足車輛轉(zhuǎn)向控制的要求.

3.3 車輛制動(dòng)系統(tǒng)性能測試

當(dāng)車輛需要制動(dòng)時(shí)，整車控制器給制動(dòng)電機(jī)控制器發(fā)送按照最大速度運(yùn)轉(zhuǎn)到最大制動(dòng)位置指令，同時(shí)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器發(fā)送零速度指令，實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)，在兩者的協(xié)調(diào)作用下，車輛能夠迅速停下來.

駕駛腦主機(jī)通過串口給整車控制器下發(fā)一個(gè)固定行駛速度指令，待車輛勻速行駛后，通過按下車載端的緊急停止按鈕或手持端的遙控緊急停止開關(guān)，整車控制器檢測到開關(guān)按下后，以最高優(yōu)先級循環(huán)發(fā)送驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的零速度指令和制動(dòng)電機(jī)控制器的按照最快速度運(yùn)動(dòng)到最大制動(dòng)位置指令.通過測量從按下緊急停止開關(guān)的時(shí)刻到車輛完全停下來的時(shí)刻，便可知道車輛的制動(dòng)時(shí)間.通過測量從按下緊急停止開關(guān)的位置到車輛完全停下來的位置之間的距離，便可知道車輛的制動(dòng)距離.

通過多次測量取平均值的方法，測得數(shù)據(jù)如表1所示.

表1 車輛在不同速度下的平均制動(dòng)距離和平均制動(dòng)時(shí)間

由表1可知，該車在最大速度時(shí)的制動(dòng)時(shí)間在1 s以內(nèi)，制動(dòng)距離在4 m以內(nèi)，能夠滿足自動(dòng)駕駛電動(dòng)觀光車的要求.

4 結(jié)束語

對現(xiàn)有的電動(dòng)觀光車的操控系統(tǒng)進(jìn)行了分析，按照自動(dòng)駕駛電動(dòng)觀光車的要求對其驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的改造設(shè)計(jì).為了增加自動(dòng)駕駛電動(dòng)觀光車的安全性，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)都進(jìn)行了位置檢測的冗余設(shè)計(jì)，特別是制動(dòng)系統(tǒng)還保留著緊急情況下的人工操控.各系統(tǒng)之間通過CAN總線與整車控制器相連，實(shí)現(xiàn)了車輛在簡潔布線前提下的高效控制.車輛在改造完成后進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)測試，結(jié)果表明，該改造設(shè)計(jì)完全能夠滿足自動(dòng)駕駛電動(dòng)觀光車的要求.

[1] S型觀光車、貨車使用說明書[M]. 廣州綠通新能源電動(dòng)車科技股份有限公司:5-9.

[2] Frenzel+berg electronic.Hipecs-CIO101: CANopen I/O module with 8 Relays[M/OL]. (2017-05-04) [2017-08-27]. http://www.frenzel-berg.com/fileadmin/Frenze lBerg/Datenblaetter/hipes/ds_cio101_en.pdf.

[3] 3Frenzel+berg electronic.Hipecs-CIO61:CANopen I/O module with 2/2 analog I/O[M/OL]. (2017-07-17) [2017-10-20]. http://www.frenzel-berg.com/fileadmin/FrenzelBerg/Datenblaetter/hipes/ds_cio61_en.pdf.

[4] 張 賓，郭連兌，崔忠彬，等. 電動(dòng)汽車用動(dòng)力鋰離子電池的電壓特性[J]. 電池工業(yè)，2009，14 (6):399-401.