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原文传递转向机器人模块化设计的研究

论文题名：	转向机器人模块化设计的研究
关键词：	转向机器人;直流无刷电机;切换控制;车辆瞬态响应;操纵稳定性
摘要：	随着汽车行业的迅猛发展，汽车保有量在迅速增多，人们对车辆性能的要求不断提高。而实车试验作为检验车辆操纵稳定性等各项性能的主要手段，使得各个汽车厂商、政府车辆认证部门以及有关的消费者协会要花费大量的人力的财力进行各种车辆性能试验。虽然目前这些试验都配有集成化、智能化的试验设备、平台，但最终需要试验人员进行相关的操作。特别在车辆的操纵稳定性试验中，驾驶员具体操作行为的差异对试验结果有很大的影响，而且试验中驾驶员面临较高的劳动强度，危险事故的发生率很高。　　转向机器人是设计用于进行车辆操纵稳定性试验以及其他与车辆转向系统相关试验的机电一体化装置。在试验中，其代替驾驶员对方向盘进行操作，进而解放实验人员。同时，转向机器人输出的精确性、可重复性、可记录性不仅保证了试验的成功率，避免因人为失误导致试验地重复进行，而且利用其可定量化的输出进行与转向相关的车辆主动控制的研究以及驾驶员模型的验证。此外，转向机器人作为驾驶机器人系统中的一个必须的组成部分，在主动驾驶的研究中具有重要的意义。　　本文首先针对车辆瞬态响应试验等车辆操纵稳定性试验对转向机器人进行了需求分析，在确定设计需求后，在充分考虑功能扩展的基础上，按照模块化设计思想，将系统划分为4个相对独立的功能模块（机械本体模块、驱动控制模块、传感器模块、数据采集模块）。针对机械本体模块和驱动控制模块进行了单独设计，其中包括转向机器人机械结构、驱动控制电路等硬件的设计以及机器人控制算法的软件设计。对于部分传感器模块和数据采集模块，则结合现有的设备条件，讨论了其实现方式。　　在机械本体模块的设计中，利用三维设计软件Catia规划了对车辆原有驾乘空间影响较小的布置方案以及设计了对不同方向盘具有通用性的机械结构，并结合机械本体模块的具体形式布置转角、转矩测量。在驱动控制模块设计中，考虑不同转向速度对车辆瞬态响应试验的影响，为输出更理想的目标转角曲线，采用切换控制方法，利用Matlab/Simlink和CarSim设计和仿真验证转向机器人转角输出的控制算法。　　最终根据在Catia中完成的转向机器人机械本体模块设计方案组织加工成实物。结合驱动控制模块的硬件系统，在Codewarrior中进行控制程序设计。在转向台架上进行转向机器人的相关标定和测试，测试结果表明所设计的转向机器人基本能够满足进行车辆瞬态响应试验的要求。
作者：	杨钢
专业：	车辆工程
导师：	罗石
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文