關(guān)于無人車前輪找正的方法

王浩帆 昝鷺鷥 楊子薇 徐怡佳

摘 要： 現(xiàn)在，無人車的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，比如軍事領(lǐng)域、服務(wù)領(lǐng)域、教學(xué)等領(lǐng)域。無人車可以視作一個平臺，在無人車上加裝不同的裝置，實現(xiàn)不同的功能。無人車的型式也多種多樣，例如輪式，履帶式等，其中輪式無人車的種類也很多，有單電機驅(qū)動無人車、雙電機驅(qū)動無人車以及多電機驅(qū)動無人車。雙電機驅(qū)動無人車的特點是后輪（前輪）上各有一個電機，當(dāng)兩個電機轉(zhuǎn)速相同時，無人車直行，當(dāng)兩電機轉(zhuǎn)速不同時，無人車左轉(zhuǎn)或是右轉(zhuǎn)。多電機驅(qū)動無人車的特點是每個輪子上都有一個電機。單電機無人車的特點是后輪驅(qū)動，后橋總成上帶有機械差速器。前輪可以擺動。當(dāng)前輪擺動時，使無人車具有轉(zhuǎn)向的趨勢，同時地面對后橋兩側(cè)的驅(qū)動輪施加大小不同的力，在差速器的作用下，使兩驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速不同，實現(xiàn)車的轉(zhuǎn)向。對于單電機驅(qū)動的無人車的前輪找正是一個關(guān)鍵，它直接影響著單電機驅(qū)動無人車行駛的性能。

關(guān)鍵詞：無人車、前輪找正

對于單電機驅(qū)動無人車的前輪找正的方法大體上分為兩種：一種是人工輔助找正；另一種是無人車上電時自動找正。對于人工輔助找正是指在整車裝配之后通過人工調(diào)整轉(zhuǎn)向橫拉桿的位置來調(diào)節(jié)前輪的位置，直至前輪找正。這種方式比較簡單，也較容易實現(xiàn)，但是這種前輪找正的方式的找正精度較低。

單電機驅(qū)動無人車在前輪轉(zhuǎn)向的控制一般采用的是半閉環(huán)控制。這種方式的特點是在轉(zhuǎn)向動力源即用于轉(zhuǎn)向的電機（此后統(tǒng)稱轉(zhuǎn)向電機）的輸出軸上加裝一個編碼器，要求編碼器的輸入軸與電機的輸出軸同軸裝配。這個編碼器的作用就是向無人車主控板反饋轉(zhuǎn)向電機轉(zhuǎn)動角度，通過特定的幾何關(guān)系計算出前輪的轉(zhuǎn)角，再與前輪應(yīng)轉(zhuǎn)的理論角度進(jìn)行比較，然后驅(qū)動轉(zhuǎn)向電機，使前輪轉(zhuǎn)角逼近與理論值?；谇拜嗈D(zhuǎn)向的控制機制，現(xiàn)在產(chǎn)生了一種新的前輪找正方式即無人車上電時前輪自動找正方式。對于單電機驅(qū)動無人車的轉(zhuǎn)向電機的轉(zhuǎn)角是有一個極限值的，而這個電機轉(zhuǎn)角區(qū)域一般對于前輪找正位置對稱。這也在另一方面體現(xiàn)了前輪找正的重要性。在這兩個極限位置上我們可以加裝兩個限位開關(guān)。并且在轉(zhuǎn)向電機的輸出軸上固連一個擺臂，這個擺臂隨電機的輸出軸一起轉(zhuǎn)動。并且這個擺臂的長度要大于限位開關(guān)觸電距離轉(zhuǎn)軸中心的距離，目的是保證加裝在電機輸出軸的這個擺臂可以接觸到限位開關(guān)的觸電。這樣單電機驅(qū)動無人車前輪自動找正的硬件設(shè)施已經(jīng)設(shè)置完全。單電機驅(qū)動無人車上電時前輪自動找正方式的具體實施方式如下：在上電時，前輪轉(zhuǎn)向電機向一個方向轉(zhuǎn)動（因為在裝配時，上述擺臂一定處于兩個限位開關(guān)的中間區(qū)域，所以不用擔(dān)心前輪轉(zhuǎn)角超過極限值），當(dāng)觸碰到其中一個限位開關(guān)時，編碼器記住現(xiàn)在的角度，然后轉(zhuǎn)向電機反轉(zhuǎn)，擺臂也隨之反轉(zhuǎn)，直至接觸到另一個限位開關(guān)，并且記住此時編碼器的輸出值，通過數(shù)學(xué)關(guān)系，就可以得知轉(zhuǎn)向電機的轉(zhuǎn)角范圍。然后在轉(zhuǎn)此角度的一半，這樣就實現(xiàn)了前輪自動找正。這種方式的特點是前輪找正的精度較高，但是成本較高，程序也較復(fù)雜。單電機驅(qū)動無人車前輪上電自動找正的精度主要受左右限位開關(guān)的位置精度影響，即機加工精度影響。雖然機加工精度越高，找正的精度越高，但是成本也會越高，所以以提高機加工精度來提高前輪找正精度的方法并不常用。一般為了降低成本，一般采取中等機加工精度，然后再加上后期的調(diào)試，保證前輪的找正精度。所謂的后期調(diào)試是指在整車裝配好之后，先默認(rèn)在得知轉(zhuǎn)角之后，轉(zhuǎn)向電機在轉(zhuǎn)該角度的一半，然后上路測試，若車走的是斜線，則根據(jù)車偏離的方向，調(diào)整轉(zhuǎn)向電機轉(zhuǎn)角值，即轉(zhuǎn)向電機在找正工作最后的轉(zhuǎn)角不一定是或者說大都不是轉(zhuǎn)角范圍的一半，而是根據(jù)實際情況調(diào)整之后的值。在單電機驅(qū)動無人車前輪自動找正方式中應(yīng)用到的限位開關(guān)除了參與測量轉(zhuǎn)角范圍的作用下，還有保護轉(zhuǎn)向電機的作用。上文提到轉(zhuǎn)向電機是有一個轉(zhuǎn)角范圍的，超過這個范圍就會造成轉(zhuǎn)向電機堵轉(zhuǎn)，影響電機的壽命，而限位開關(guān)就放在極限位置上，只要轉(zhuǎn)到極限位置，通過算法就可以讓轉(zhuǎn)向電機停下來，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向電機的保護。

綜上，現(xiàn)在無人車前輪找正的方法有很多，但是具體采用哪種方法，還要根據(jù)具體情況來選用，不一定精度越高越好。

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