轉(zhuǎn)向機器人模塊化設計的研究.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、智能化的試驗設備、平臺，但最終需要試驗人員進行相關(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)向機器人是設計用于進行車輛操縱穩(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行操作，進而解放實驗人員。同時，轉(zhuǎn)向機器人輸出的精確性、可重復性、可記錄性不僅保證了試驗的成功率，避免因人為失誤導致試驗地重復進行，而且利用其可定量化的輸出進行與轉(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)響應試驗等車輛操縱穩(wěn)定性試驗對轉(zhuǎn)向機器人進行了需求分析，在確定設計需求后，在充分考慮功能擴展的基礎(chǔ)上，按照模塊化設計思想，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)動控制模塊進行了單獨設計，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計以及機器人控制算法的軟件設計。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

4、備條件，討論了其實現(xiàn)方式。
　　 在機械本體模塊的設計中，利用三維設計軟件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)動控制模塊設計中，考慮不同轉(zhuǎn)向速度對車輛瞬態(tài)響應試驗的影響，為輸出更理想的目標轉(zhuǎn)角曲線，采用切換控制方法，利用Matlab/Simlink和CarSim設計和仿真驗證轉(zhuǎn)向機器人轉(zhuǎn)角輸出的控制算法。