驾驶模拟器方向盘力感反馈的研究与实现

发布时间：2017-10-28 18:14

  本文关键词：驾驶模拟器方向盘力感反馈的研究与实现

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【摘要】：随着计算机视觉技术、传感器技术、处理器及其接口技术以及运动平台的发展,汽车驾驶模拟器技术日趋先进,已经越来越广泛地被应用于各类车辆道路试验中。为了使驾驶模拟器能更真实地模拟车辆运动情形,以满足各种条件下车辆道路试验、汽车新产品与新技术的开发以及进行“人-车-路”闭环系统研究等的要求,汽车驾驶模拟器技术仍是国内外各研究机构的研究热点。方向盘力感反馈的模拟是汽车驾驶模拟器开发非常重要的研究内容,方向盘力感模拟效果的好坏会在触觉方面直接影响驾驶员沉浸感,最终影响其操作的准确性。真实的力感模拟才能使模拟器上的道路试验更加逼真,其上的试验数据更准确可靠。为实现真实的方向盘力感模拟,需满足以下要求:首先,建立的方向盘力矩反馈模型必须能真实地“复制”实车力感;其次,搭建的驾驶模拟器转向模拟系统平台需要实现各设备间的信号传输及方向盘力感的实时模拟。本文结合本课题组与上汽集团股份有限公司乘用车分公司的汽车驾驶模拟器开发项目,对驾驶模拟器的方向盘力感反馈模拟进行了深入研究,主要进行了方向盘力感反馈的研究与实现工作。本论文的主要工作内容如下:(1)方向盘力矩反馈模型成分确定由于助力转向系统(EPS)是现在乘用车的主流转向系统,因此本文的建模对象确定为EPS。通过对EPS方向盘回正力矩产生机理进行分析,确定方向盘力矩反馈模型组成成分。将实际车辆相关参数取值范围作为模型待定参数取值范围以进行下一步研究。(2)转向力感特性影响参数确定汽车驾驶模拟器最主要的用途是模拟实车特性,因此其方向盘的首要作用便是模拟实车转向力感。但由于方向盘力矩反馈模型是复杂非线性的,无法直接通过调节模型参数使所有转向力感特性同时达到与实车相同。因此必须进行模型参数与转向力感特性灵敏度分析,以确定各模型参数对各转向力感特性的影响效果及影响程度,进而以分析结果为理论依据进行模型力感调整,以最大限度“复制”实车力感。因此本文主要进行灵敏度分析过程的评价指标确定、模型参数取值范围确定,灵敏度分析试验设计及最终基于Isight软件进行灵敏度分析的工作,并根据灵敏度分析结果为后文模型力感调整提出理论指导。(3)基于目标力感拟合的模型参数确定本文主要通过“复制”实车力感确定模型待定参数。模型力感对实车力感“复制”即可看作模型力感的优化,因此本文基于转向力感特性进行模型参数优化以模拟实车力感,并根据模拟出的力感确定模型待定参数。将实车转向力感特性指标值作为优化目标,基于灵敏度分析结果,将对转向力感特性影响显著的参数作为优化参数,将模型参数实际取值范围作为优化的约束条件。针对模型参数对转向力感特性影响效果耦合的问题,采用基于主观评价的转向力感特性重要程度的确定方法,确定各指标的权重因子及优化函数。基于Isight软件进行优化计算以拟合出实车力感,将寻优得到的最优解代回原联合仿真模型进行误差检验,并将确定的优化解作为待定模型参数值。最后,将确定了参数的模型进行仿真试验,将结果与实车试验结果进行对比以验证模型的准确性。(4)进行转向模拟系统搭建及力矩电机电流控制算法研究本文最终目的是将实车力感在驾驶模拟器方向盘上模拟出来,因此本文的最终工作是进行转向模拟系统平台搭建以提供力感“复制”所需要的硬件条件,以及研究力矩电机电流控制算法以在方向盘上实现模型力感(即“复制”出的实车力感)。首先,针对转向模拟系统需要实现的功能,进行转向模拟系统架构设计、工作流程概述、主体机械结构设计、操控台设计及相关的软硬件设计。其次,分析了转向模拟系统自身的阻力矩构成,并选择优化算法对产生系统阻力矩的参数进行辨识。最后,提出基于模糊增量PID控制算法的方向盘力矩电机电流控制,并结合系统参数辨识结果在电机电流控制算法框架中加入电流补偿控制。
