基于路況識別的分布式驅(qū)動(dòng)無人駕駛汽車EPS控制研究

凌志勇

摘要：一種自動(dòng)駕駛汽車EPS控制系統(tǒng)及方法，以C-EPS為研究對象，系統(tǒng)包括上層控制模塊和下層控制模塊，主要是對分布式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)、控制原理、整定方法、速度控制方法等進(jìn)行研究;本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)不同助力效果，運(yùn)用基于路況識別的分布式驅(qū)動(dòng)技術(shù)使轉(zhuǎn)向時(shí)靈活輕便，行駛穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：分布式驅(qū)動(dòng);EPS;控制策略

1? 研究背景

轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)線控轉(zhuǎn)向（SBW）控制的執(zhí)行系統(tǒng)，是SBW系統(tǒng)的核心硬件，它的響應(yīng)特性、結(jié)構(gòu)冗余安全性和壽命等都決定了SBW系統(tǒng)的性能。現(xiàn)有的用于無人駕駛的SBW系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)有很多種，但多為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒條的SBW執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一旦轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)發(fā)生故障，特別是在無人駕駛時(shí)，情況將不堪設(shè)想。因此研究一種無人駕駛汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，提高無人駕駛汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的響應(yīng)特性和可靠性，延長轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的使用壽命是無人駕駛汽車的重要課題，具有現(xiàn)實(shí)意義。

2? 分布式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文以轉(zhuǎn)向軸式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（C-EPS）為研究對象，其原理如圖1所示，立足EPS控制策略與算法設(shè)計(jì)，結(jié)合汽車操縱穩(wěn)定性仿真分析，形成基于分布式驅(qū)動(dòng)EPS控制的自動(dòng)駕駛汽車路況識別系統(tǒng)研究。

分布式汽車EPS控制系統(tǒng)控制原理圖如圖2所示。上層控制算法和下層控制算形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)EPS控制。

3? EPS控制原理

在圖2中，EPS控制系統(tǒng)的上層控制模塊，包括接收車速信號、轉(zhuǎn)向盤力矩信號和轉(zhuǎn)向盤角速度信號，經(jīng)直線助力控制子模塊輸出目標(biāo)助力電流，與實(shí)際工作電流的偏差經(jīng)模糊PID控制子模塊進(jìn)行模糊PID調(diào)節(jié)后得到電機(jī)的控制電壓，再通過脈寬調(diào)制技術(shù)對電動(dòng)機(jī)的電流進(jìn)行控制。模糊PID控制參數(shù)在線整定流程圖如圖3所示。

控制策略：EPS工作模式的判斷算法為。

整車控制原理為：在無人駕駛模式時(shí)，轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)一和轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)二同時(shí)驅(qū)動(dòng)電子助力轉(zhuǎn)向器，電子助力轉(zhuǎn)向器產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力矩傳遞給雙聯(lián)式萬向節(jié)二，最后把力矩傳遞線給驅(qū)動(dòng)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作。其車速信號、轉(zhuǎn)向盤力矩信號和轉(zhuǎn)向盤角速度信號控制過程如圖4所示，EPS控制策略系統(tǒng)Simulink模型如圖5所示。

4? 結(jié)論

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)的有益效果是：本設(shè)計(jì)將控制系統(tǒng)劃分了上層控制模塊和下層控制模塊，上層控制模塊劃分了直線助力控制、阻尼控制、回正控制三種工作模式，下層控制模塊在分析EPS助力模式以及助力電機(jī)電流控制算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了模糊PID控制，并按照控制策略建立控制模型。本設(shè)計(jì)無人駕駛汽車的雙電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此，本設(shè)計(jì)既可解決無人駕駛汽車轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)安全隱患的問題，又可以提高無人駕駛汽車轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用壽命，實(shí)現(xiàn)無人駕駛汽車轉(zhuǎn)向的安全冗余。本無人駕駛汽車的雙電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括依次連接的方向盤、轉(zhuǎn)向執(zhí)行裝置和轉(zhuǎn)向輪裝置，將上述三塊結(jié)構(gòu)形成一體，通過雙電機(jī)同步帶動(dòng)電子助力轉(zhuǎn)向器，可以減輕單個(gè)電機(jī)的負(fù)載，提高SBW系統(tǒng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的使用壽命。在無人駕駛的情況下，并且如果其中一個(gè)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，提高了無人駕駛汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

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