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(shí)別，7.2V鎳鎘電池供電，針對(duì)雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車電子差速問(wèn)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(dòng)車主要的驅(qū)動(dòng)方式有集中驅(qū)動(dòng)式、雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)式(前驅(qū)式和后驅(qū)式)及四電機(jī)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)式等形式。不論采用何種驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)汽車在不平路面上行駛或轉(zhuǎn)向時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪都會(huì)遇到差速問(wèn)題。由于各種電動(dòng)車采用的驅(qū)動(dòng)方式和控制策略不同，相應(yīng)的電子差速器的設(shè)計(jì)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(guò)采用閉環(huán)有差反饋式調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)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(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)要求。

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

　　雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。該電動(dòng)車采用7.2V鎳鎘電池給電機(jī)供電，2臺(tái)直流無(wú)刷電機(jī)分別直接安裝在2個(gè)后車輪內(nèi)，形成前輪轉(zhuǎn)向、后輪驅(qū)動(dòng)的方式。每臺(tái)電機(jī)都有單獨(dú)的控制器和測(cè)速系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)左右電機(jī)速度，整車控制器通過(guò)接收舵機(jī)轉(zhuǎn)角、攝像頭路況信息、電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器及車輪轉(zhuǎn)速等信號(hào)，并根據(jù)內(nèi)部控制策略，以高速平穩(wěn)過(guò)彎為目標(biāo)，通過(guò)控制器改變控制信號(hào)的PWM電壓輸出值，以此來(lái)控制2臺(tái)電機(jī)的電壓值，調(diào)節(jié)2臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)同時(shí)采用無(wú)線模塊與上位機(jī)相結(jié)合的方式實(shí)時(shí)檢測(cè)速度曲線，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，以致達(dá)到更平滑的過(guò)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(wèn)題，最直觀的就是控制兩個(gè)驅(qū)動(dòng)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(guò)程中無(wú)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(shí)，4個(gè)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(guò)程中，全部車輪都必須繞一個(gè)瞬時(shí)中心點(diǎn)做圓周滾動(dòng)，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(duì)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(jì)中也盡量考慮減小機(jī)械因素的干擾。