【关键词】：方向盘力矩反馈建模 转向力感 灵敏度分析及优化 模糊增量PID
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.13
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 课题提出的背景及意义12-13
• 1.2 汽车驾驶模拟器研究概况13-15
• 1.3 方向盘力矩反馈的重要性15-16
• 1.4 方向盘力矩反馈建模的研究概况16-20
• 1.4.1 第一种建模方法研究概况16-18
• 1.4.2 第二种建模法研究概况18-19
• 1.4.3 灵敏度分析在方向盘路感模拟中的应用概况19-20
• 1.5 方向盘力感模拟控制算法研究概况20-21
• 1.6 本文主要研究内容21-24
• 第2章 方向盘力矩反馈模型成分确定24-34
• 2.1 车轮回正力矩计算25-29
• 2.1.1 低、中、高速车轮回正力矩计算25-29
• 2.1.2 车轮极低速及原地转向阻力矩计算29
• 2.2 转向系统助力装置产生的助力矩29-30
• 2.3 转向系统刚度、阻尼、惯量及摩擦产生的转向阻力矩30-31
• 2.4 模型待定参数范围确定31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 力感特性影响参数确定34-46
• 3.1 灵敏度分析简介及实施方案介绍34-35
• 3.1.1 灵敏度分析简介34-35
• 3.1.2 本文灵敏度分析实施方案35
• 3.2 确定转向力感特性评价指标35-39
• 3.2.1 路感指标36-37
• 3.2.2 车辆响应性能37-38
• 3.2.3 方向盘作用力水平38-39
• 3.3 模型参数区间确定及试验设计39-41
• 3.4 灵敏度分析计算过程、结果及结论41-44
• 3.4.1 灵敏度分析计算过程41
• 3.4.2 灵敏度分析计算结果及分析41-43
• 3.4.3 灵敏度分析总结43-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 基于目标力感拟合的模型参数确定46-67
• 4.1 基于转向力感特性的模型参数优化实施方案46-48
• 4.2 Kriging近似模型简介48-49
• 4.3 多岛遗传算法理论简介49-52
• 4.3.1 多岛遗传算法特点49
• 4.3.2 多岛遗传算法运算流程简介及参数确定49-52
• 4.4 基于转向力感特性的模型参数优化52-63
• 4.4.1 转向力感特性优化目标54
• 4.4.2 误差计算表达式54-55
• 4.4.3 优化函数55
• 4.4.4 约束条件55
• 4.4.5 优化结果55-63
• 4.5 方向盘力矩反馈模型验证63-65
• 4.6 本章小结65-67
• 第5章 转向模拟系统总体设计及方向盘力矩电机电流控制67-84
• 5.1 转向模拟系统总体设计67-71
• 5.1.1 转向模拟系统总体架构设计及工作流程概述67-69
• 5.1.2 转向模拟系统主体机械结构设计69-70
• 5.1.3 转向模拟系统操控台设计70-71
• 5.2 方向盘力矩电机电流控制71-82
• 5.2.1 转向模拟系统参数辨识71-74
• 5.2.2 转向工况电机电流控制方案74-76
• 5.2.3 电机电流控制算法选择及模糊增量PID控制器设计76-82
• 5.3 本章小结82-84
• 第6章 全文总结与展望84-88
• 6.1 全文总结84-86
• 6.2 研究展望86-88
• 参考文献88-94
• 作者简介及科研成果94-96
• 致谢96-97

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本文编号：1109375