-4-大眾汽車車道保持輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要車輛駛離既定車道是絕大部分交通事故產(chǎn)生的一大重要原因，在道路交通中對(duì)己方和對(duì)方車輛及乘載人員帶來(lái)了嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。在提高車輛行駛主動(dòng)安全性和汽車智能化發(fā)展的需求下，凸顯出了對(duì)車道保持輔助/自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究的重要意義。車道保持輔助功能的實(shí)現(xiàn)是在EPS電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)上，加入用于車道識(shí)別的傳感器及相應(yīng)的識(shí)別和控制策略達(dá)成的，而電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的基礎(chǔ)上添加了電動(dòng)助力機(jī)構(gòu)。本文的目的主要在于以大眾帕薩特的車型參數(shù)作為參考，設(shè)計(jì)出可以用于車道保持輔助功能實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)向和助力機(jī)構(gòu)，并利用所學(xué)知識(shí)完成簡(jiǎn)單車道保持控制策略的設(shè)計(jì)實(shí)踐。主要工作內(nèi)容包括：對(duì)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)及計(jì)算校核，以滿足車輛正常轉(zhuǎn)向需求；助力機(jī)構(gòu)的方案選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算，二維裝配圖、零件圖的繪制及標(biāo)注和部分三維零件圖的繪制，車輛側(cè)向二自由度動(dòng)力學(xué)模型的建立，以及簡(jiǎn)單PID車道保持輔助轉(zhuǎn)向控制器的搭建實(shí)踐和驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：齒輪齒條轉(zhuǎn)向器；RP-EPS；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向；車道保持輔助；PID控制目錄第1章緒論 -1-1.1設(shè)計(jì)背景 -1-1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 -1-1.3研究和設(shè)計(jì)內(nèi)容 -2-1.4本章小結(jié) -3-第2章齒輪齒條轉(zhuǎn)向器介紹及總體方案 -4-2.1轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求 -4-2.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器介紹 -4-2.2.1組成及優(yōu)點(diǎn) -4-2.2.2輸入輸出形式 -5-2.2.3齒輪齒條嚙合形式 -5-2.2.4齒條斷面形狀 -5-2.3主要性能參數(shù) -6-2.3.1轉(zhuǎn)向器效率 -6-2.3.2轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比變化特性 -6-2.4本章小結(jié) -7-第3章齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) -8-3.1參考車型參數(shù) -8-3.2阿克曼特性 -8-3.3計(jì)算載荷求定 -9-3.4齒輪參數(shù)設(shè)計(jì) -10-3.5齒條參數(shù)設(shè)計(jì) -11-3.6強(qiáng)度校核 -13-3.7齒輪齒條三維建模 -15-3.8本章小結(jié) -16-第4章EPS助力機(jī)構(gòu)選型計(jì)算 -17-4.1EPS介紹 -17-4.1.1EPS的優(yōu)點(diǎn) -17-4.1.2EPS的分類 -18-4.2助力電機(jī)選型 -19-4.3同步帶傳動(dòng)選型計(jì)算 -20-4.4滾珠絲桿選型計(jì)算 -20-4.5本章小結(jié) -23-第5章車道保持控制器設(shè)計(jì)和仿真 -24-5.1車道保持輔助系統(tǒng)（LKA）介紹 -24-5.1.1控制原理 -24-5.1.2控制算法 -24-5.2車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型建立 -25-5.3串級(jí)PID控制器設(shè)計(jì) -27-5.3.1控制策略 -27-5.3.2Simulink模型搭建 -27-5.4CarSim聯(lián)合仿真 -32-5.5本章小結(jié) -33-結(jié)論 -35-參考文獻(xiàn) -36-第2章齒輪齒條轉(zhuǎn)向器介紹及總體方案第1章緒論1.1設(shè)計(jì)背景我國(guó)作為一個(gè)汽車大國(guó)，截至2020年私人汽車保有量超過(guò)了2.4億臺(tái)，并且仍呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。隨著家用轎車的大量普及，在給更多車主帶來(lái)通行便利的同時(shí)，卻相對(duì)地增加了道路通行的壓力，進(jìn)而提升了駕駛員的駕駛疲勞感。據(jù)歐洲一項(xiàng)調(diào)查顯示，由于駕駛員無(wú)意偏航所導(dǎo)致的致命交通事故近乎占其總數(shù)的40%。同時(shí)根據(jù)我國(guó)交通部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，由于汽車偏離了既定行駛車道造成乘車人員傷亡的事故約占交通事故總量的50%，給乘坐人員造成了嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。即便如安全帶、安全氣囊等被動(dòng)行車安全裝置已經(jīng)在各種車輛中普及，為了能更好的保障行車安全，在車輛中加入主動(dòng)行車安全系統(tǒng)顯得十分必要。