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车辆自动驾驶的线控EPS系统研究
| 论文题名： | 车辆自动驾驶的线控EPS系统研究 |
| 关键词： | 车辆自动驾驶;线控EPS系统;自动转向控制;转向模式切换 |
| 摘要： | 无人驾驶汽车行业掀起了新一轮的工业技术浪潮，以线控化为核心的自动驾驶技术正从根本上影响着汽车工业和公共交通，它涵盖了环境感知、人工智能与控制决策等多种功能。其中，作为自动驾驶底层控制之一的线控转向是实现主动安全功能与驾驶路径跟踪必要的关键技术，其控制决策能力关乎车辆的行驶安全。本文以电动助力转向（ElectricPowerSteering，EPS）平台为设计依托，开展对于车辆线控转向的研究，以期获得满足自动驾驶功能的线控转向控制器。本文得到国家重点研发项目“全息交通状态重构与车辆群体协同控制测试验证（NO.SQ2018YFB16003105）”的资助。 本文以管柱式电动助力转向系统（ColumnElectricPowerSteering，C-EPS）作为研究基础，针对线控EPS系统建立数学模型，进而对系统关键件参数计算选型，转向执行电机的控制策略，驾驶模式切换等关键技术进行研究，设计研发了一种车辆自动驾驶的线控EPS系统，对于车辆自动驾驶功能的实现有巨大的理论意义和实际应用价值。 在研究车辆自动驾驶的线控EPS系统的过程中，主要完成了以下工作。本文首先在分析不同类型电动助力转向系统的基础上，选择C-EPS作为转向执行机构，对线控转向系统的硬件控制芯片、转向执行电机和扭矩传感器等进行设计和选型，使用Xilinx公司的ZYNQ-7020芯片作为控制器芯片，该芯片将中央处理器（CentralProcessingUnit，CPU）与现场可编程逻辑门阵列（FieldProgrammableGateArray，FPGA）集于一体，是一种全新异构平台。其次，依据车辆线控转向的原理，设计转向助力特性曲线，并针对自动转向功能设计了“三闭环”模糊控制器。通过MATLAB/Simulink进行仿真实验并搭建空载实验台对设计的控制器进行验证。随后，本文还对驾驶模式切换进行了研究，利用扩张观测器估算驾驶员手力矩，增加转向模式过渡单元，解决了模式切换过程中的系统准确感知驾驶员干预问题和操纵的平滑性及安全性等问题。最后，对于线控EPS系统的自动转向功能进行仿真实验和台架实验，对自动转向系统的转角跟随功能进行设计验证。实验数据表明，本文设计的线控EPS转向系统可以实现对于自动转向驾驶的控制以及转向模式切换的功能，系统具有良好的转角跟随效果，在转向模式切换时有良好的快速性和平滑性，具有较强的实际应用价值。 |
| 作者： | 万奕琨 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 胡欣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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