本田節(jié)能競技賽車轉(zhuǎn)向及傳動系統(tǒng)設(shè)計【說明書+CAD+CATIA】

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NAM 摘要 本文提出了一種新型無傳感器轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩控制方法，適用于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒有任何機(jī)械連接來連接方向盤和齒條和小齒輪模塊。代替機(jī)械裝置，每側(cè)使用兩個電動馬達(dá)。一個電動機(jī)連接到方向盤，另一個安裝在齒條和小齒輪上。方向盤上的電機(jī)作為轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩和來自道路的負(fù)載扭矩之間的輸送機(jī)起作用。在本文中，我們關(guān)注基于阻抗控制的與轉(zhuǎn)向感相關(guān)的運(yùn)動控制。因此，本工作中不考慮齒條齒輪的型號。 在大多數(shù)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，使用扭矩傳感器來設(shè)置對駕駛員轉(zhuǎn)向感覺的阻抗影響。在本文中，我們提出了一種不使用任何扭矩傳感器的新型轉(zhuǎn)向控制方法。提出的方法的有效性由實驗結(jié)果證實。 關(guān)鍵詞：無傳感器力控制；擾動觀測器；線控轉(zhuǎn)向；阻抗控制 1.介紹 自從汽車成為流行的交通工具,開發(fā)了車輛系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)。車輛系統(tǒng)有很多部分組成的機(jī)械連接。因為車輛系統(tǒng)近年來變得更加復(fù)雜,增加了部分占用的空間。增加空間,前面的車輛上的重量和體積也增加。它會影響車輛的加速度和加速度克服這種負(fù)面影響,發(fā)動機(jī)也大。一種新技術(shù)叫做X-by-wire被廣泛研究克服這種惡性循環(huán)。X-by-wire系統(tǒng)應(yīng)用于剎車和引導(dǎo)車。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是與司機(jī)和車輛的一部分，已經(jīng)漸漸影響司機(jī)的安全了。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)是根據(jù)操作方法分類。第一類是傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這種類型的優(yōu)勢,司機(jī)的轉(zhuǎn)向感覺很好,但它需要一個大操舵力。第二種類型是液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(黃,2001)。它使用更少的轉(zhuǎn)向力比較傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。然而,它有一個可憐的燃油效率因為油泵液壓系統(tǒng)需求。第三個方法是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(楊,2015;張成澤et al .,2016)。使用電力的系統(tǒng)可以做到比液壓系統(tǒng)更加靈活的控制。燃油效率也會增加。第四個是一個steer-by-wire系統(tǒng)(吳et al .,2016)。近年來它已經(jīng)被研究。 steer-by-wire系統(tǒng)由兩個電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)向柱設(shè)備連接齒條和小齒輪的方向盤。這部小說系統(tǒng)有幾個優(yōu)點(diǎn)。首先是節(jié)省空間和成本。由于零件的重量減少,影響燃油效率和生產(chǎn)成本。第二個是安全，轉(zhuǎn)向柱伸出它可以保護(hù)司機(jī)的安全，當(dāng)?shù)能囕v發(fā)生事故時。 轉(zhuǎn)向柱不可用,是不容易的模擬轉(zhuǎn)向感覺的,傳統(tǒng)的系統(tǒng)。根據(jù)先前的研究,主要功能steer-by-wire系統(tǒng)被定義為一些點(diǎn)(Parmar和約翰,2004年,上海一中院2006;Yih格迪斯;2004;Amberkar et al .,2004)。第一個是方向控制。它是汽車的一個基本要求條件穩(wěn)定沒有抵消和之間的時間延遲電機(jī)與方向盤上部和底部電機(jī)在齒條和小齒輪。第二個是恢復(fù)能力。方向盤和車輛應(yīng)該回到原來的位置沒有人類的力量。