本田節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)轉(zhuǎn)向及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含3張CAD圖】
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附錄 1：外文翻譯使用可變阻力的轉(zhuǎn)向扭矩控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的模型D.陳鑒林議員及 K. NAM摘要 本文提出了一種新型無(wú)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(méi)有任何機(jī)械連接來(lái)連接方向盤(pán)和齒條和小齒輪模塊。代替機(jī)械裝置，每側(cè)使用兩個(gè)電動(dòng)馬達(dá)。一個(gè)電動(dòng)機(jī)連接到方向盤(pán)，另一個(gè)安裝在齒條和小齒輪上。方向盤(pán)上的電機(jī)作為轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩和來(lái)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(dòng)控制。因此，本工作中不考慮齒條齒輪的型號(hào)。 在大多數(shù)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，使用扭矩傳感器來(lái)設(shè)置對(duì)駕駛員轉(zhuǎn)向感覺(jué)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(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)。關(guān)鍵詞：無(wú)傳感器力控制；擾動(dòng)觀測(cè)器；線控轉(zhuǎn)向；阻抗控制1.介紹自從汽車(chē)成為流行的交通工具,開(kāi)發(fā)了車(chē)輛系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)。車(chē)輛系統(tǒng)有很多部分組成的機(jī)械連接。因 為車(chē)輛系統(tǒng)近年來(lái)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(chē)輛 上的重量和體積也增加。它會(huì)影響車(chē)輛的加速度和加速度克服這種負(fù)面影響,發(fā)動(dòng)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(chē)和引導(dǎo)車(chē)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是與司機(jī)和車(chē)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(kāi)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(shì),司機(jī)的轉(zhuǎn)向感覺(jué)很好,但它需要一個(gè)大操舵力。第二種類型是液壓動(dòng)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(gè)可憐的燃油效率因?yàn)橛捅靡簤合到y(tǒng)需求。第三個(gè)方法是電動(dòng)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(huì)增加。第四個(gè)是一個(gè) steer-by-wire 系統(tǒng)(吳 et al .,2016)。近年來(lái)它已 經(jīng)被研究。steer-by-wire 系統(tǒng)由兩個(gè)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(pán)。這 部小說(shuō)系統(tǒng)有幾個(gè) 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(gè)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?chē)輛發(fā)生事故時(shí)。轉(zhuǎn)向柱不可用,是不容易的模擬轉(zhuǎn)向感覺(jué)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(gè)是方向控制。它是汽 車(chē)的一個(gè)基本要求條件穩(wěn)定沒(méi)有抵消和之間的時(shí)間延遲電機(jī)與方向盤(pán)上部和底部電機(jī)在齒條和小齒輪。第二個(gè)是恢復(fù)能力。方向盤(pán)和車(chē)輛應(yīng)該回到原來(lái)的位置沒(méi)有人類的力量。由于系統(tǒng)沒(méi)有物理連接的轉(zhuǎn)向柱,它需要實(shí)現(xiàn)恢復(fù)力。第三是可變轉(zhuǎn)向的感覺(jué)。提供的轉(zhuǎn)向手感等駕駛條件的轉(zhuǎn)彎力和車(chē)輛速度?？紤]駕駛環(huán)境,道路條件是一種估計(jì)方法研究(Bajcinca et al .,2006)。機(jī)動(dòng)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)控制使用自適應(yīng)估計(jì)方法(埃姆雷 et al .,2010)。研究 對(duì)司機(jī)的轉(zhuǎn)向感覺(jué)找到一個(gè)影響因素研究(山口和村上,2009)。在本文中,我們專注于問(wèn)題轉(zhuǎn)向感覺(jué)沒(méi)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?yàn)閭鞲衅鞯娜觞c(diǎn)的影響,傳感器的昂貴價(jià)格(村上 et al .,1993;小笠原群 島和船長(zhǎng),1991;日本田島 Hori,1993)。讓司機(jī)的轉(zhuǎn)向扭矩實(shí)時(shí)信息,使用基于擾動(dòng)觀測(cè)器技術(shù)系統(tǒng)模型。此外,使用一個(gè)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(guò)使用阻抗控制駕駛舒適的感覺(jué)。本文由五個(gè)部分組成。轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)模型和模型識(shí)別實(shí)驗(yàn)第二部分所示。一個(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)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(gè)方向盤(pán) steer-by-wire 系統(tǒng)的動(dòng)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(gè)馬達(dá)連接和控制每一個(gè)部分由方向盤(pán)和齒條和小齒輪。一般轉(zhuǎn)向系統(tǒng),如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制器收集一些信息,包括車(chē)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(dòng)的司機(jī)。