基于8AT的自動(dòng)泊車系統(tǒng)扭矩控制策略分析

陳海鷗，姜 灝，徐達(dá)學(xué)，樊 瑞

（奇瑞汽車股份有限公司汽車工程技術(shù)研發(fā)總院，安徽 蕪湖241000）

1 引言

在智能駕駛領(lǐng)域，低速智能化自動(dòng)泊車系統(tǒng)成為汽車行業(yè)發(fā)展的主流智駕功能，它融合了全景影像功能和超聲波雷達(dá)功能，幫助用戶找到合適的標(biāo)線停車位或者邊界停車位，規(guī)劃合適路徑自動(dòng)控制車輛泊車入庫(kù)或泊車出庫(kù)。

逐步完善的i-VISTA中國(guó)智能汽車指數(shù)評(píng)價(jià)體系針對(duì)低速智能泊車功能也發(fā)布了智能泊車輔助試驗(yàn)規(guī)程和評(píng)價(jià)規(guī)程2020版，對(duì)于智能泊車的可靠性、安全性和舒適性做了詳細(xì)的計(jì)分要求。

智能化自動(dòng)泊車系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景屬于低速行車工況，泊車車速低于用戶正常駕駛的蠕行車速，基于8AT的智能化自動(dòng)泊車系統(tǒng)，其關(guān)聯(lián)件模塊（如發(fā)動(dòng)機(jī)模塊、制動(dòng)模塊、轉(zhuǎn)向模塊等）的扭矩控制需要相互協(xié)調(diào)、匹配，才能將泊車功能魯棒性做到最佳。扭矩控制是智能泊車系統(tǒng)的重點(diǎn)技術(shù)，而縱向控制扭矩和橫向控制扭矩是扭矩控制中關(guān)鍵核心技術(shù)，也是智駕開(kāi)發(fā)難點(diǎn)技術(shù)之一。

2 扭矩分析

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

如圖1所示為自動(dòng)泊車系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)，主要包含6大組件，分別是自動(dòng)泊車控制器APA、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS、電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)ESP、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS、變速器控制系統(tǒng)TCU、電動(dòng)駐車制動(dòng)系統(tǒng)EPB。

APA是自動(dòng)泊車的核心控制器，它通過(guò)車身環(huán)境感知系統(tǒng)去檢測(cè)車位和車身周圍環(huán)境狀態(tài)，給ESP發(fā)送縱向控制命令（包括油門、減速行駛以及避障制動(dòng)控制），給EPS發(fā)送橫向控制命令（主要是轉(zhuǎn)彎曲率控制），給TCU發(fā)送擋位變換指令，給EPB發(fā)送駐車制動(dòng)指令，EMS統(tǒng)籌分析增扭執(zhí)行策略。

各關(guān)聯(lián)組件的性能指標(biāo)如表1所示。

2.2 縱向控制

自動(dòng)泊車系統(tǒng)縱向控制的核心控制模塊是ESP，ESP會(huì)根據(jù)APA控制器指令將其轉(zhuǎn)換為駕駛員意圖扭矩信息，代替駕駛員踩油門踏板的扭矩需求。

EMS發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)正常工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生最小燃燒扭矩，包括克服內(nèi)摩擦功扭矩，以及整車電氣水路或火路綜合形成的扭矩大小，根據(jù)實(shí)時(shí)工況實(shí)時(shí)更新。ESP產(chǎn)生的虛擬意圖扭矩須大于EMS的最小燃燒扭矩，才能驅(qū)動(dòng)泊車。EMS會(huì)比較ESP扭矩和TCU怠速控制扭矩的大小，執(zhí)行策略是取較大值。

如圖2所示為自動(dòng)泊車扭矩控制策略圖，其中A代表ESP輸出扭矩，B代表TCU輸出怠速控制扭矩，如果A＞B則執(zhí)行ESP虛擬意圖扭矩；如果A＜B則執(zhí)行怠速控制扭矩+EMS最小燃燒扭矩。

圖1 自動(dòng)泊車系統(tǒng)架構(gòu)

表1 自動(dòng)泊車系統(tǒng)關(guān)聯(lián)組件主要性能指標(biāo)

取值確定后會(huì)加上怠速工作補(bǔ)償扭矩，扭矩算法包括PID比例-積分-微分補(bǔ)償差值等，以防止出現(xiàn)誤差較大的超調(diào)量。EMS也會(huì)有一個(gè)最大燃燒扭矩，泊車系統(tǒng)的扭矩和最大扭矩進(jìn)行比較，取較小值最為最終EMS控制扭矩輸出至飛輪端。

2.3 匹配8AT扭矩分析

如圖3所示為車輛輪端扭矩控制策略，圖2分析了整車EMS最終燃燒控制扭矩策略，但是飛輪端還是通過(guò)8AT變速器離合器將動(dòng)力傳遞給車輪端來(lái)確保一定扭矩供泊車工況。如圖3所示是一種反推法來(lái)深入剖析縱向控制扭矩策略。

從四輪輪端扭矩考慮，驅(qū)動(dòng)輪速達(dá)到某個(gè)值進(jìn)行估算分析，整體四輪合成的扭矩求和作為初級(jí)目標(biāo)，其傳遞到變速器端傳動(dòng)比按照Differential Ratio進(jìn)行計(jì)算，不存在100%的傳輸比，所以會(huì)產(chǎn)生一定的傳輸損耗。

圖2 自動(dòng)泊車縱向控制策略

圖3 匹配雙離合變速器的縱向控制系統(tǒng)

