轉(zhuǎn)向機器人模塊化設(shè)計的研究.pdf

1、隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車保有量在迅速增多，人們對車輛性能的要求不斷提高。而實車試驗作為檢驗車輛操縱穩(wěn)定性等各項性能的主要手段，使得各個汽車廠商、政府車輛認(rèn)證部門以及有關(guān)的消費者協(xié)會要花費大量的人力的財力進(jìn)行各種車輛性能試驗。雖然目前這些試驗都配有集成化、智能化的試驗設(shè)備、平臺，但最終需要試驗人員進(jìn)行相關(guān)的操作。特別在車輛的操縱穩(wěn)定性試驗中，駕駛員具體操作行為的差異對試驗結(jié)果有很大的影響，而且試驗中駕駛員面臨較高的勞動強度，危險事故的

2、發(fā)生率很高。
　　 轉(zhuǎn)向機器人是設(shè)計用于進(jìn)行車輛操縱穩(wěn)定性試驗以及其他與車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)試驗的機電一體化裝置。在試驗中，其代替駕駛員對方向盤進(jìn)行操作，進(jìn)而解放實驗人員。同時，轉(zhuǎn)向機器人輸出的精確性、可重復(fù)性、可記錄性不僅保證了試驗的成功率，避免因人為失誤導(dǎo)致試驗地重復(fù)進(jìn)行，而且利用其可定量化的輸出進(jìn)行與轉(zhuǎn)向相關(guān)的車輛主動控制的研究以及駕駛員模型的驗證。此外，轉(zhuǎn)向機器人作為駕駛機器人系統(tǒng)中的一個必須的組成部分，在主動駕駛的研究中具

3、有重要的意義。
　　 本文首先針對車輛瞬態(tài)響應(yīng)試驗等車輛操縱穩(wěn)定性試驗對轉(zhuǎn)向機器人進(jìn)行了需求分析，在確定設(shè)計需求后，在充分考慮功能擴展的基礎(chǔ)上，按照模塊化設(shè)計思想，將系統(tǒng)劃分為4個相對獨立的功能模塊（機械本體模塊、驅(qū)動控制模塊、傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊）。針對機械本體模塊和驅(qū)動控制模塊進(jìn)行了單獨設(shè)計，其中包括轉(zhuǎn)向機器人機械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動控制電路等硬件的設(shè)計以及機器人控制算法的軟件設(shè)計。對于部分傳感器模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，則結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)

4、備條件，討論了其實現(xiàn)方式。
　　 在機械本體模塊的設(shè)計中，利用三維設(shè)計軟件Catia規(guī)劃了對車輛原有駕乘空間影響較小的布置方案以及設(shè)計了對不同方向盤具有通用性的機械結(jié)構(gòu)，并結(jié)合機械本體模塊的具體形式布置轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩測量。在驅(qū)動控制模塊設(shè)計中，考慮不同轉(zhuǎn)向速度對車輛瞬態(tài)響應(yīng)試驗的影響，為輸出更理想的目標(biāo)轉(zhuǎn)角曲線，采用切換控制方法，利用Matlab/Simlink和CarSim設(shè)計和仿真驗證轉(zhuǎn)向機器人轉(zhuǎn)角輸出的控制算法。