智能車模雙電機(jī)差速控制的可行性研究

　　摘要：本系統(tǒng)采用飛思卡爾C型仿真車模，以飛思卡爾9S12系列單片機(jī)為整車的控制器，以CCD數(shù)字?jǐn)z像頭進(jìn)行路徑識別，7.2V鎳鎘電池供電，針對雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動電動車電子差速問題進(jìn)行了研究，提出了伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角與雙電機(jī)差速的映射關(guān)系的相應(yīng)曲線與數(shù)學(xué)模型。

　　前言

　　目前電動車主要的驅(qū)動方式有集中驅(qū)動式、雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動式(前驅(qū)式和后驅(qū)式)及四電機(jī)四輪獨(dú)立驅(qū)動式等形式。不論采用何種驅(qū)動方式，當(dāng)汽車在不平路面上行駛或轉(zhuǎn)向時，驅(qū)動輪都會遇到差速問題。由于各種電動車采用的驅(qū)動方式和控制策略不同，相應(yīng)的電子差速器的設(shè)計也不盡相同。文章基于Ackerman轉(zhuǎn)向數(shù)學(xué)模型為理論基礎(chǔ)，通過采用閉環(huán)有差反饋式調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電動車的電子差速策略，在MATLAB/Simulink模塊中建立電機(jī)和差速系統(tǒng)的模型，所建差速控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果表明電子差速系統(tǒng)能夠根據(jù)控制參數(shù)進(jìn)行良好的控制，能較好地滿足電動汽車的驅(qū)動要求。

　　雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動電動車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動電動車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。該電動車采用7.2V鎳鎘電池給電機(jī)供電，2臺直流無刷電機(jī)分別直接安裝在2個后車輪內(nèi)，形成前輪轉(zhuǎn)向、后輪驅(qū)動的方式。每臺電機(jī)都有單獨(dú)的控制器和測速系統(tǒng)，能夠?qū)崟r檢測左右電機(jī)速度，整車控制器通過接收舵機(jī)轉(zhuǎn)角、攝像頭路況信息、電池、電機(jī)驅(qū)動控制器及車輪轉(zhuǎn)速等信號，并根據(jù)內(nèi)部控制策略，以高速平穩(wěn)過彎為目標(biāo)，通過控制器改變控制信號的PWM電壓輸出值，以此來控制2臺電機(jī)的電壓值，調(diào)節(jié)2臺電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)同時采用無線模塊與上位機(jī)相結(jié)合的方式實(shí)時檢測速度曲線，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，以致達(dá)到更平滑的過彎效果。

　　基于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的差速方案

　　方案介紹

　　要解決差速問題，最直觀的就是控制兩個驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速，使其滿足Ackerman模型的要求?！　?/p>

 

　　以圖2所示的兩軸車為例，阿克曼理論轉(zhuǎn)向特性，是以汽車前輪定位角都等于零、行走系統(tǒng)為剛性、汽車行駛過程中無側(cè)向力為假設(shè)條件的。該轉(zhuǎn)向特性的特點(diǎn)為：①汽車直線行駛時，4個車輪的軸線都互相平行，而且垂直于汽車縱向中心面;②汽車在轉(zhuǎn)向行駛過程中，全部車輪都必須繞一個瞬時中心點(diǎn)做圓周滾動，而且前內(nèi)輪與前外輪的轉(zhuǎn)角應(yīng)滿足下面關(guān)系式：

　　ctgβ-ctgα=K/L

　　式中：β為汽車前外輪轉(zhuǎn)角，α—汽車前內(nèi)輪轉(zhuǎn)角，K為兩主銷中心距，L為軸距。

　　但是，該模型在理想條件下可行，而在實(shí)際系統(tǒng)中是不可能滿足上述條件的。所以我們對該模型在算法上進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，在實(shí)際車模硬件電路設(shè)計中也盡量考慮減小機(jī)械因素的干擾。