阿克曼式電子差速PID智能車轉向控制方法研究

周燕軍 沈旭東

【摘 要】本文對智能小車的轉向控制方法進行了研究，其前輪采用舵機進行轉向控制，后輪使用電子差速控制轉向，在阿克曼轉向原理的基礎上，分析了內外輪電子差速的計算方法，并使用增量式PID控制算法對內外輪差速進行穩定控制，也給出了電機PWM頻率選擇的方法和占空比電壓補償算法，實驗測試證明，該方法簡化了智能小車轉向系統的設計，具有很好的穩定性和控制精度。

【關鍵詞】阿克曼轉向原理，差速PID控制，PWM頻率選擇，占空比電壓補償

中圖分類號：TN957.51 文獻標識碼：A

1、智能車系統結構設計

智能車硬件部分主要有STM32F103微處理器控制模塊，測速模塊，CCD尋跡模塊，電源模塊，電機驅動模塊及轉向模塊組成[1]，整體架構如圖1-1所示。

智能車前輪采用舵機控制，左右兩后輪采用直流減速電機驅動，前輪通過改變舵機的占空比實現不同角度的轉向，后輪通過主控芯片產生PWM脈沖波形控制直流減速電機的轉速，同時通過測速模塊將實時轉速脈沖信號反饋到主控制器中，主控器通過運算處理后，輸出可變的PWM 脈沖占空比，從而實現電機實時差速控制。

2、阿克曼運動學分析

汽車在轉彎時，后輪的內輪和外輪行駛的距離不同，行駛的時間卻是一樣的，因此后輪之間存在差速的問題，轉彎的時候內側的輪胎要比外側的輪胎轉速慢。傳統汽車使用機械差速器完成差速，機械差速器的基本運動規律是：無論轉彎還是直行，兩側驅動輪的轉速之和始終等于差速器殼轉速的2倍[2][3]。電子差速系統主控制模塊數學模型基于阿克曼轉向幾何設計，電子差速系統又分為兩個部分，可以根據車速和轉彎角度計算兩驅動輪（本文中為兩后輪）的速度。

參考文獻：

[1]王澤元.基于CMOS 圖像傳感器視覺系統的智能小車的設計實現[D].長春：吉林大學，2011.

[2]吳志紅，朱文吉，朱元.電動車電子差速控制方法的研究[J].電力電子技術，2008（10）：64-66.

[3]孫明江，段敏，李剛.輪轂電機驅動電動汽車電子差速器仿真研究 [J].農業裝備與車輛工程，2015.53（2）：19-24.

[4]肖文健，李永科.基于增量式 PID 控制算法的智能車設計[J].信息技術，2012（10）.

[5]劉玲玲.PID 參數整定技術的研究及應用[D].鄭州：鄭州大學，2010.

[6]Jittim Varagul，Toshio ITO.Simulation of Detecting Function object for AGV using Computer Vision with Neural Network，Procedia Computer Science，96（2016）159–168.

作者簡介：

周燕軍（1981-），女，浙江嘉興人，碩士，講師，研究方向：從事自動化控制、單片機控制、電力電子應用技術等研究。

沈旭東（1984-），男，浙江湖州人，碩士，講師，研究方向：單片機應用技術等研究。

（作者單位：1嘉興南洋職業技術學院；

2嘉興職業技術學院）