一種基于電機(jī)轉(zhuǎn)速環(huán)控制的自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)研究

　　舒?暉（奇瑞新能源汽車(chē)股份有限公司，安徽?蕪湖?241002）

　　摘?要：基于某純電動(dòng)汽車(chē)，針對(duì)自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的停車(chē)問(wèn)題，提出了一種電機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略。低速下，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接收整車(chē)控制器的轉(zhuǎn)速模式和轉(zhuǎn)速命令，實(shí)現(xiàn)泊車(chē)入位；通過(guò)臺(tái)架測(cè)試和實(shí)車(chē)驗(yàn)證，轉(zhuǎn)速控制提高了停車(chē)的平穩(wěn)性，減少了自動(dòng)泊車(chē)制動(dòng)的硬件成本。

　　關(guān)鍵詞： 電動(dòng)汽車(chē)；自動(dòng)泊車(chē)；轉(zhuǎn)速控制

　　0 引言

　　隨著工業(yè)飛速的發(fā)展 ^[1-2] ，汽車(chē)逐漸成為人們工作與生活的重要組成部分，汽車(chē)市場(chǎng)保有量的增加以及城市建筑設(shè)施的不斷擴(kuò)增，不僅導(dǎo)致交通擁堵，汽車(chē)平均分配的停放空間也在逐漸縮??；復(fù)雜的停車(chē)環(huán)境和狹窄的停車(chē)位，為新手駕駛員的安全停車(chē)帶來(lái)了極大的困擾，增加了停車(chē)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)在汽車(chē)中的實(shí)際應(yīng)用很好地解決了這一難題，提高了駕駛的安全性和舒適性。

　　為了提高人們停車(chē)的便利性，節(jié)約停車(chē)時(shí)間，近年來(lái)大量研究人員在自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)領(lǐng)域進(jìn)行了充分的研究。左培文等 ^[3-4] 分析了自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的技術(shù)趨勢(shì)和市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)行了前景分析。有人 ^[5-8] 對(duì)自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的架構(gòu)和功能進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)分析了自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的路徑規(guī)劃和路徑跟蹤。林輝 ^[9] 等針對(duì)自動(dòng)泊車(chē)應(yīng)用中車(chē)位搜索和車(chē)輛位置獲取困難的問(wèn)題提出了一種基于機(jī)器視覺(jué)的智能泊車(chē)系統(tǒng)，大大提高了停車(chē)效率及停車(chē)場(chǎng)的利用率。張微 ^[10] 等研究了特定場(chǎng)景下的自動(dòng)泊車(chē)技術(shù)，重點(diǎn)分析了室內(nèi)停車(chē)場(chǎng)環(huán)境下的自主代客泊車(chē)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。

　　本文以某電動(dòng)汽車(chē)為基礎(chǔ)，主要研究了自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)的控制策略，通過(guò)臺(tái)架測(cè)試初步確認(rèn)電機(jī)控制系統(tǒng)PI參數(shù)，并經(jīng)過(guò)實(shí)車(chē)測(cè)試修正，提高了低速起步和停車(chē)過(guò)程的平滑性。

　　1 自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)

　　自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)是汽車(chē)高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)的重要組成部分，主要由環(huán)境感知系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)三大部分組成，如圖1所示。環(huán)境感知系統(tǒng)利用攝像頭、雷達(dá)等感知車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境和車(chē)輛位置信息；中央控制系統(tǒng)處理環(huán)境感知信息，更新泊車(chē)軌跡規(guī)劃并確認(rèn)自動(dòng)泊車(chē)策略；執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)中央控制系統(tǒng)的命令，控制轉(zhuǎn)向和動(dòng)力輸出，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車(chē)。

　　如圖2所示，自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程主要分為三部分：環(huán)境感知系統(tǒng)確認(rèn)泊車(chē)位置。中央控制系統(tǒng)制定泊車(chē)策略，開(kāi)始泊車(chē)。執(zhí)行系統(tǒng)控制車(chē)輛泊入車(chē)位，調(diào)整位置。

　　2 轉(zhuǎn)速控制策略

　　如圖3所示為基于電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)。開(kāi)始泊車(chē)時(shí)，中央控制器根據(jù)軌跡規(guī)劃和泊車(chē)策略請(qǐng)求整車(chē)車(chē)速；整車(chē)控制器依據(jù)整車(chē)參數(shù)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速，請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入轉(zhuǎn)速模式，并請(qǐng)求轉(zhuǎn)速命令；電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)整車(chē)命令，對(duì)接收的轉(zhuǎn)速命令進(jìn)行濾波處理，防止轉(zhuǎn)速突變引起PI超調(diào)；最終實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速泊車(chē)入位。

　　3 實(shí)車(chē)測(cè)試

　　3.1 臺(tái)架測(cè)試

　　如圖4所示進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，確認(rèn)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)PI參數(shù)，使電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠穩(wěn)定運(yùn)行，轉(zhuǎn)速精度控制在15 rpm以?xún)?nèi)。

