分布式驱动电动汽车自动泊车控制与差动补偿技术研究

姚金健 杨瑞恒 陈延展

摘要：本项目通过研究分布式驱动电动汽车的转矩输出特性来合理分配汽车的左右转矩差，通过电机向左右两轮输出的转矩不同来改变汽车的转弯半径，达到助力转向的目的。此外，为了实现分布式驱动电动汽车的自动泊车技术，车身上所布置的传感器将对汽车的位置进行实时监测，及时将车辆轨迹状态反馈到ECU来调控电机输出到左右两轮的转矩，方便对汽车的轨迹进行修正。该技术对实现汽车泊车快、提高汽车的操稳性等目的具有重大意义。

关键词：分布式驱动；电动汽车；自动泊车技术；差动补偿技术

一、引言

汽车是国民经济的重要产业，作为汽车产销的大国，我国并非强国，自主产品技术还很薄弱。我们应把握电动汽车发展的机遇，实现汽车核心技术的飞跃，达到国际先进水平。而高性能分布式驱动电动汽车以其独特的优势（可控自由度多）将会在电动汽车领域内占据一席之地。所谓分布式驱动电动汽车就是由一组或多组车载动力源，为车轮的驱动电机提供电源，这样将单独可控的驱动系统分布到各个车轮上的电动汽车。

现代社会汽车的使用已经相当广泛，而每一个司机都会面对倒车问题，有经验的司机能够快速、准确的将汽车停到指定的位置。然而多数的司机尤其是一些刚刚考到驾照的新手们尤其对停车的问题十分烦恼。在准确性和速度之间往往很难同时满足，设想如果能有个智能装置，根据当前的车速和位置能够自动将车停到合适位置，且又同时满足快速性和准确性。本课题正是基于以上的设想，结合模糊控制的相关知识以Matlab为软件平台，搭建一个基于Matlab的自动倒车模糊控制系统。

二、分布式驱动电动汽车建模

模型是连接实际物理系统与计算机的一个重要桥梁。本文通过对分布式驱动电动汽车动力系统的理解与研究，忽略次要因素，抓住主要特性，用数学的方式描述分布式驅动电动汽车动力系统，建立简化的模型，用在计算机上进行仿真分析。

2.1 整车模型

本文中的整车模型采用8自由度车辆模型。其建模的原理如图2.1所示。

（2）汽车的停止模块。汽车的停止模块同样采用的是用户自定义模块中的Fcn子模块。

（3）汽车定位模块。汽车定位模块主要是利用了用户自定义模块中的Fcn模块来实现距离函数。在这个模型中，near和far是2个状态反馈控制器，它们分别工作在2个不同的状态变量的时候，而模糊控制器在这里如同一个搅拌机使2个状态能够平滑地控制。其中，模块Truck kinematics为方程组表示的汽车系统模型。并经过了封装；Fuzzy controller模块表示的是模糊控制器；Animation模块作为输出的动画显示模块。

本文中主要是编辑结果输出的动画显示模块。动画的输出与simulink仿真过程中的时间设定有关。Matlab定义的S函数中，主要用Flag控制标签来实现控制，完成仿真动画的输出。

3.2仿真实验及结果分析

使用Matlab软件对模糊控制器进行仿真实验，检验其控制性能。

根据前文描述的小车动力学模型，建立“车辆模型”模块，其输入量是前轮转向角和运行速度，输出量是车辆的状态（位置和车身偏向角）；“编码器”和“超声波传感器”模块实现了对真实传感器的模拟；传感器的测量结果经过“预处理” 后，输入到“控制器”模块；“控制器”模块是由fuzzy工具箱建立的模糊控制器，它的隶属函数和模糊规则依照前面的描述进行设置；“控制器”模块的输出量是 前轮转向角的取值，其单位是“角度”，需经“单位转换”模块转换成“弧度”；车辆的转向系用一阶系统进行模拟；在仿真过程中，将车辆的状态和控制器输出值实时记录到数组中，以方便绘制各种曲线图。

为了实现基于参考转向盘转矩的差动助力转向控制，设计了基于参考转向盘转矩的驾驶员转向盘转矩直接控制策略，如图4.2所示，以实际转向盘转矩与参考转向盘转矩差为反馈控制变量，利用变积分PID控制输出左右驱动轮的驱动力差，并经过差动助力转向控制器进行驱动力的控制，产生转向力矩，实现转向助力的作用。

五、总结

本文借用8自由度车辆模型对分布式驱动电动汽车的自动泊车路径规划，控制策略等方面进行了研究，对基于参考转向盘转矩的差动助力转向进行了仿真。有利于解决新手司机面对的泊车不熟练、泊车难等问题，基于参考转向盘转矩的差动助力转向则可以在自动泊车的过程中优化转向助力，综合提高汽车泊车时的操纵稳定性和转向轻便性。

参考文献

[1] 电动四轮转向汽车电子差速问题研究 王智晶 《北京汽车》，2010-06-25.

（作者单位：江苏大学）