关于无人车前轮找正的方法

王浩帆 昝鹭鸶 杨子薇 徐怡佳

摘 要： 现在，无人车的应用已经非常广泛，比如军事领域、服务领域、教学等领域。无人车可以视作一个平台，在无人车上加装不同的装置，实现不同的功能。无人车的型式也多种多样，例如轮式，履带式等，其中轮式无人车的种类也很多，有单电机驱动无人车、双电机驱动无人车以及多电机驱动无人车。双电机驱动无人车的特点是后轮（前轮）上各有一个电机，当两个电机转速相同时，无人车直行，当两电机转速不同时，无人车左转或是右转。多电机驱动无人车的特点是每个轮子上都有一个电机。单电机无人车的特点是后轮驱动，后桥总成上带有机械差速器。前轮可以摆动。当前轮摆动时，使无人车具有转向的趋势，同时地面对后桥两侧的驱动轮施加大小不同的力，在差速器的作用下，使两驱动轮的转速不同，实现车的转向。对于单电机驱动的无人车的前轮找正是一个关键，它直接影响着单电机驱动无人车行驶的性能。

关键词：无人车、前轮找正

对于单电机驱动无人车的前轮找正的方法大体上分为两种：一种是人工辅助找正；另一种是无人车上电时自动找正。对于人工辅助找正是指在整车装配之后通过人工调整转向横拉杆的位置来调节前轮的位置，直至前轮找正。这种方式比较简单，也较容易实现，但是这种前轮找正的方式的找正精度较低。

单电机驱动无人车在前轮转向的控制一般采用的是半闭环控制。这种方式的特点是在转向动力源即用于转向的电机（此后统称转向电机）的输出轴上加装一个编码器，要求编码器的输入轴与电机的输出轴同轴装配。这个编码器的作用就是向无人车主控板反馈转向电机转动角度，通过特定的几何关系计算出前轮的转角，再与前轮应转的理论角度进行比较，然后驱动转向电机，使前轮转角逼近与理论值。基于前轮转向的控制机制，现在产生了一种新的前轮找正方式即无人车上电时前轮自动找正方式。对于单电机驱动无人车的转向电机的转角是有一个极限值的，而这个电机转角区域一般对于前轮找正位置对称。这也在另一方面体现了前轮找正的重要性。在这两个极限位置上我们可以加装两个限位开关。并且在转向电机的输出轴上固连一个摆臂，这个摆臂随电机的输出轴一起转动。并且这个摆臂的长度要大于限位开关触电距离转轴中心的距离，目的是保证加装在电机输出轴的这个摆臂可以接触到限位开关的触电。这样单电机驱动无人车前轮自动找正的硬件设施已经设置完全。单电机驱动无人车上电时前轮自动找正方式的具体实施方式如下：在上电时，前轮转向电机向一个方向转动（因为在装配时，上述摆臂一定处于两个限位开关的中间区域，所以不用担心前轮转角超过极限值），当触碰到其中一个限位开关时，编码器记住现在的角度，然后转向电机反转，摆臂也随之反转，直至接触到另一个限位开关，并且记住此时编码器的输出值，通过数学关系，就可以得知转向电机的转角范围。然后在转此角度的一半，这样就实现了前轮自动找正。这种方式的特点是前轮找正的精度较高，但是成本较高，程序也较复杂。单电机驱动无人车前轮上电自动找正的精度主要受左右限位开关的位置精度影响，即机加工精度影响。虽然机加工精度越高，找正的精度越高，但是成本也会越高，所以以提高机加工精度来提高前轮找正精度的方法并不常用。一般为了降低成本，一般采取中等机加工精度，然后再加上后期的调试，保证前轮的找正精度。所谓的后期调试是指在整车装配好之后，先默认在得知转角之后，转向电机在转该角度的一半，然后上路测试，若车走的是斜线，则根据车偏离的方向，调整转向电机转角值，即转向电机在找正工作最后的转角不一定是或者说大都不是转角范围的一半，而是根据实际情况调整之后的值。在单电机驱动无人车前轮自动找正方式中应用到的限位开关除了参与测量转角范围的作用下，还有保护转向电机的作用。上文提到转向电机是有一个转角范围的，超过这个范围就会造成转向电机堵转，影响电机的寿命，而限位开关就放在极限位置上，只要转到极限位置，通过算法就可以让转向电机停下来，实现对转向电机的保护。

综上，现在无人车前轮找正的方法有很多，但是具体采用哪种方法，还要根据具体情况来选用，不一定精度越高越好。

参考文献：

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