本田節(jié)能競技賽車轉(zhuǎn)向及傳動系統(tǒng)設(shè)計【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)沒有任何機械連接來連接方向盤和齒條和小齒輪模塊。代替機械裝置，每側(cè)使用兩個電動馬達。一個電動機連接到方向盤，另一個安裝在齒條和小齒輪上。方向盤上的電機作為轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩和來自道路的負載扭矩之間的輸送機起作用。在本文中，我們關(guān)注基于阻抗控制的與轉(zhuǎn)向感相關(guān)的運動控制。因此，本工作中不考慮齒條齒輪的型號。 在大多數(shù)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，使用扭矩傳感器來設(shè)置對駕駛員轉(zhuǎn)向感覺的阻抗影響。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驗結(jié)果證實。關(guān)鍵詞：無傳感器力控制；擾動觀測器；線控轉(zhuǎn)向；阻抗控制1.介紹自從汽車成為流行的交通工具,開發(fā)了車輛系統(tǒng)的技術(shù)改進。車輛系統(tǒng)有很多部分組成的機械連接。因 為車輛系統(tǒng)近年來變得更加復(fù)雜,增加了部分占用的空間。增加空間,前面的車輛 上的重量和體積也增加。它會影響車輛的加速度和加速度克服這種負面影響,發(fā)動機也大。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)用于剎車和引導(dǎo)車。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是與司機和車輛的一部分，已經(jīng)漸漸影響司機的安全了。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)是根據(jù)操作方法分類。第一類是傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這種類型的優(yōu)勢,司機的轉(zhuǎn)向感覺很好,但它需要一個大操舵力。第二種類型是液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(黃,2001)。它使用更少的 轉(zhuǎn)向力比較傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。然而,它有一個可憐的燃油效率因為油泵液壓系統(tǒng)需求。第三個方法是電動助力轉(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。燃油效率也會增加。第四個是一個 steer-by-wire 系統(tǒng)(吳 et al .,2016)。近年來它已 經(jīng)被研究。steer-by-wire 系統(tǒng)由兩個電 機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)向柱設(shè)備連 接齒條和小齒輪的方向盤。這 部小說系統(tǒng)有幾個 優(yōu)點。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。第二個是安全，轉(zhuǎn)向柱伸出它可以保護司機的安全，當?shù)能囕v發(fā)生事故時。轉(zhuǎn)向柱不可用,是不容易的模擬轉(zhuǎn)向感覺的,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(Parmar 和 約翰,2004 年,上海一中院2006;Yih 格迪斯;2004;Amberkar et al .,2004)。第一個是方向控制。它是汽 車的一個基本要求條件穩(wěn)定沒有抵消和之間的時間延遲電機與方向盤上部和底部電機在齒條和小齒輪。第二個是恢復(fù)能力。方向盤和車輛應(yīng)該回到原來的位置沒有人類的力量。由于系統(tǒng)沒有物理連接的轉(zhuǎn)向柱,它需要實現(xiàn)恢復(fù)力。第三是可變轉(zhuǎn)向的感覺。提供的轉(zhuǎn)向手感等駕駛條件的轉(zhuǎn)彎力和車輛速度?？紤]駕駛環(huán)境,道路條件是一種估計方法研究(Bajcinca et al .,2006)。機動車輛的運動控制使用自適應(yīng)估計方法(埃姆雷 et al .,2010)。研究 對司機的轉(zhuǎn)向感覺找到一個影響因素研究(山口和村上,2009)。在本文中,我們專注于問題轉(zhuǎn)向感覺沒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,因為傳感器的弱點的影響,傳感器的昂貴價格(村上 et al .,1993;小笠原群 島和船長,1991;日本田島 Hori,1993)。讓司機的轉(zhuǎn)向扭矩實時信息,使用基于擾動觀測器技術(shù)系統(tǒng)模型。此外,使用一個阻抗控制技術(shù)在一些機電一體化領(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)。用于通過使用阻抗控制駕駛舒適的感覺。本文由五個部分組成。轉(zhuǎn)向動態(tài)模型和模型識別實驗第二部分所示。一個力矩傳感器不轉(zhuǎn)向控制方法提出了第三節(jié),其控制性能實驗結(jié)果證實了在第四節(jié)。結(jié)論在第五節(jié)總結(jié)。2 系統(tǒng)建模在本節(jié)中,一個方向盤 steer-by-wire 系統(tǒng)的動態(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)有兩個馬達連接和控制每一個部分由方向盤和齒條和小齒輪。一般轉(zhuǎn)向系統(tǒng),如電動助力轉(zhuǎn)向控制器收集一些信息,包括車輛速度,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。