【摘要】：隨著汽車(chē)智能化的發(fā)展,汽車(chē)的線(xiàn)控技術(shù)得到了廣泛的研究。線(xiàn)控技術(shù)(Xby-wire)源于飛機(jī)的控制系統(tǒng),該技術(shù)中取消了傳統(tǒng)的部件間的機(jī)械連接,通過(guò)線(xiàn)纜或者其他方式實(shí)現(xiàn)控制指令的傳輸。汽車(chē)的線(xiàn)控系統(tǒng)包括線(xiàn)控驅(qū)動(dòng)(Driveby-Wire)、線(xiàn)控制動(dòng)(Brake-by-Wire)、線(xiàn)控轉(zhuǎn)向(Steer-by-Wire)等。相對(duì)于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),線(xiàn)控轉(zhuǎn)向(簡(jiǎn)稱(chēng)SBW)中取消了方向盤(pán)和轉(zhuǎn)向橫拉桿的機(jī)械連接,方向盤(pán)轉(zhuǎn)角通過(guò)電信號(hào)傳遞到轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)。由于取消了轉(zhuǎn)向盤(pán)管柱,該系統(tǒng)節(jié)省了駕駛艙空間,也能避免正面碰撞時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)駕駛員的二次傷害,并且工程師可以根據(jù)需要,靈活地設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)比而不受機(jī)械連接的限制,很容易地保證車(chē)輛低速時(shí)轉(zhuǎn)向輕便型和高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性。盡管線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn),但還是存在許多問(wèn)題。比如為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,要對(duì)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)和有關(guān)算法進(jìn)行冗余設(shè)計(jì),與此同時(shí),由于取消了轉(zhuǎn)向柱的連接,路面的反饋不能通過(guò)車(chē)輪傳遞到方向盤(pán)上,使駕駛員不能獲得路面信息,也就是“路感”。本文結(jié)合項(xiàng)目“四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制機(jī)制與能量?jī)?yōu)化管理”(編號(hào):U166420018),對(duì)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向的路感模擬進(jìn)行相關(guān)研究,實(shí)現(xiàn)了路感反饋力矩的計(jì)算和算法實(shí)現(xiàn),本論文的主要內(nèi)容如下:(1)方向盤(pán)路感力矩影響因素的確立為了使路感反饋更貼近實(shí)際,本文參照傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu),分別對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的摩擦、剛度、阻尼以及慣量進(jìn)行建模。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)中,方向盤(pán)的路感反饋力矩(也就是回正力矩)主要來(lái)源于地面和輪胎接觸時(shí)產(chǎn)生的回正力矩以及系統(tǒng)的摩擦,因此文中搭建精度較高的車(chē)輛參考模型來(lái)計(jì)算輪胎的回正力矩。傳統(tǒng)車(chē)中,由于助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的存在,駕駛員只能感覺(jué)到一部分的回正力矩,為了使線(xiàn)控轉(zhuǎn)向的操控體驗(yàn)接近傳統(tǒng)車(chē),也要考慮助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響。在車(chē)輛極低速和中高速時(shí),地面和輪胎的接觸情況不同,因此方向盤(pán)反饋力矩的主導(dǎo)因素不同,本文對(duì)不同的車(chē)速情況進(jìn)行分開(kāi)討論,使搭建的路感計(jì)算模型適用于不同工況。(2)路感反饋算法的搭建和驗(yàn)證本文在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建路感反饋算法,Simulink的模塊化開(kāi)發(fā)模式以及豐富的函數(shù)庫(kù)極大地加快了算法開(kāi)發(fā)速度,并通過(guò)Simulink-CarSim聯(lián)合仿真驗(yàn)證路感算法中搭建的車(chē)輛參考模型的準(zhǔn)確性,在算法搭建完成后,和傳統(tǒng)車(chē)輛的實(shí)車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)(操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)、蛇形試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向輕便試驗(yàn)等),從而判斷線(xiàn)控轉(zhuǎn)向中的路感反饋力矩是否和傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反饋力矩吻合。(3)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向路感反饋臺(tái)架的搭建本文建立的路感反饋算法最終將應(yīng)用于課題組項(xiàng)目中四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向試驗(yàn)車(chē)上,目前已經(jīng)完成路感反饋臺(tái)架的搭建,臺(tái)架基本結(jié)構(gòu)采用40鋁型材,能夠很方便地安裝在試驗(yàn)車(chē)上。路感反饋力矩由永磁同步伺服電機(jī)配合減速器實(shí)現(xiàn),永磁同步電機(jī)中有絕對(duì)位置編碼器,可以測(cè)得方向盤(pán)實(shí)際轉(zhuǎn)角,路感算法需要的輸入信號(hào)是方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和當(dāng)前車(chē)速,因此臺(tái)架只需要從CAN總線(xiàn)中讀取車(chē)速即可產(chǎn)生反饋力矩。當(dāng)前試驗(yàn)車(chē)的整車(chē)控制器的開(kāi)發(fā)還沒(méi)有完成,因此并沒(méi)有把路感算法下載到嵌入式系統(tǒng)中,而是通過(guò)自己寫(xiě)的上位機(jī)軟件控制路感電機(jī)的力矩來(lái)模擬路感。本文的研究創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)在計(jì)算路感中需要車(chē)輛參考模型來(lái)計(jì)算車(chē)輛狀態(tài)參數(shù),如側(cè)向加速度等,CarSim中的車(chē)輛模型過(guò)于復(fù)雜,而自行車(chē)模型過(guò)于簡(jiǎn)單,因此本文搭建一個(gè)簡(jiǎn)單但較為精確的車(chē)輛參考模型。(2)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的摩擦進(jìn)行較為精細(xì)的建模,很好地模擬路感的滯回特性以及轉(zhuǎn)向梯度等特性。(3)搭建電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)模型,充分考慮助力系統(tǒng)對(duì)反饋力矩的影響。(4)在Simulink中搭建的路感算法最終整合到上位機(jī)中,通過(guò)上位機(jī)對(duì)路感電機(jī)發(fā)送控制指令,能很方便地顯示不同算法的不同控制效果,為以后整車(chē)控制器的嵌入式開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)。上位機(jī)采用C#編寫(xiě),具有很高的拓展性,比如通過(guò)接口函數(shù)連接到車(chē)輛場(chǎng)景模型中,因此,搭建的路感臺(tái)架不僅能用于線(xiàn)控轉(zhuǎn)向中,還可用于駕駛模擬器,賽車(chē)游戲VR等場(chǎng)景。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U463.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2597247