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面向自动驾驶汽车的新型转向系统设计与研究
| 论文题名： | 面向自动驾驶汽车的新型转向系统设计与研究 |
| 关键词： | 自动驾驶;线控转向系统;驾驶员接管模式;永磁离合器;模糊自整定PI控制 |
| 摘要： | 随着汽车智能化水平的不断提升，自动驾驶汽车转向系统的功能安全也愈加完善，线控转向系统作为自动驾驶汽车中的重要执行部件，既要满足自动驾驶的功能需求，也要保证转向系统的安全冗余。由于当前法规要求和技术成熟度等方面的原因，L4以上级别的高度自动驾驶在短期内很难实现，机器还无法完全代替驾驶员操控车辆，因此面向自动驾驶汽车的线控转向系统必须具备驾驶员接管功能，实现人机共驾。 虽然线控转向系统具有理想的传动比和驾驶路感，但是线控转向系统往往需要叠加硬件来保证系统的安全冗余性，即便如此，英菲尼迪Q50所搭载的线控转向系统仍旧在保留了转向柱的同时，又嵌入了电磁离合器来实现机械转向功能，为转向系统提供了最后的安全保障。基于该产品的启发，本文探索性的提出了一款面向自动驾驶汽车的新型线控转向系统，在转向柱上嵌入永磁离合器，通过对永磁离合器的控制调节传递的路感力矩，实现转向系统的方向盘静默和过载保护等功能，并在使用更少硬件的同时实现转向系统的安全冗余功能。本文对新型线控转向系统开展的研究内容，具体如下： （1）对新型线控转向系统进行了结构设计和功能分析，在此基础上设计了能够实现特定功能的永磁离合器，分别从永磁离合器工作原理、数学模型和仿真分析等角度进行研究，最终确定所采用离合器的形状尺寸。 （2）对新型线控转向系统进行数学模型的建立，其中包括车辆模型、轮胎模型和转向助力模型等；重点分析了驾驶员接管模式的路感特性。 （3）利用搭建的新型线控转向系统数学模型对自动驾驶模式、驾驶员接管模式和其他功能的控制策略进行设计研究，其中使用三闭环矢量控制的方法对永磁同步电机进行控制，并运用模糊自整定PI控制方法来提高电机的控制精度。 （4）采用联合仿真的方法，通过PreScan设置典型工况，对本文提出的新型线控转向系统所涉及的功能进行验证，仿真结果表明了该新型线控转向系统模型的合理性和策略的可行性。 |
| 作者： | 姜利民 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 姬鹏;郭渊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河北工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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