另一方面，現(xiàn)代社會(huì)正處于朝著萬(wàn)物科技化、智能化發(fā)展的趨勢(shì)，在傳統(tǒng)車輛的基礎(chǔ)上不斷融入新的技術(shù)也是保證汽車行業(yè)緊跟時(shí)代穩(wěn)健發(fā)展的關(guān)鍵。車道保持輔助系統(tǒng)可在較為成熟的EPS電助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入相應(yīng)的傳感器和控制算法得以實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)在增強(qiáng)了車輛行駛安全的同時(shí)，一定程度上改善了駕駛員的駕乘體驗(yàn)，降低了疲勞駕駛、分心等導(dǎo)致交通事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)車道保持的主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制也是智能汽車最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛的關(guān)鍵要素。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展大致可以分為傳統(tǒng)機(jī)械式轉(zhuǎn)向、助力轉(zhuǎn)向和智能自動(dòng)轉(zhuǎn)向三個(gè)階段，其中助力轉(zhuǎn)向又經(jīng)歷了從機(jī)械液壓助力到電控液壓助力，再到電動(dòng)助力的演變。除此之外，還有線控轉(zhuǎn)向等與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)差別較大的新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其實(shí)用性和可靠性還有待商討。如今越來(lái)越多的車輛已經(jīng)搭載了各種形式的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，搭載車道保持輔助系統(tǒng)甚至自動(dòng)駕駛功能的車輛也越來(lái)越多的出現(xiàn)在人們的視野，而其中運(yùn)用到的自動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)是汽車行業(yè)從業(yè)者為了跟隨時(shí)代發(fā)展潮流、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力以及車輛行駛主動(dòng)安全性所值得學(xué)習(xí)研究的重要技術(shù)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀帶有車道保持輔助地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成主要可以分成各類傳感器、傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、電動(dòng)助力機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)幾個(gè)部分。其中，傳統(tǒng)機(jī)械傳向機(jī)構(gòu)和電動(dòng)助力機(jī)構(gòu)的研究在前幾個(gè)階段的經(jīng)驗(yàn)下都已經(jīng)相對(duì)成熟，車道保持輔助系統(tǒng)的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)就體現(xiàn)在了控制策略的優(yōu)化及其精度和可靠性的提升上面。國(guó)外較早就開(kāi)始了對(duì)于車道保持輔助系統(tǒng)的研究，在車道識(shí)別方面，較為成熟的有：荷蘭Mobileye公司的Mobileye_AWS系統(tǒng)、美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的AURORA系統(tǒng)和美國(guó)Iteris公司與德國(guó)戴姆勒-克萊斯勒公司共研的AutoVue系統(tǒng)。主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)方面則有基于電控液力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的德國(guó)BMW與ZF公司合作研發(fā)的AFS系統(tǒng)和Audi公司的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以及基于電助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的日本本田和韓國(guó)Mando公司研發(fā)的相關(guān)系統(tǒng)等，實(shí)裝車型也較多。國(guó)內(nèi)對(duì)于車道保持輔助系統(tǒng)的研究起步較晚，但學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，發(fā)展速度較快。車道線識(shí)別技術(shù)上，吉林大學(xué)研制的以視覺(jué)傳感器作為導(dǎo)航的無(wú)人車，利用了模糊控制器進(jìn)行車道線的識(shí)別，并采用了遺傳算法進(jìn)行智能優(yōu)化。車道偏離預(yù)警方面，清華大學(xué)THMR智能車通過(guò)處理視覺(jué)傳感器收集到的車輛位置信息和其他運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，計(jì)算車輛預(yù)估偏離車道的時(shí)間并與閾值進(jìn)行比較來(lái)決定是否發(fā)出偏離預(yù)警。目前國(guó)產(chǎn)品牌中比亞迪和長(zhǎng)城哈佛等車型已經(jīng)配備了車道保持輔助系統(tǒng)。[1]1.3研究和設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)重點(diǎn)主要在于依據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和所需要滿足的要求，根據(jù)所選參照車型——大眾帕薩特的實(shí)際參數(shù)，計(jì)算并設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)車道保持功能的轉(zhuǎn)向器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和簡(jiǎn)單控制器的搭建和驗(yàn)證。