一种基于电机转速环控制的自动泊车系统研究

2020-07-24舒晖

电子产品世界 2020年6期

摘要：基于某纯电动汽车，针对自动泊车系统的停车问题，提出了一种电机转速控制策略。低速下，电驱动系统接收整车控制器的转速模式和转速命令，实现泊车入位;通过台架测试和实车验证，转速控制提高了停车的平稳性，减少了自动泊车制动的硬件成本。

关键词：电动汽车;自动泊车;转速控制

0 引言

随着工业飞速的发展[1-2]，汽车逐渐成为人们工作与生活的重要组成部分，汽车市场保有量的增加以及城市建筑设施的不断扩增，不仅导致交通拥堵，汽车平均分配的停放空间也在逐渐缩小;复杂的停车环境和狭窄的停车位，为新手驾驶员的安全停车带来了极大的困扰，增加了停车过程中的风险，自动泊车系统在汽车中的实际应用很好地解决了这一难题，提高了驾驶的安全性和舒适性。

为了提高人们停车的便利性，节约停车时间，近年来大量研究人员在自动泊车系统领域进行了充分的研究。左培文等[3-4]分析了自动泊车系统的发展现状，并对自动泊车系统的技术趋势和市场规模进行了前景分析。有人[5-8]对自动泊车系统的架构和功能进行了介绍，重点分析了自动泊车系统的路径规划和路径跟踪。林辉[9]等针对自动泊车应用中车位搜索和车辆位置获取困难的问题提出了一种基于机器视觉的智能泊车系统，大大提高了停车效率及停车场的利用率。张微[10]等研究了特定场景下的自动泊车技术，重点分析了室内停车场环境下的自主代客泊车系统关键技术。

本文以某电动汽车为基础，主要研究了自动泊车过程电驱动系统转速环的控制策略，通过台架测试初步确认电机控制系统PI参数，并经过实车测试修正，提高了低速起步和停车过程的平滑性。

1 自动泊车系统

自动泊车系统是汽车高级辅助驾驶系统的重要组成部分，主要由环境感知系统、中央控制系统和执行系统三大部分组成，如图1所示。环境感知系统利用摄像头、雷达等感知车辆周围的环境和车辆位置信息;中央控制系统处理环境感知信息，更新泊车轨迹规划并确认自动泊车策略;执行系统根据中央控制系统的命令，控制转向和动力输出，实现自动泊车。

如图2所示，自动泊车过程主要分为三部分：环境感知系统确认泊车位置。中央控制系统制定泊车策略，开始泊车。执行系统控制车辆泊入车位，调整位置。

2 转速控制策略

如图3所示为基于电机转速控制的自动泊车系统。开始泊车时，中央控制器根据轨迹规划和泊车策略请求整车车速;整车控制器依据整车参数计算电机转速，请求驱动系统进入转速模式，并请求转速命令;电驱动系统响应整车命令，对接收的转速命令进行滤波处理，防止转速突变引起PI超调;最终实现零转速泊车入位。

3 实车测试

3.1 台架测试

如图4所示进行台架测试，确认电驱动系统转速环PI参数，使电机转速能够稳定运行，转速精度控制在15 rpm以内。

试验条件如下：

1）电源电压为额定电压345 V

2）冷却水温30℃，流量8 L/min

AVL台架工作在转矩环，作为负载;电驱动系统工作在转速环，给定目标转速。通过比较各负载下实际转速的波动以及与目标转速的差值，标定一组合理的PI参数用于整车调试。图5、图6分别是给定转速500 rpm、1500 rpm，负载转矩为125 Nm（峰值转矩）下台架实测转速曲线，转速波动在15 rpm以内，满足转速控制精度要求。

3.2 整车测试

根据转速控制策略和台架实验参数，确认初版软件，进行整车测试。以下为具体测试内容：

1）确保电驱动系统能够快速响应整车转速命令，调节适当的PI;

2）在加速、制动过程中，电机转速不超调，转速曲线平滑，不剧烈波动;

3）停车过程没有电机异响，保持静止时电机没有打齿声音。

经过以上测试，对转速控制策略进行如下限制：

1）高转速紧急制动到低转速时，电驱系统内部增加过渡转速，避免PI调节对象变化过快导致电机转速超调，整車出现晃动;

2） PI分段调节，高转速时使用大PI参数，保证快速响应;低速（接近零速）时使用小PI，减小PI调节输出，降低电机转矩出现正负跳变的频率，减小电机打齿的声音。

图7-图9分别是电机转速从28 rpm（ 0.4 km/h）到289 rpm（4 km/h）的加速过程、保持289 rpm的匀速过程以及289 rpm到28 rpm的制动过程。

实测结果表明，基于电机转速控制的自动泊车系统能够实现整车的加速、匀速、制动过程，且电机转速波动小，曲线平滑，整车感受舒适，满足性能要求。

4 结论

本文提出了一种基于电机转速控制的自动泊车系统，电驱动系统实时响应整车控制器的转速请求，实现整车的驱动制动，降低了执行系统制动的硬件需求。通过台架和整车测试，结果表明，该控制策略能够实现整车加速、匀速、制动过程，维持整车平稳运行，提高整车的控制精度，实现精准泊车。