由于系統(tǒng)沒有物理連接的轉(zhuǎn)向柱,它需要實現(xiàn)恢復(fù)力。第三是可變轉(zhuǎn)向的感覺。提供的轉(zhuǎn)向手感等駕駛條件的轉(zhuǎn)彎力和車輛速度?？紤]駕駛環(huán)境,道路條件是一種估計方法研究(Bajcinca et al .,2006)。機(jī)動車輛的運(yùn)動控制使用自適應(yīng)估計方法(埃姆雷et al .,2010)。研究對司機(jī)的轉(zhuǎn)向感覺找到一個影響因素研究(山口和村上,2009)。 在本文中,我們專注于問題轉(zhuǎn)向感覺沒有扭矩傳感器基于阻抗控制?；谀Ｐ托畔⒌膫鞲衅鞑环椒ū粡V泛使用,因為傳感器的弱點(diǎn)的影響,傳感器的昂貴價格(村上et al .,1993;小笠原群島和船長,1991;日本田島Hori,1993)。讓司機(jī)的轉(zhuǎn)向扭矩實時信息,使用基于擾動觀測器技術(shù)系統(tǒng)模型。此外,使用一個阻抗控制技術(shù)在一些機(jī)電一體化領(lǐng)域需要與人類和設(shè)備交互。特別是,它用于機(jī)器人(榮格et al .,2004;Ikeura Inooka,1995)和恢復(fù)應(yīng)用程序(楊et al .,2006)。用于通過使用阻抗控制駕駛舒適的感覺。 本文由五個部分組成。轉(zhuǎn)向動態(tài)模型和模型識別實驗第二部分所示。一個力矩傳感器不轉(zhuǎn)向控制方法提出了第三節(jié),其控制性能實驗結(jié)果證實了在第四節(jié)。結(jié)論在第五節(jié)總結(jié)。 2系統(tǒng)建模 在本節(jié)中,一個方向盤steer-by-wire系統(tǒng)的動態(tài)模型。steer-by-wire系統(tǒng)如圖1所示。與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)向列,steer-by-wire系統(tǒng)有兩個馬達(dá)連接和控制每一個部分由方向盤和齒條和小齒輪。一般轉(zhuǎn)向系統(tǒng),如電動助力轉(zhuǎn)向控制器收集一些信息,包括車輛速度,轉(zhuǎn)向扭矩、和轉(zhuǎn)向角傳感器。系統(tǒng)是根據(jù)輸入的命令生成的控制器。底部電機(jī)相連齒條和小齒輪需要交付負(fù)載擾動的司機(jī)。同時,電機(jī)底部是必要的控制車輛的運(yùn)動,我們想要的。上面的汽車方向盤之間充當(dāng)一個耦合器負(fù)載感覺和司機(jī)。此外,它的功能作為輔助力量馬達(dá)。本文側(cè)重于從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輪上汽車。 2.1動態(tài)模型 一個交互式steer-by-wire系統(tǒng)的模塊在圖2中描述。它可以建模為一個two-inertia系統(tǒng)之間的方向盤,方向盤電動機(jī)通過轉(zhuǎn)向軸連接。建模的兩個-慣性系統(tǒng)已經(jīng)在一些紙(Zhang和學(xué)習(xí)Furusho,2000;Yun et al .,2013)。根據(jù)論文,方向盤的動態(tài)方程表示為。 如果一個司機(jī)的轉(zhuǎn)向力矩應(yīng)用于指導(dǎo)輪,方向盤一個慣性矩摩擦系數(shù)在一定的轉(zhuǎn)向角。轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向軸產(chǎn)生反應(yīng)。反應(yīng)力矩作用在轉(zhuǎn)向軸表示為。 反應(yīng)轉(zhuǎn)矩是阻尼系數(shù)的轉(zhuǎn)向軸。方向盤電動機(jī)的動態(tài)方程表示為。 方程(3)是由轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)矩,電動機(jī)系統(tǒng),轉(zhuǎn)向軸的反作用力和摩擦力。摩擦力是一個典型的非線性因素作用相反的方向轉(zhuǎn)向電動機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向軸的反作用力。盡量減少摩擦的影響,介紹了摩擦模型和補(bǔ)償器在2.2節(jié)。通過拉普拉斯變換,方程(1)~(3)表示為。 框圖基于方程(4)~(6)呈現(xiàn)在圖3中。在此系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)向電機(jī)扭矩和司機(jī)的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩輸入。的角度方向盤電動機(jī)可以直接測量。但是一個轉(zhuǎn)向角不是用這個系統(tǒng)。