基于駕駛機(jī)器人操縱的車輛動(dòng)力性能仿真及駕駛性能研究.pdf

1、汽車駕駛機(jī)器人日益成為現(xiàn)代汽車試驗(yàn)中必不可少的自動(dòng)化裝置。駕駛機(jī)器人完全能夠替代試驗(yàn)人員完成各種長時(shí)間、高重復(fù)性的汽車試驗(yàn)，對于提高汽車試驗(yàn)的自動(dòng)化水平，降低試驗(yàn)費(fèi)用，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度具有重要的實(shí)用價(jià)值。 本文以汽車排放試驗(yàn)系統(tǒng)項(xiàng)目為背景，以基于DNC-III型駕駛機(jī)器人操縱的試驗(yàn)車輛為研究對象，以改善與提高駕駛機(jī)器人的駕駛操作性能為目的開展相關(guān)的研究工作。論文的主要研究內(nèi)容包括： (1)對汽車排放試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了室內(nèi)

2、模擬。在介紹排放試驗(yàn)系統(tǒng)的組成及相應(yīng)的工作原理的基礎(chǔ)上，通過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)行分析與比較，闡述了車輛慣性質(zhì)量與行駛阻力的模擬原理，以保證試驗(yàn)車輛在其上的動(dòng)力學(xué)特性與車輛在實(shí)際道路上的動(dòng)力學(xué)特性盡可能地保持一致。 (2)開發(fā)了車輛參數(shù)信息及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫。在車輛試驗(yàn)及車輛動(dòng)力性能仿真前，需要設(shè)定有關(guān)車輛參數(shù)，且在試驗(yàn)過程中記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此需要建立數(shù)據(jù)庫。在對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行概念設(shè)計(jì)與邏輯設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上

3、，對車輛參數(shù)設(shè)定模塊、駕駛指令表模塊及試驗(yàn)管理模塊等各功能模擬的功能與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了詳細(xì)的分析。用于車輛排放試驗(yàn)用的駕駛機(jī)器人系統(tǒng)控制軟件功能繁多，車輛試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理軟件程序是整個(gè)系統(tǒng)軟件功能模塊的一部分，但對其的開發(fā)有助于進(jìn)一步提高駕駛機(jī)器人系統(tǒng)學(xué)習(xí)速度，縮短學(xué)習(xí)時(shí)間。 (3)建立了車輛動(dòng)力性能模型。在基于駕駛機(jī)器人操縱的汽車排放性能試驗(yàn)中，需要在試驗(yàn)前快速且較準(zhǔn)確地知道發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車的動(dòng)力性能。汽車的動(dòng)力性能既可以

4、通過室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)或道路試驗(yàn)等方式獲取，又可以通過建立汽車動(dòng)力性能模型進(jìn)行仿真而獲取。由于室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)或道路試驗(yàn)等方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力而不適合基于駕駛機(jī)器人操縱的汽車排放性能試驗(yàn)，因此，需要建立汽車動(dòng)力性能模型以快速且較準(zhǔn)確地獲取試驗(yàn)汽車的動(dòng)力性能參數(shù)。這樣，既可縮短駕駛機(jī)器人的調(diào)試時(shí)間，又有利于駕駛機(jī)器人更好地操縱試驗(yàn)汽車，且能提高車速跟蹤精度及駕駛機(jī)器人的適應(yīng)速度和能力。因此，在詳細(xì)分析車輛縱向動(dòng)力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了基于烈杰爾曼經(jīng)驗(yàn)公

5、式的發(fā)動(dòng)機(jī)模型，從而建立符合汽車排放試驗(yàn)要求的車輛縱向行駛動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)仿真模型進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)特性與最高車速、加速能力等汽車動(dòng)力性指標(biāo)的仿真，并實(shí)現(xiàn)了ECE15工況的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)與排放耐久性試驗(yàn)中定義的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)的仿真。汽車動(dòng)力性指標(biāo)仿真結(jié)果表明，相關(guān)仿真數(shù)據(jù)與廠家提供的參考數(shù)據(jù)相吻合，所建立的仿真模型是實(shí)用的，具有車型適應(yīng)性強(qiáng)、模型參數(shù)量少且易獲取等特點(diǎn)。 (4)深入研究了基于駕駛機(jī)器人操縱的試驗(yàn)車輛起步特性。為了改善基于駕駛機(jī)器人

6、操縱的車輛起步過程中的車速跟蹤精度及保證起步的平順與離合器的性能，提出以車速跟蹤偏差、沖擊度、滑磨功為主的基于駕駛機(jī)器人操縱的車輛起步質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)對駕駛機(jī)器人操縱的車輛起步操作過程的分析，選取發(fā)動(dòng)機(jī)油門開度、離合器輸出軸轉(zhuǎn)速、離合器主從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速差及離合器輸出轉(zhuǎn)速變化值作為起步過程控制參數(shù)，然后確定了這些控制參數(shù)的控制規(guī)則，并提出了基于積分分離PID控制的起步離合器控制算法。試驗(yàn)結(jié)果表明：離合器接合過程中車速跟蹤偏差不超過1.5km

7、/h，最大沖擊度值為8.08m/s3，起步時(shí)間約為1.5s?；隈{駛機(jī)器人操縱的車輛起步質(zhì)量的控制策略與控制算法有助于提高起步過程中車速跟蹤精度，且起步平順，離合器滑磨少。 (5)深入研究了基于駕駛機(jī)器人操縱的試驗(yàn)車輛換擋特性。為了改善基于駕駛機(jī)器人的車輛換擋過程中的車速跟蹤精度與換擋品質(zhì)，根據(jù)駕駛機(jī)器人的換擋要求，提出了基于車速跟蹤偏羞、換擋時(shí)間、沖擊度等方面的換擋質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，然后對換擋控制策略進(jìn)行研究，確立了換擋時(shí)序，提出

8、了換擋過程中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略與離合器接合控制策略，最后給出了實(shí)車換擋試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明，換擋過程中車速損失低于1.2km/h，換擋時(shí)間控制在1-1.7s之間，沖擊度不超過5.07m/s3。所提出的基于駕駛機(jī)器人換擋操作的換擋控制策略是合理且有效的。 論文在車輛試驗(yàn)系統(tǒng)的室內(nèi)模擬、車輛參數(shù)信息的獲取、車輛動(dòng)力性建模、駕駛機(jī)器人起步與換擋等駕駛操作方面進(jìn)行的研究，為改善駕駛機(jī)器人車輛性能學(xué)習(xí)能力與提高學(xué)習(xí)速度，及提高試驗(yàn)前調(diào)試速