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原文传递基于驾驶机器人操纵的车辆动力性能仿真及驾驶性能研究

论文题名：	基于驾驶机器人操纵的车辆动力性能仿真及驾驶性能研究
关键词：	驾驶机器人;驾驶性能;车辆动力性能
摘要：	汽车驾驶机器人日益成为现代汽车试验中必不可少的自动化装置。驾驶机器人完全能够替代试验人员完成各种长时间、高重复性的汽车试验，对于提高汽车试验的自动化水平，降低试验费用，提高试验结果的准确度具有重要的实用价值。本文以汽车排放试验系统项目为背景，以基于DNC-III型驾驶机器人操纵的试验车辆为研究对象，以改善与提高驾驶机器人的驾驶操作性能为目的开展相关的研究工作。论文的主要研究内容包括： (1)对汽车排放试验系统进行了室内模拟。在介绍排放试验系统的组成及相应的工作原理的基础上，通过对汽车在平直道路上的受力情况与在底盘测功机上的受力情况进行分析与比较，阐述了车辆惯性质量与行驶阻力的模拟原理，以保证试验车辆在其上的动力学特性与车辆在实际道路上的动力学特性尽可能地保持一致。 (2)开发了车辆参数信息及实验数据库。在车辆试验及车辆动力性能仿真前，需要设定有关车辆参数，且在试验过程中记录实验数据，因此需要建立数据库。在对数据库进行概念设计与逻辑设计的基础上，对车辆参数设定模块、驾驶指令表模块及试验管理模块等各功能模拟的功能与设计要求进行了详细的分析。用于车辆排放试验用的驾驶机器人系统控制软件功能繁多，车辆试验参数设定及实验数据管理软件程序是整个系统软件功能模块的一部分，但对其的开发有助于进一步提高驾驶机器人系统学习速度，缩短学习时间。 (3)建立了车辆动力性能模型。在基于驾驶机器人操纵的汽车排放性能试验中，需要在试验前快速且较准确地知道发动机及汽车的动力性能。汽车的动力性能既可以通过室内台架试验或道路试验等方式获取，又可以通过建立汽车动力性能模型进行仿真而获取。由于室内台架试验或道路试验等方式费时费力而不适合基于驾驶机器人操纵的汽车排放性能试验，因此，需要建立汽车动力性能模型以快速且较准确地获取试验汽车的动力性能参数。这样，既可缩短驾驶机器人的调试时间，又有利于驾驶机器人更好地操纵试验汽车，且能提高车速跟踪精度及驾驶机器人的适应速度和能力。因此，在详细分析车辆纵向动力学特性的基础上，重点分析了基于烈杰尔曼经验公式的发动机模型，从而建立符合汽车排放试验要求的车辆纵向行驶动力学模型。根据仿真模型进行了发动机特性与最高车速、加速能力等汽车动力性指标的仿真，并实现了ECE15工况的运转循环与排放耐久性试验中定义的运转循环的仿真。汽车动力性指标仿真结果表明，相关仿真数据与厂家提供的参考数据相吻合，所建立的仿真模型是实用的，具有车型适应性强、模型参数量少且易获取等特点。 (4)深入研究了基于驾驶机器人操纵的试验车辆起步特性。为了改善基于驾驶机器人操纵的车辆起步过程中的车速跟踪精度及保证起步的平顺与离合器的性能，提出以车速跟踪偏差、冲击度、滑磨功为主的基于驾驶机器人操纵的车辆起步质量评价指标。根据对驾驶机器人操纵的车辆起步操作过程的分析，选取发动机油门开度、离合器输出轴转速、离合器主从动轴转速差及离合器输出转速变化值作为起步过程控制参数，然后确定了这些控制参数的控制规则，并提出了基于积分分离PID控制的起步离合器控制算法。试验结果表明：离合器接合过程中车速跟踪偏差不超过1.5km/h，最大冲击度值为8.08m/s3，起步时间约为1.5s。基于驾驶机器人操纵的车辆起步质量的控制策略与控制算法有助于提高起步过程中车速跟踪精度，且起步平顺，离合器滑磨少。 (5)深入研究了基于驾驶机器人操纵的试验车辆换挡特性。为了改善基于驾驶机器人的车辆换挡过程中的车速跟踪精度与换挡品质，根据驾驶机器人的换挡要求，提出了基于车速跟踪偏羞、换挡时间、冲击度等方面的换挡质量评价指标，然后对换挡控制策略进行研究，确立了换挡时序，提出了换挡过程中的发动机控制策略与离合器接合控制策略，最后给出了实车换挡试验结果。试验结果表明，换挡过程中车速损失低于1.2km/h，换挡时间控制在1-1.7s之间，冲击度不超过5.07m/s3。所提出的基于驾驶机器人换挡操作的换挡控制策略是合理且有效的。论文在车辆试验系统的室内模拟、车辆参数信息的获取、车辆动力性建模、驾驶机器人起步与换挡等驾驶操作方面进行的研究，为改善驾驶机器人车辆性能学习能力与提高学习速度，及提高试验前调试速度方面做出了贡献；同时，在驾驶机器人的驾驶操作性能研究方面打下了实实在在的基础。
作者：	薛金林
专业：	精密仪器与机械
导师：	张为公
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文