　　試驗(yàn)條件如下：

　　電源電壓為額定電壓345 V

　　冷卻水溫30 ℃，流量8 L/min

　　AVL臺(tái)架工作在轉(zhuǎn)矩環(huán)，作為負(fù)載；電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作在轉(zhuǎn)速環(huán)，給定目標(biāo)轉(zhuǎn)速。通過(guò)比較各負(fù)載下實(shí)際轉(zhuǎn)速的波動(dòng)以及與目標(biāo)轉(zhuǎn)速的差值，標(biāo)定一組合理的PI參數(shù)用于整車(chē)調(diào)試。圖5、圖6分別是給定轉(zhuǎn)速500 rpm、1500 rpm，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為125 Nm（峰值轉(zhuǎn)矩）下臺(tái)架實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)在15 rpm以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足轉(zhuǎn)速控制精度要求。

　　3.2 整車(chē)測(cè)試

　　根據(jù)轉(zhuǎn)速控制策略和臺(tái)架實(shí)驗(yàn)參數(shù)，確認(rèn)初版軟件，進(jìn)行整車(chē)測(cè)試。以下為具體測(cè)試內(nèi)容：

　　確保電驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)整車(chē)轉(zhuǎn)速命令，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)腜I；

　　在加速、制動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)轉(zhuǎn)速不超調(diào)，轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)平滑，不劇烈波動(dòng)；

　　停車(chē)過(guò)程沒(méi)有電機(jī)異響，保持靜止時(shí)電機(jī)沒(méi)有打齒聲音。

　　經(jīng)過(guò)以上測(cè)試，對(duì)轉(zhuǎn)速控制策略進(jìn)行如下限制：

　　高轉(zhuǎn)速緊急制動(dòng)到低轉(zhuǎn)速時(shí)，電驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)部增加過(guò)渡轉(zhuǎn)速，避免PI調(diào)節(jié)對(duì)象變化過(guò)快導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速超調(diào)，整車(chē)出現(xiàn)晃動(dòng)；

　　PI分段調(diào)節(jié)，高轉(zhuǎn)速時(shí)使用大PI參數(shù)，保證快速響應(yīng)；低速（接近零速）時(shí)使用小PI，減小PI調(diào)節(jié)輸出，降低電機(jī)轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)正負(fù)跳變的頻率，減小電機(jī)打齒的聲音。

　　圖7-圖9分別是電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?8 rpm（0.4 km/h）到289 rpm（4 km/h）的加速過(guò)程、保持289 rpm的勻速過(guò)程以及289 rpm到28 rpm的制動(dòng)過(guò)程。

　　實(shí)測(cè)結(jié)果表明，基于電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)整車(chē)的加速、勻速、制動(dòng)過(guò)程，且電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)小，曲線(xiàn)平滑，整車(chē)感受舒適，滿(mǎn)足性能要求。

　　4 結(jié)論

　　本文提出了一種基于電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)整車(chē)控制器的轉(zhuǎn)速請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)整車(chē)的驅(qū)動(dòng)制動(dòng)，降低了執(zhí)行系統(tǒng)制動(dòng)的硬件需求。通過(guò)臺(tái)架和整車(chē)測(cè)試，結(jié)果表明，該控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)整車(chē)加速、勻速、制動(dòng)過(guò)程，維持整車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行，提高整車(chē)的控制精度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)泊車(chē)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 謝寧猛. 基于模型預(yù)測(cè)控制的平行泊車(chē)系統(tǒng)研究[J]. 智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē), 2019(02).

　　[2] 李海娟, 龔博. 淺析自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的技術(shù)與應(yīng)用[J]. 淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2018(05).

　　[3] 左培文, 孟慶闊, 李育賢. 自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[J].上海汽車(chē), 2017(02).

　　[4] 陳天殷. 自主泊車(chē)系統(tǒng) APS的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 汽車(chē)電器,2018(09).

　　[5] 陶逸群, 王小龍, 王洋. 基于多段路徑規(guī)劃的自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī), 2019(02).

　　[6] 趙海龍, 崔巍, 楊盼盼. 自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)泊車(chē)軌跡跟蹤研究[J]. 智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē), 2019(07).

　　[7] 黃江, 魏德奎, 秦良艷, 李攀, 杜軍. 自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)路徑規(guī)劃與跟蹤控制方法研究[J]. 汽車(chē)技術(shù), 2019(08).

　　[8] 穆加彩, 張振東, 管登詩(shī), 朱敏杰, 董旭峰, 繞宏宇. 自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)路徑規(guī)劃與控制研究. 軟件導(dǎo)刊, 2017(05).

　　[9] 林輝, 蔡秉華, 張藝彬, 蔡嘉安, 許文強(qiáng). 基于機(jī)器視覺(jué)的智能泊車(chē)系統(tǒng). 韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào), 2019(06).

　　[10] 張微, 華一丁, 臧晨, 李鑫慧, 唐風(fēng)敏, 郭蓬. 面向室內(nèi)停車(chē)場(chǎng)的自主代客泊車(chē)關(guān)鍵技術(shù)研究. 汽車(chē)電器, 2019(08).

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第06期第59頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。）