同時(shí),電機(jī)底部是必要的控制車(chē)輛的運(yùn)動(dòng),我們想要的。上面的汽車(chē)方向盤(pán)之間充當(dāng)一個(gè)耦合器負(fù)載感覺(jué)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(chē)。2.1 動(dòng)態(tài)模型一個(gè)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(gè) two-inertia 系統(tǒng)之間的方向盤(pán) ,方向盤(pán)電動(dòng)機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)向軸連接。建模的兩個(gè)-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(pán)的動(dòng)態(tài)方程表示為。如果一個(gè)司機(jī)的轉(zhuǎn)向力矩應(yīng)用于指導(dǎo)輪,方向盤(pán)一個(gè)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(pán)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)方程表示為。方程(3)是由轉(zhuǎn) 向電機(jī)轉(zhuǎn)矩,電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),轉(zhuǎn)向軸的反作用力和摩擦力。摩擦力是一個(gè)典型的非線性因素作用相反的方向轉(zhuǎn)向電動(dòng)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(guò)拉普拉斯變換,方程(1)~(3)表示 為?？驁D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(pán)電動(dòng)機(jī)可以直接測(cè)量。但是一個(gè)轉(zhuǎn)向角不是用這個(gè)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)移函數(shù)從方向盤(pán)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(dòng)力學(xué)方程輪電機(jī),包括一個(gè)摩擦力阻礙運(yùn)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。摩擦力是一個(gè)典型的非線性因素。由于摩擦 ,一個(gè)系統(tǒng)不移動(dòng)一個(gè)小轉(zhuǎn)矩輸入。一般來(lái)說(shuō),摩擦分為三種類型:靜態(tài)的摩擦,庫(kù)侖摩擦和粘性摩擦。靜態(tài)摩擦是一個(gè)根據(jù)表面阻力的邊緣移動(dòng)。 庫(kù)侖摩擦阻力阻止移動(dòng)對(duì)象。粘滯摩擦是由流體引起的。在這 個(gè)系統(tǒng),我們只是考 慮的影響靜態(tài)摩擦和庫(kù)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(kāi)始移動(dòng),方程(10) 摩擦方程而系統(tǒng)是移動(dòng)。方程由變量因素。使用速度系數(shù)的近似靜態(tài)和庫(kù)侖摩擦之間的過(guò)渡。速度閾值確定邊坡從零到靜態(tài)摩擦。過(guò)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(shí)驗(yàn)。通 過(guò)逐漸增加一個(gè)輸入的力在停止?fàn)顟B(tài),我們檢查了力瞬間移動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)移動(dòng),我們檢查了力量阻止即時(shí)通過(guò)減少輸入的力。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn), 我們第一個(gè)檢查力定義靜態(tài)摩擦和第二個(gè)檢查力是庫(kù)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(jì)為方向盤(pán)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(shí)在本節(jié)中,提出了模式識(shí)別的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)識(shí)別動(dòng)態(tài)模型。我們注入了線性調(diào)頻信號(hào)頻率范圍從低到高,方向盤(pán)的汽車(chē)和測(cè)量角速度的汽車(chē)在同一時(shí)間。注入的線性調(diào)頻信號(hào)的扭矩信號(hào)表示為一個(gè)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(shí)線代表響應(yīng)在低輸入激勵(lì)和虛線代表了高輸入激勵(lì)的響應(yīng),分別。從圖 6 中,我們可以看到,系統(tǒng)有一個(gè)并聯(lián)諧振點(diǎn)大約 12 赫茲和一個(gè)諧振點(diǎn) 16 赫茲。從這個(gè)結(jié)果和方程(7),同時(shí),它是指出,傳遞函數(shù)的分母,零,由兩個(gè)虛構(gòu)的根源。傳遞函數(shù)的提名者,桿,由 0,一個(gè)真正的根,和兩個(gè)虛構(gòu)的根源。之前的另一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥R(shí)別測(cè)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(gè)頻率范圍。我們假定一個(gè)人駕駛一輛可以操作方向盤(pán)下 5 赫茲在實(shí)際駕駛情況。在這個(gè)合理的假設(shè)下,我們可以忽略名義模型的高頻振動(dòng)。名義 模型,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)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(jì)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(gè)部分組成:(a)在 2.2節(jié)介紹的摩擦補(bǔ)償器,(b) 是 擾動(dòng)觀測(cè)器。(a) 和(b) 有助于使可預(yù)見(jiàn)的線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)還用于估計(jì)干擾,(c) 是阻抗模型做一個(gè)舒適的交互式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)控制數(shù)量的協(xié)助,(d) 的反饋和前 饋控制器。3.1 擾動(dòng)觀測(cè)器提出了一種擾動(dòng)觀測(cè)器的一般框架如圖 9 所示。它是由一個(gè)逆名義模型和一個(gè)一階低通濾波器稱為問(wèn)過(guò)濾器。兩個(gè)傳輸函數(shù)相關(guān)的控制性能分析。自從問(wèn)過(guò)濾器是一個(gè)低通濾波器,我們可以假設(shè)過(guò)濾輸出幾乎是一個(gè)當(dāng)擾動(dòng)頻率范圍是低于截止頻率。也就是說(shuō),如果擾動(dòng)的頻率范圍是以下問(wèn)濾波器帶寬。附錄 2：外文原文