轉(zhuǎn)移函數(shù)從方向盤電機(jī)轉(zhuǎn)矩的電機(jī)角表示為 2.2摩擦模型 方程(3),即轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)方程輪電機(jī),包括一個摩擦力阻礙運(yùn)動的發(fā)動機(jī)。摩擦力是一個典型的非線性因素。由于摩擦,一個系統(tǒng)不移動一個小轉(zhuǎn)矩輸入。一般來說,摩擦分為三種類型:靜態(tài)的摩擦,庫侖摩擦和粘性摩擦。靜態(tài)摩擦是一個根據(jù)表面阻力的邊緣移動。庫侖摩擦阻力阻止移動對象。粘滯摩擦是由流體引起的。在這個系統(tǒng),我們只是考慮的影響靜態(tài)摩擦和庫侖摩擦。方程的摩擦模型表示如下, 方程(9)目前摩擦方程,系統(tǒng)開始移動,方程(10)摩擦方程而系統(tǒng)是移動。方程由變量因素。使用速度系數(shù)的近似靜態(tài)和庫侖摩擦之間的過渡。速度閾值確定邊坡從零到靜態(tài)摩擦。過小的值速度閾值導(dǎo)致喋喋不休接近零速度。發(fā)現(xiàn)參數(shù)值方程(9)和(10),在不同的操作條件下進(jìn)行了實驗。通過逐漸增加一個輸入的力在停止?fàn)顟B(tài),我們檢查了力瞬間移動。當(dāng)系統(tǒng)移動,我們檢查了力量阻止即時通過減少輸入的力。通過這些實驗,我們第一個檢查力定義靜態(tài)摩擦和第二個檢查力是庫侖摩擦,分別。參數(shù)值的方程(9)和(10)f = 0.8636、Fs = 0.5397(Nm)的正方向和Fs =?0.7556,Fc =?0.4858(Nm)負(fù)方向。摩擦模型如圖4所示。使用這種摩擦模型中,摩擦補(bǔ)償器設(shè)計為方向盤電機(jī)的速度的函數(shù)。摩擦補(bǔ)償器的性能如圖5所示。虛線代表的摩擦補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果。它指出,速度和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系變得幾乎線性的。摩擦的效果卻降低了采用摩擦補(bǔ)償器 2.3模型辨識 在本節(jié)中,提出了模式識別的實驗結(jié)果來識別動態(tài)模型。我們注入了線性調(diào)頻信號頻率范圍從低到高,方向盤的汽車和測量角速度的汽車在同一時間。注入的線性調(diào)頻信號的扭矩信號表示為一個電壓在以上結(jié)果。單位轉(zhuǎn)換常數(shù)電壓和轉(zhuǎn)矩是0.239 N·m /伏特。結(jié)果如圖6所示。實線代表響應(yīng)在低輸入激勵和虛線代表了高輸入激勵的響應(yīng),分別。從圖6中,我們可以看到,系統(tǒng)有一個并聯(lián)諧振點(diǎn)大約12赫茲和一個諧振點(diǎn)16赫茲。從這個結(jié)果和方程(7),同時,它是指出,傳遞函數(shù)的分母,零,由兩個虛構(gòu)的根源。傳遞函數(shù)的提名者,桿,由0,一個真正的根,和兩個虛構(gòu)的根源。 之前的另一個實驗?zāi)Ｐ妥R別測試應(yīng)用摩擦補(bǔ)償器如圖7所示。非線性因素在低頻范圍和大小的差異也發(fā)現(xiàn)在諧振點(diǎn)相比圖6。 為了定義名義模型,我們需要關(guān)注一個頻率范圍。我們假定一個人駕駛一輛可以操作方向盤下5赫茲在實際駕駛情況。在這個合理的假設(shè)下,我們可以忽略名義模型的高頻振動。名義模型,我們設(shè)計了一個二階系統(tǒng)下5赫茲,陰影區(qū)域在圖6所示。參數(shù)值在標(biāo)稱系統(tǒng)分別得到約J= 0.0173公斤·m2和Bn = 0.2173 m·N·秒/ rad。 3.轉(zhuǎn)矩傳感器不阻抗控制設(shè)計 提出了轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖8所示。它由四個部分組成:(a)在2.2節(jié)介紹的摩擦補(bǔ)償器,(b)是擾動觀測器。(a)和(b)有助于使可預(yù)見的線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)還用于估計干擾,(c)是阻抗模型做一個舒適的交互式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過控制數(shù)量的協(xié)助,(d)的反饋和前饋控制器。 3.1擾動觀測器 提出了一種擾動觀測器的一般框架如圖9所示。它是由一個逆名義模型和一個一階低通濾波器稱為問過濾器。兩個傳輸函數(shù)相關(guān)的控制性能分析。 自從問過濾器是一個低通濾波器,我們可以假設(shè)過濾輸出幾乎是一個當(dāng)擾動頻率范圍是低于截止頻率。也就是說,如果擾動的頻率范圍是以下問濾波器帶寬。 附錄2：外文原文