一種基于電機轉(zhuǎn)速環(huán)控制的自動泊車系統(tǒng)研究

摘要：基于某純電動汽車，針對自動泊車系統(tǒng)的停車問題，提出了一種電機轉(zhuǎn)速控制策略。低速下，電驅(qū)動系統(tǒng)接收整車控制器的轉(zhuǎn)速模式和轉(zhuǎn)速命令，實現(xiàn)泊車入位;通過臺架測試和實車驗證，轉(zhuǎn)速控制提高了停車的平穩(wěn)性，減少了自動泊車制動的硬件成本。

關(guān)鍵詞：電動汽車;自動泊車;轉(zhuǎn)速控制

0 引言

隨著工業(yè)飛速的發(fā)展[1-2]，汽車逐漸成為人們工作與生活的重要組成部分，汽車市場保有量的增加以及城市建筑設(shè)施的不斷擴增，不僅導(dǎo)致交通擁堵，汽車平均分配的停放空間也在逐漸縮小;復(fù)雜的停車環(huán)境和狹窄的停車位，為新手駕駛員的安全停車帶來了極大的困擾，增加了停車過程中的風險，自動泊車系統(tǒng)在汽車中的實際應(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。

為了提高人們停車的便利性，節(jié)約停車時間，近年來大量研究人員在自動泊車系統(tǒng)領(lǐng)域進行了充分的研究。左培文等[3-4]分析了自動泊車系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對自動泊車系統(tǒng)的技術(shù)趨勢和市場規(guī)模進行了前景分析。有人[5-8]對自動泊車系統(tǒng)的架構(gòu)和功能進行了介紹，重點分析了自動泊車系統(tǒng)的路徑規(guī)劃和路徑跟蹤。林輝[9]等針對自動泊車應(yīng)用中車位搜索和車輛位置獲取困難的問題提出了一種基于機器視覺的智能泊車系統(tǒng)，大大提高了停車效率及停車場的利用率。張微[10]等研究了特定場景下的自動泊車技術(shù)，重點分析了室內(nèi)停車場環(huán)境下的自主代客泊車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。

本文以某電動汽車為基礎(chǔ)，主要研究了自動泊車過程電驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)的控制策略，通過臺架測試初步確認電機控制系統(tǒng)PI參數(shù)，并經(jīng)過實車測試修正，提高了低速起步和停車過程的平滑性。

1 自動泊車系統(tǒng)

自動泊車系統(tǒng)是汽車高級輔助駕駛系統(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、雷達等感知車輛周圍的環(huán)境和車輛位置信息;中央控制系統(tǒng)處理環(huán)境感知信息，更新泊車軌跡規(guī)劃并確認自動泊車策略;執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)中央控制系統(tǒng)的命令，控制轉(zhuǎn)向和動力輸出，實現(xiàn)自動泊車。

如圖2所示，自動泊車過程主要分為三部分：環(huán)境感知系統(tǒng)確認泊車位置。中央控制系統(tǒng)制定泊車策略，開始泊車。執(zhí)行系統(tǒng)控制車輛泊入車位，調(diào)整位置。

2 轉(zhuǎn)速控制策略

如圖3所示為基于電機轉(zhuǎn)速控制的自動泊車系統(tǒng)。開始泊車時，中央控制器根據(jù)軌跡規(guī)劃和泊車策略請求整車車速;整車控制器依據(jù)整車參數(shù)計算電機轉(zhuǎn)速，請求驅(qū)動系統(tǒng)進入轉(zhuǎn)速模式，并請求轉(zhuǎn)速命令;電驅(qū)動系統(tǒng)響應(yīng)整車命令，對接收的轉(zhuǎn)速命令進行濾波處理，防止轉(zhuǎn)速突變引起PI超調(diào);最終實現(xiàn)零轉(zhuǎn)速泊車入位。

3 實車測試

3.1 臺架測試

如圖4所示進行臺架測試，確認電驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)PI參數(shù)，使電機轉(zhuǎn)速能夠穩(wěn)定運行，轉(zhuǎn)速精度控制在15 rpm以內(nèi)。

試驗條件如下：

1）電源電壓為額定電壓345 V

2）冷卻水溫30℃，流量8 L/min

AVL臺架工作在轉(zhuǎn)矩環(huán)，作為負載;電驅(qū)動系統(tǒng)工作在轉(zhuǎn)速環(huán)，給定目標轉(zhuǎn)速。通過比較各負載下實際轉(zhuǎn)速的波動以及與目標轉(zhuǎn)速的差值，標定一組合理的PI參數(shù)用于整車調(diào)試。圖5、圖6分別是給定轉(zhuǎn)速500 rpm、1500 rpm，負載轉(zhuǎn)矩為125 Nm（峰值轉(zhuǎn)矩）下臺架實測轉(zhuǎn)速曲線，轉(zhuǎn)速波動在15 rpm以內(nèi)，滿足轉(zhuǎn)速控制精度要求。

3.2 整車測試

根據(jù)轉(zhuǎn)速控制策略和臺架實驗參數(shù)，確認初版軟件，進行整車測試。以下為具體測試內(nèi)容：

1）確保電驅(qū)動系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)整車轉(zhuǎn)速命令，調(diào)節(jié)適當?shù)腜I;

2）在加速、制動過程中，電機轉(zhuǎn)速不超調(diào)，轉(zhuǎn)速曲線平滑，不劇烈波動;

3）停車過程沒有電機異響，保持靜止時電機沒有打齒聲音。

經(jīng)過以上測試，對轉(zhuǎn)速控制策略進行如下限制：

1）高轉(zhuǎn)速緊急制動到低轉(zhuǎn)速時，電驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)部增加過渡轉(zhuǎn)速，避免PI調(diào)節(jié)對象變化過快導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)速超調(diào)，整車出現(xiàn)晃動;

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

圖7-圖9分別是電機轉(zhuǎn)速從28 rpm（ 0.4 km/h）到289 rpm（4 km/h）的加速過程、保持289 rpm的勻速過程以及289 rpm到28 rpm的制動過程。

實測結(jié)果表明，基于電機轉(zhuǎn)速控制的自動泊車系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)整車的加速、勻速、制動過程，且電機轉(zhuǎn)速波動小，曲線平滑，整車感受舒適，滿足性能要求。

4 結(jié)論

本文提出了一種基于電機轉(zhuǎn)速控制的自動泊車系統(tǒng)，電驅(qū)動系統(tǒng)實時響應(yīng)整車控制器的轉(zhuǎn)速請求，實現(xiàn)整車的驅(qū)動制動，降低了執(zhí)行系統(tǒng)制動的硬件需求。通過臺架和整車測試，結(jié)果表明，該控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)整車加速、勻速、制動過程，維持整車平穩(wěn)運行，提高整車的控制精度，實現(xiàn)精準泊車。

參考文獻：

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[10]張微，華一丁，臧晨，李鑫慧，唐風敏，郭蓬，面向室內(nèi)停車場的自主代客泊車關(guān)鍵技術(shù)研究，汽車電器，2019（08）.

作者簡介：

舒暉，男，（1992.10-）安徽工程大學(xué)自動化專業(yè)，本科，助理工程師，主要研究方向為新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)。