汽車排放耐久性試驗(yàn)用駕駛機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及性能評價研究.pdf

1、汽車排放耐久性試驗(yàn)是國家法規(guī)規(guī)定的新車準(zhǔn)許生產(chǎn)的強(qiáng)制性試驗(yàn)之一。采用駕駛機(jī)器人代替人類駕駛在底盤測功機(jī)上進(jìn)行排放耐久性試驗(yàn)，可以使試驗(yàn)不受場地、天氣和人為因素的影響，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的客觀性、準(zhǔn)確性和重復(fù)性也大大提高，對于提高我國汽車試驗(yàn)的水平和保證排放法規(guī)的順利實(shí)施具有重要意義。
　　 本文以汽車排放耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)項(xiàng)目為背景，以改善與提高駕駛機(jī)器人的駕駛性能和車速跟蹤精度為目的，理論與實(shí)踐相結(jié)合，在駕駛機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制算法和性能

2、評價方面開展相關(guān)的研究工作。本論文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　 (1)對底盤測功機(jī)道路模擬技術(shù)進(jìn)行了研究。本論文對汽車在平直道路上的受力情況與在底盤測功機(jī)上的受力情況進(jìn)行了分析與比較，得到底盤測功機(jī)慣量模擬與行駛阻力模擬的控制模型，以保證試驗(yàn)車輛在其上的動力學(xué)特性與車輛在實(shí)際道路上的動力學(xué)特性盡可能地保持一致。介紹了底盤測功機(jī)的結(jié)構(gòu)以及狀態(tài)機(jī)模型。最后本論文詳細(xì)介紹了道路阻力滑行迭代算法，并通過實(shí)車試驗(yàn)對算法進(jìn)行驗(yàn)證，

3、試驗(yàn)結(jié)果表明該算法可以快速將目標(biāo)阻力分解成車輛驅(qū)動輪的寄生阻力和底盤測功機(jī)的模擬阻力，同時具有快速收斂性。
　　 (2)對駕駛機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究。首先介紹了駕駛機(jī)器人對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求，介紹了駕駛機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動方式的選擇。設(shè)計了駕駛機(jī)器人換擋機(jī)械手和機(jī)械腿的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以保證在緊急情況下油門機(jī)械腿能自動收回、離合器機(jī)械腿處于離合狀態(tài)。根據(jù)換擋機(jī)械手簡圖，建立了換擋機(jī)械手運(yùn)動學(xué)方程，將七連桿優(yōu)化問題分解成選檔方向和掛

4、檔方向兩個四連桿的優(yōu)化問題。采用復(fù)合形法對機(jī)械手桿件幾何尺寸進(jìn)行優(yōu)化，詳細(xì)介紹了復(fù)合形優(yōu)化算法，并對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明耦合誤差在設(shè)計范圍之內(nèi)。
　　 (3)對駕駛機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。簡要介紹了硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成，詳細(xì)闡述了軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)算法。提出了基于分層遞階模型的控制軟件架構(gòu)，將駕駛機(jī)器人軟件分為傳感器接口層、規(guī)劃控制層、用戶接口層、車輛接口層和系統(tǒng)平臺層五層結(jié)構(gòu)，并對層的功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。滿足高

5、實(shí)時性、魯棒性、復(fù)用性、開放性和維護(hù)性的要求。為了駕駛機(jī)器人能夠快速適應(yīng)不同車型的車輛，開發(fā)了示教學(xué)習(xí)算法，通過試驗(yàn)操作人員于把手示教車輛機(jī)械幾何尺寸，自動學(xué)習(xí)離合器結(jié)合區(qū)的位置、發(fā)動機(jī)加速性能和怠速制動性能以及制動器制動性能。針對起步和加速換擋過程中沖擊小的要求，設(shè)計了油門離合協(xié)調(diào)控制器。為了提高車速跟蹤精度并降低油門的“扇動”，設(shè)計了模糊自適應(yīng)PID控制器，試驗(yàn)結(jié)果表明，能有效克服常規(guī)PID控制方法存在的車速波動大、調(diào)節(jié)器參數(shù)難以整

6、定等問題。對減速工況，設(shè)計了油門制動控制器協(xié)調(diào)控制器，對切換規(guī)則和底盤測功機(jī)輔助制動算法進(jìn)行了研究，可以有效降低對驅(qū)動輪制動器的磨損。
　　 (4)深入研究了駕駛機(jī)器人的駕駛性能評價方法。首先提出了駕駛機(jī)器人重復(fù)性和再現(xiàn)性的定義及其數(shù)據(jù)處理方法，然后從駕駛動作和駕駛性能兩個方面，引入了車速跟蹤精度、油門操作重復(fù)性等各個技術(shù)指標(biāo)。引入雷達(dá)圖綜合評價方法，從車速跟蹤精度、車速重復(fù)性、油門重復(fù)性、油門平穩(wěn)性、駕駛沖擊度和里程偏差六個方

7、面對駕駛機(jī)器人性能進(jìn)行綜合定量評價，并與人類駕駛員駕駛性能進(jìn)行比較，試驗(yàn)結(jié)果表明，駕駛機(jī)器人具有更高的重復(fù)性和駕駛性能。最后介紹了換檔機(jī)械手在變速器換擋性能試驗(yàn)臺上的應(yīng)用，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。
　　 本文中具有創(chuàng)新性的研究工作概括如下：
　　 (1)針對駕駛機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一種基于分層遞階模型的控制軟件架構(gòu)，滿足了高實(shí)時性、魯棒性、復(fù)用性、開放性和維護(hù)性的要求；
　　 (2)分析了

8、車輛實(shí)際道路上和底盤測功機(jī)上運(yùn)動的動力學(xué)方程，采用了一種滑行迭代控制算法，可快速將道路目標(biāo)阻力分解成車輛驅(qū)動輪部分的寄生阻力和底盤測功機(jī)的模擬阻力；
　　 (3)提出了一種基于模糊自適應(yīng)PID算法的車速穩(wěn)速跟蹤控制器，克服了常規(guī)PID控制方法存在的車速波動大、調(diào)節(jié)器參數(shù)難以整定等問題；
　　 (4)為了協(xié)調(diào)底盤測功機(jī)控制系統(tǒng)輔助制動，開發(fā)了油門制動控制器協(xié)調(diào)控制器，有效降低了試驗(yàn)車輛驅(qū)動輪制動器的磨損；
　　 (