TCU變速器的扭矩需求來(lái)源于離合器CLUTH，他們之前需要考慮車身相應(yīng)附件扭矩，行車終極目標(biāo)扭矩，對(duì)飛輪端提出扭矩需求。在不考慮ESP虛擬扭矩的情況下，EMS將TCU對(duì)飛輪端提出的扭矩，加上最小燃燒扭矩就可以作為EMS燃燒控制扭矩。由于泊車工況車速較低，對(duì)于離合器的有效控制也是縱向控制重點(diǎn)分析技術(shù)。離合器在泊車工況的狀態(tài)有3種，分別為：鎖止，離合器和飛輪完全貼合，傳輸效率接近100%；滑膜，離合器和飛輪處于半貼合狀態(tài)，傳輸效率不足50%；脫開(kāi)，離合器和飛輪完全脫離，傳輸效率0%。綜合來(lái)說(shuō)TCU的實(shí)際扭矩輸入=飛輪端扭矩×扭矩傳輸效率，泊車車速低于正常蠕行駕駛的車速，所以離合器始終工作在滑膜狀態(tài)，實(shí)時(shí)關(guān)注主缸和輪缸壓力，做好貼合以及脫開(kāi)、滑膜的執(zhí)行工作。

2.4 橫向扭矩控制

EPS是橫向扭矩控制的關(guān)鍵核心模塊，APA控制器給EPS發(fā)出轉(zhuǎn)角指令，EPS內(nèi)部將轉(zhuǎn)角指令轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)角扭矩，EPS內(nèi)部三相異步電動(dòng)機(jī)執(zhí)行扭矩輸出工作，幫助APA系統(tǒng)將輪端旋轉(zhuǎn)至規(guī)劃的角度，并反饋當(dāng)前轉(zhuǎn)角給到APA。橫向扭矩控制要求見(jiàn)圖4、表2。

圖4 橫向扭矩控制要求

表2 橫向扭矩控制要求表

對(duì)EPS的主要技術(shù)指標(biāo)有：允許連續(xù)請(qǐng)求的轉(zhuǎn)角≤250°，請(qǐng)求轉(zhuǎn)角的變化率≤1000°/s，出現(xiàn)超速、超率、超差角或者EPS內(nèi)部故障時(shí)需要關(guān)閉EPS轉(zhuǎn)向功能。

2.5 人為干預(yù)策略

實(shí)際在自動(dòng)泊車過(guò)程中，用戶因?yàn)榉N種原因會(huì)干預(yù)車身執(zhí)行器件，如操作方向盤干預(yù)EPS橫向控制功能、踩下油門踏板干預(yù)ESP縱向控制功能、操作換擋機(jī)構(gòu)干預(yù)TCU擋位變更功能等。下面分別概述干預(yù)導(dǎo)致扭矩策略的影響。

1）用戶操作方向盤

當(dāng)用戶操作方向盤時(shí)間持續(xù)200ms，用力超過(guò)3Nm，EPS會(huì)向APA控制器反饋用戶干預(yù)泊車功能，EPS的橫向扭矩控制功能退出，APA收到EPS的干預(yù)反饋和退出信號(hào)，APA自動(dòng)泊車功能立刻剎停車輛、功能退出。

2）用戶踩下油門踏板

APA控制器對(duì)縱向增扭控制是通過(guò)ESP向EMS發(fā)送駕駛員虛擬意圖扭矩，EMS會(huì)輸出一個(gè)油門踏板被踩踏的虛擬位置。當(dāng)用戶實(shí)際踩下油門踏板，當(dāng)油門踏板轉(zhuǎn)換要求EMS的輸出扭矩＜APA功能要求的扭矩，則不響應(yīng)用戶踩油門踏板的功能。但是由于APA泊車的車速很低，對(duì)踏板位置相當(dāng)敏感，用戶踩下一定位置會(huì)超出APA虛擬扭矩意圖需求值。所以正常情況下，用戶踩下后APA會(huì)獲悉油門踏板被踩下，及時(shí)剎停車輛、功能退出。

3）用戶操作擋位

APA會(huì)通過(guò)ESP給TCU發(fā)送擋位變換請(qǐng)求，TCU根據(jù)指令換擋。但是如果用戶主動(dòng)操作擋位變更，并且和APA指令擋位不是用一個(gè)，那么TCU會(huì)反饋用戶干預(yù)了擋位，TCU即刻退出APA泊車自動(dòng)換擋功能。APA獲悉后及時(shí)剎停車輛、功能退出。

綜上幾個(gè)干預(yù)問(wèn)題說(shuō)明，APA泊車是全自動(dòng)化的規(guī)控方式，無(wú)須用戶操作任何執(zhí)行器。而當(dāng)用戶主動(dòng)干預(yù)相關(guān)執(zhí)行器時(shí)，關(guān)聯(lián)組件及時(shí)反饋干預(yù)說(shuō)明，并及時(shí)退出APA功能，保證泊車功能的安全性和魯棒性。

3 結(jié)束語(yǔ)

扭矩控制是自動(dòng)泊車功能開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵核心問(wèn)題，策略的應(yīng)用還需要實(shí)際調(diào)測(cè)和標(biāo)定過(guò)程確認(rèn)，實(shí)時(shí)微調(diào)技術(shù)方案確保泊車功能的安全性和可靠性。

本文結(jié)合實(shí)際整車開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，分析了基于8AT變速器的縱向橫向控制策略及系統(tǒng)架構(gòu)，可作為開(kāi)發(fā)此類系統(tǒng)的參考。