基于路况识别的分布式驱动无人驾驶汽车EPS控制研究

凌志勇

摘要：一种自动驾驶汽车EPS控制系统及方法，以C-EPS为研究对象，系统包括上层控制模块和下层控制模块，主要是对分布式驱动结构进行设计、控制原理、整定方法、速度控制方法等进行研究;本设计能够实现不同助力效果，運用基于路况识别的分布式驱动技术使转向时灵活轻便，行驶稳定可靠。

关键词：分布式驱动;EPS;控制策略

1  研究背景

转向执行机构是实现线控转向（SBW）控制的执行系统，是SBW系统的核心硬件，它的响应特性、结构冗余安全性和寿命等都决定了SBW系统的性能。现有的用于无人驾驶的SBW系统的转向执行机构有很多种，但多为单电机驱动齿条的SBW执行机构，一旦转向执行电机发生故障，特别是在无人驾驶时，情况将不堪设想。因此研究一种无人驾驶汽车线控转向系统，提高无人驾驶汽车转向系统的响应特性和可靠性，延长转向执行电机的使用寿命是无人驾驶汽车的重要课题，具有现实意义。

2  分布式驱动结构设计

本文以转向轴式电动助力转向系统（C-EPS）为研究对象，其原理如图1所示，立足EPS控制策略与算法设计，结合汽车操纵稳定性仿真分析，形成基于分布式驱动EPS控制的自动驾驶汽车路况识别系统研究。

分布式汽车EPS控制系统控制原理图如图2所示。上层控制算法和下层控制算形成闭环控制，实现EPS控制。

3  EPS控制原理

在图2中，EPS控制系统的上层控制模块，包括接收车速信号、转向盘力矩信号和转向盘角速度信号，经直线助力控制子模块输出目标助力电流，与实际工作电流的偏差经模糊PID控制子模块进行模糊PID调节后得到电机的控制电压，再通过脉宽调制技术对电动机的电流进行控制。模糊PID控制参数在线整定流程图如图3所示。

控制策略：EPS工作模式的判断算法为。

整车控制原理为：在无人驾驶模式时，转向执行电机一和转向执行电机二同时驱动电子助力转向器，电子助力转向器产生转向力矩传递给双联式万向节二，最后把力矩传递线给驱动齿轮齿条式转向器，完成转向动作。其车速信号、转向盘力矩信号和转向盘角速度信号控制过程如图4所示，EPS控制策略系统Simulink模型如图5所示。

4  结论

与现有技术相比，本设计的有益效果是：本设计将控制系统划分了上层控制模块和下层控制模块，上层控制模块划分了直线助力控制、阻尼控制、回正控制三种工作模式，下层控制模块在分析EPS助力模式以及助力电机电流控制算法的基础上，设计了模糊PID控制，并按照控制策略建立控制模型。本设计无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，因此，本设计既可解决无人驾驶汽车转向执行机构安全隐患的问题，又可以提高无人驾驶汽车转向执行机构的使用寿命，实现无人驾驶汽车转向的安全冗余。本无人驾驶汽车的双电机同步驱动转向执行机构，包括依次连接的方向盘、转向执行装置和转向轮装置，将上述三块结构形成一体，通过双电机同步带动电子助力转向器，可以减轻单个电机的负载，提高SBW系统转向执行电机的使用寿命。在无人驾驶的情况下，并且如果其中一个转向执行电机发生故障时，另一个转向执行电机可以驱动转向执行机构，提高了无人驾驶汽车线控转向系统的安全性和稳定性。

参考文献：

[1]胡金芳，颜春辉，赵林峰，梁修天，谢有浩.分布式驱动电动汽车转向工况转矩分配控制研究[J/OL].中国公路学报：1-13[2020-06-03].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/61.1313.U.20200602.0907.002.html.

[2]张利鹏，袁心茂，彭畇傲，李韶华.分布式驱动电动汽车回馈制动失效的液压补偿控制[J/OL].中国公路学报：1-17[2020-06-03].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/61.1313.U.20200408.1631.016.html.

[3]张志达，郑玲，吴行，乔旭强，李以农.基于鲁棒自适应UKF的分布式电动汽车状态估计[J/OL].中国科学：技术科学：1-13[2020-06-03].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.5844.TH.20200403.1616.014.html.

[4]梁志峰，夏俊荣，孙檬檬，周昶.数据驱动的配电网分布式光伏承载力评估技术研究[J/OL].电网技术：1-11[2020-06-03].https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2019.2599.

[5]金贤建，杨俊朋，殷国栋，王金湘，陈南，卢彦博.分布式驱动电动汽车双无迹卡尔曼滤波状态参数联合观测[J/OL].机械工程学报：1-10[2020-06-03].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2187.TH.20200324.1526.042.html.

[6]郭烈，葛平淑，许林娜，林肖.转向工况下的分布式电动汽车稳定性控制[J].华南理工大学学报（自然科学版），2020，48（03）：100-107.

[7]杨璐.分布式驱动电动汽车复合制动控制研究[J].时代汽车，2020（05）：65-67.

[8]张新锋，朱明，王奥特.分布式驱动电动汽车横摆稳定性控制研究[J].重庆理工大学学报（自然科学），2020，34（02）：24-31.

[9]葛磊，权龙.分布式变转速容积驱动液压挖掘机控制原理及其特性研究[J].机械工程学报，2020，56（03）：72.

[10]余卓平，史彪飞，熊璐，韩伟.某分布式驱动电动汽车复合制动策略设计[J].汽车技术，2020（02）：12-17.

[11]张勇，王成玲，李玉，刘富强.分布式独立驱动车辆复合转向匹配特性研究[J].西华大学学报（自然科学版），2020，39（01）：77-84.

[12]裴晓飞，刘志厅，陈祯福，陈可际，杨波.分布式驱动电动汽车的差速转向控制及其适用性[J].汽车安全与节能学报，2019，10（04）：423-432.

[13]赵德阳，李刚.分布式轮边驱动电动汽车电机托臂设计与分析[J].汽车实用技术，2019（23）：30-32.

[14]张琳.分布式驱动电动汽车状态估计与力矩矢量控制研究[D].吉林大学，2019.

[15]徐坤，骆媛媛，杨影，徐国卿.分布式电驱动车辆状态感知与控制研究综述[J].机械工程学报，2019，55（22）：60-79.