后轮双电机差速与前轮转向协调控制在智能车模上的应用

《后轮双电机差速与前轮转向协调控制在智能车模上的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、后轮双电机差速与前轮转向协调控制在智能车模上的应用　　摘要：针对飞思卡尔的高仿真智能车模，本文对后轮双电机差速与前轮舵机转向的协调控制提出了研究方案，对传统的基于Ackerman原理控制差速算法进行了改进，并设计了一种新型的整定差速参数的方法，有效的提高了电动汽车的转弯性能。　　关键词：双电机驱动；智能车模；差速算法；电子差速　　0引言　　传统的汽车是以汽油、柴油、天然气等燃料为动力驱动发动机实现运输功能，由于全球能源危机和环境污染问题的日益收到人们的关注，电动汽车渐渐地在当今世界汽车市场中占据重要的一部分，也必将成为未来汽车市场的发展方向和主要力量。控制策略的高效性和可靠性会很大程度的影

2、响电动汽车使用的安全、稳定与节能环保。　　对于电动汽车来说，电机驱动策略以及后轮双电机差速与前轮转向协调控制尤为重要。虽然单电机系统由于存在成本低维修方便等优势而占据主流，但其体积庞大和质量过重问题使得人们的目光转向控制灵活，动力与功率分配均衡的多电机控制系统。由于不同汽车系统的转向控制策略和差速调节装置各不相同，本文根据Ackerman转向原理，基于MC9S12XS128控制器平台，对后轮双电机独立驱动，前轮舵机控制转向的智能电动汽车的转向和差速配合控制算法与参数整定提出了优化控制策略。　　1用双电机独立驱动系统设计　　由于双电机可针对两个独立的电机分别驱动[1]，故可采用电子差速器[3

3、]代替传统的易磨损且难以整定最优机械状态的机械差速装置，其控制的灵活性与参数优化的确定性成为双电机驱动有着巨大的发展空间。双电机的控制系统模块结构如图1所示：　　该系统采用前轮舵机控制转向，后轮双电机分别控制两轮的车速，并采用了飞思卡尔半导体公司推出的一款针对汽车电子市场的高性能、低功耗、功能强、速度快的16位单片机MC9S12XS128，其总线速度可高达40MHz并具有128KB程序的Flash和8KB的DataFlash，由于具有高精度、快转换速度的强大的多路模数转换通道可以用于采集道路信息，以及8通道可级联的PWM模块可控制多个电机与舵机，无疑这款控制器足以用于实践本文提出的双电机差

4、速与舵机转向配合的控制算法。　　该系统使用7.2V的镍镉电池作为电源，电池直接给两台直接安装在两个后车轮内的直流无刷电机RN260供电，并在电源模块上，经LM2941降为6V供电给东莞市博思电子数码科技有限公司提供的舵机FUTABA3010，再分别经LM2940和LM1113将电源电压降为5V和3.3V分别给传感器模块，测速模块和显示装置供电，正因为两个电机需要通过电子调速器实现差速，因此车速控制的反馈信息需要通过分别采集两个电机的转速来整合，这一点可以通过两个小型500线E6A2-CW3C欧姆龙编码器来实现，系统同时采用无线模块nrf24L01与上位机进行通信实时监测小车各项参数，并通过

5、小型液晶显示屏显示可调参数，配合轻触按钮与拨码开关模块实现小车参数的快速调节，省去了重复下载程序以修改参数的繁琐手续。　　2差速与转向协调的控制策略　　要实现双电机的差速协调控制，在车速极低，且不考虑汽车质心侧偏、横摆角，以及路面情况变化和侧风等情况下，可以参考Ackerman转向几何学原理，可以通过一幅图形象的解释这一模型，如图2所示。为了让电动车能自然的顺利的通过弯道，则要求在过弯的时候无侧向力[2]，在这一前提下，内外前轮的转弯半径与后轮的转弯半径应该要交于同一点O，车辆绕此点作圆弧运动，点O为转动中心，O点到后轴中点的距离R是车辆的转向半径。假设内外前轮的平均转向角度为δ，前后轴间

6、距为L，两轮之间的距离为W。可以知道在汽车过弯中，在相同的时间内，后轮的内外车轮形式的距离却不一样，因此两者之间存在差速问题。　　结合Ackerman原理，汽车前内轮与前外轮的转角应该满足下面的关系式：　　式中：β为汽车前外轮转角，α为汽车前内轮转角，W为两个主销中心距离，L为轴距。　　但是，该模型是在理想条件下建立起来的，实际的车模与复杂多变的道路状况和外界因素会使得该公式的可用性大大降低，但该原理的思想却可以被吸收改进，将其应用到XS128控制的电动汽车系统中，前轮的两个车轮由于是独立旋转，拉杆联动转向，因此前轮的转向一致，车速会根据实时路面状况调速，所以电动汽车要解决的主要就是后轮的

7、差速控制，一般情况下，有三种调节策略：一是车外轮速度升高，相应的内轮速度降低，形成随动差速过弯；二是车外轮速度不变，内轮速度降低，形成稳定差速过弯；三是车轮速度同时下降，并且使得内轮速度下降的比外轮速度快，整车降速以求稳定过弯。由于后两种对车速的牺牲比较大，而电机的脉宽调速使得控制器对车速的调节非常灵活，采用独立式的升高外轮车速，降低内轮车速更能适应多变的路况。　　在前轮转向相同并选用独立式调后轮差速的基础上，两个后轮的