底部電機相 連齒條和小齒輪需要交付負載擾動的司機。同時,電機底部是必要的控制車輛的運動,我們想要的。上面的汽車方向盤之間充當一個耦合器負載感覺和司機。此外 ,它的功能作為輔助力量馬達。本文側(cè)重于從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輪上汽車。2.1 動態(tài)模型一個交互式 steer-by-wire 系統(tǒng)的模塊在圖 2 中描述。它可以建模為一個 two-inertia 系統(tǒng)之間的方向盤 ,方向盤電動機通過轉(zhuǎn)向軸連接。建模的兩個-慣性系統(tǒng)已經(jīng)在一些紙(Zhang 和學 習 Furusho,2000;Yun et al .,2013)。根據(jù)論文,方向盤的動態(tài)方程表示為。如果一個司機的轉(zhuǎn)向力矩應(yīng)用于指導(dǎo)輪,方向盤一個慣性矩摩擦系數(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。方向盤電動機的動態(tài)方程表示為。方程(3)是由轉(zhuǎn) 向電機轉(zhuǎn)矩,電動機系統(tǒng),轉(zhuǎn)向軸的反作用力和摩擦力。摩擦力是一個典型的非線性因素作用相反的方向轉(zhuǎn)向電動機轉(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償器在 2.2 節(jié)。通過拉普拉斯變換,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) 向電機扭矩和司機的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩輸入。的角度方向盤電動機可以直接測量。但是一個轉(zhuǎn)向角不是用這個系統(tǒng)。轉(zhuǎn)移函數(shù)從方向盤電機 轉(zhuǎn)矩的電機角表示為2.2 摩擦模型方程(3),即轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)的動力學方程輪電機,包括一個摩擦力阻礙運動的發(fā)動機。摩擦力是一個典型的非線性因素。由于摩擦 ,一個系統(tǒng)不移動一個小轉(zhuǎn)矩輸入。一般來說,摩擦分為三種類型:靜態(tài)的摩擦,庫侖摩擦和粘性摩擦。靜態(tài)摩擦是一個根據(jù)表面阻力的邊緣移動。 庫侖摩擦阻力阻止移動對象。粘滯摩擦是由流體引起的。在這 個系統(tǒng),我們只是考 慮的影響靜態(tài)摩擦和庫侖摩擦。方程的摩擦模型表示如下,方程(9)目前摩擦方程 ,系統(tǒng)開始移動,方程(10) 摩擦方程而系統(tǒng)是移動。方程由變量因素。使用速度系數(shù)的近似靜態(tài)和庫侖摩擦之間的過渡。速度閾值確定邊坡從零到靜態(tài)摩擦。過小的 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 進行了實驗。通 過逐漸增加一個輸入的力在停止狀態(tài),我們檢查了力瞬間移動。當系統(tǒng)移動,我們檢查了力量阻止即時通過減少輸入的力。通過這些實驗, 我們第一個檢查力定義靜態(tài)摩擦和第二個檢查力是庫侖摩擦,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)負方向。摩擦模型如圖 4 所示。使用這種摩擦模型中,摩擦補償器設(shè)計為方向盤電機的速度的函數(shù)。摩擦補償器的性能如圖 5 所示。虛線代表的摩擦補償?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償器2.3 模型辨識在本節(jié)中,提出了模式識別的實驗結(jié)果來識別動態(tài)模型。我們注入了線性調(diào)頻信號頻率范圍從低到高,方向盤的汽車和測量角速度的汽車在同一時間。注入的線性調(diào)頻信號的扭矩信號表示為一個電壓在以上結(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。 實線代表響應(yīng)在低輸入激勵和虛線代表了高輸入激勵的響應(yīng),分別。從圖 6 中,我們可以看到,系統(tǒng)有一個并聯(lián)諧振點大約 12 赫茲和一個諧振點 16 赫茲。從這個結(jié)果和方程(7),同時,它是指出,傳遞函數(shù)的分母,零,由兩個虛構(gòu)的根源。傳遞函數(shù)的提名者,桿,由 0,一個真正的根,和兩個虛構(gòu)的根源。之前的另一個實驗?zāi)Ｐ妥R別測試應(yīng)用摩擦補償器如圖 7 所示。非線性因素在低頻范圍和大小的差異也發(fā)現(xiàn)在諧振點相比圖 6。為了定義名義模型,我們需要關(guān)注一個頻率范圍。我們假定一個人駕駛一輛可以操作方向盤下 5 赫茲在實際駕駛情況。在這個合理的假設(shè)下,我們可以忽略名義模型的高頻振動。名義 模型,我們設(shè)計了一個二階系統(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。它由四個部分組成:(a)在 2.2節(jié)介紹的摩擦補償器,(b) 是 擾動觀測器。(a) 和(b) 有助于使可預(yù)見的線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)還用于估計干擾,(c) 是阻抗模型做一個舒適的交互式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過控制數(shù)量的協(xié)助,(d) 的反饋和前 饋控制器。3.1 擾動觀測器提出了一種擾動觀測器的一般框架如圖 9 所示。它是由一個逆名義模型和一個一階低通濾波器稱為問過濾器。兩個傳輸函數(shù)相關(guān)的控制性能分析。自從問過濾器是一個低通濾波器,我們可以假設(shè)過濾輸出幾乎是一個當擾動頻率范圍是低于截止頻率。也就是說,如果擾動的頻率范圍是以下問濾波器帶寬。附錄 2：外文原文