无人驾驶电动车转向差速控制的研究

梁聪　 冀建宇

摘 要：无人驾驶电动车在转向过程中，转向电机提供驱动力驱动车轮转向，取消了传统的机械差速器，通过控制内外驱动车轮轮毂电机达到差速的目的。ECU根据规划的行驶路径及Ackermann转向模型基于外侧车轮转速确定内侧车轮转速并通过CAN总线传递给MCU，MCU通过模糊PID控制算法控制轮毂电机转速。分析结果证明，该电子差速器可有效达到轮间差速的目的。

关键词：无人驾驶电动车；转向差速控制

汽车的普及给人们的生活帶来了便利，但同时由于疲劳驾驶、酒驾导致的交通事故也给人们带来极大的安全隐患，无人驾驶智能车的出现可以有效的解决这个问题。目前无人驾驶汽车不仅在环境建模方面存在缺陷，同时控制水平也需要提高。本文提出一种基于Ackermann转向模型的电子差速器从而提高无人驾驶汽车转向时的稳定性。

1 Ackermann转向模型

本文研究的无人驾驶电动车转向工况主要是低速转向，因而两驱动轮理想转速的确定基于Ackermann转向模型。车辆低速转向时的模型如图1所示，两前轮为转向轮，两后轮为驱动轮。δ为前轮转向角；Vr1、Vrr分别为左后轮、右后轮转速；d为两后轮轮距；O为前后轮转向中心；r为车轮半径；

2 电机转速控制方案设计

2.1 模糊PID控制算法

传统的PID算法虽然具有很好的控制稳定性，但是同时存在不能随控制变量的变化改变其控制参数从而存在一定的不足，采用模糊PID控制算法可以根据输入控制器的电机转速差的大小及其变化率的大小实时调整PID控制参数的大小，从而达到更好的控制效果。

2.2 MCU硬件

单片机采用STM32F103ZET6（图2），单片机主频72MHZ，2个16bit增强型定时器，2个16bit基本定时器，1个CAN2.0，3个12bit的16 通道的AD，2个12bit的DA。

2.3 软件系统的设计

软件系统共分为4部分：单片机的初始化、实际转速的测量及目标转速的接收、模糊PID算法、PWM脉宽调制。

2.3.1 车轮实际转速的测量及目标转矩的接收

车轮的转速即电机的实际转速，电机的实际转速通过霍尔传感器来测量。采用单片机的基本定时器TIM6，开定时器及外部中断，定时器累计十次外部中断的时间即可得霍尔传感器的转速。

2.3.2 PWM脉宽调制

设置比较寄存器 TIMx_CCR 的数值改变PWM的占空比。

3 实验验证

为验证单片机控制下的差动转向稳定性，进行实车的双移线实验。

无人驾驶电动车的左右轮转速（图3）

4 总结

通过单片机控制直流电动机转速的方式来调节两转向轮转速从而达到了转向差速的目的，通过电子控制取代传统的机械差速器提高了转向系统的转向稳定性。

参考文献：

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