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：查閱相關(guān)書(shū)籍和文獻(xiàn)，深入學(xué)習(xí)了解轉(zhuǎn)向器的分類、工作原理、主要參數(shù)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定轉(zhuǎn)向和助力機(jī)構(gòu)的形式和總體設(shè)計(jì)方案。依照教材、文獻(xiàn)中的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，完成齒輪齒條轉(zhuǎn)向器各參數(shù)的計(jì)算并進(jìn)行校核，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸并完成二維總裝、零件工程圖紙的繪制。計(jì)算和設(shè)計(jì)平行齒條助力式EPS助力機(jī)構(gòu)，繪制二維部裝、零件圖紙的繪制。學(xué)習(xí)并完成部分零件三維圖的繪制。建立車二而自由度側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型并嘗試搭建簡(jiǎn)單車道保持控制系統(tǒng)并進(jìn)行驗(yàn)證。1.4本章小結(jié)本章主要介紹了車道保持輔助轉(zhuǎn)向技術(shù)的研究背景，講述了其在道路安全和汽車智能技術(shù)發(fā)展方面的影響，陳述了對(duì)其研究的重要意義和國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。同時(shí)對(duì)車道保持輔助功能的實(shí)現(xiàn)原理和其與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向器的區(qū)別做了簡(jiǎn)要介紹，陳述了本文的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及思路。第2章齒輪齒條轉(zhuǎn)向器介紹及總體方案2.1轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求在《汽車設(shè)計(jì)》中對(duì)轉(zhuǎn)向系提出了以下幾點(diǎn)要求：汽車轉(zhuǎn)向過(guò)程中，所有車輪都應(yīng)圍繞車輛瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作后松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向輪應(yīng)產(chǎn)生回歸直線行駛趨勢(shì)得回正力。轉(zhuǎn)向輪不能產(chǎn)生自振。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與懸架導(dǎo)向裝置協(xié)同工作時(shí)相互影響產(chǎn)生的車輪擺動(dòng)應(yīng)最小。保證汽車較高的機(jī)動(dòng)性。確保操縱輕便性。轉(zhuǎn)向輪受沖擊時(shí)傳遞給方向盤的反沖力應(yīng)盡量的小。轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)具有間隙消除調(diào)整機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向系應(yīng)裝有安全裝置，以減小駕駛員在車輛發(fā)生事故時(shí)由于車輛變形所受到的傷害。保證轉(zhuǎn)向輪能正確響應(yīng)駕駛員由方向盤輸入的轉(zhuǎn)向操作。[2]2.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器介紹2.2.1組成及優(yōu)點(diǎn)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要部分包括主動(dòng)輸入小齒輪軸和轉(zhuǎn)向齒條，相較于其他形式的轉(zhuǎn)向器，其主要優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積、質(zhì)量小、傳動(dòng)效率高、制造成本低、齒輪齒條嚙合磨損產(chǎn)生的間隙可由間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)自動(dòng)消除。2.2.2輸入輸出形式根據(jù)齒輪與齒條嚙合的位置和轉(zhuǎn)向輸出形式的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器又可分為（a）中間輸入兩端輸出，(b)側(cè)面輸入兩端輸出，(c)側(cè)面輸入中間輸出，(d)側(cè)面輸入一端輸出這幾種不同的形式。圖2.SEQ圖2.\*ARABIC1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器輸入輸出形式由于本設(shè)計(jì)擬采用齒條平行助力式R-EPS助力機(jī)構(gòu)，為預(yù)留助力機(jī)構(gòu)的安裝位置選用側(cè)面輸入兩端輸出式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。[2]2.2.3齒輪齒條嚙合形式直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合會(huì)影響轉(zhuǎn)向的平順性、沖擊和噪聲較大，并且不易布置；斜齒圓柱齒輪和齒條嚙合相比較之下能夠使轉(zhuǎn)向器重合度和平順性得到改善，同時(shí)降低沖擊與噪音的產(chǎn)生。2.2.4齒條斷面形狀齒條的斷面有圓形、V形、Y形幾種不同形狀，其中圓形斷面的結(jié)構(gòu)和制造最為簡(jiǎn)單切應(yīng)用較為廣泛。而V形和Y形常用于齒條上存在可能使齒條旋轉(zhuǎn)的情況中，可以減少材料和質(zhì)量。本文采用圓形斷面形式齒條。2.3主要性能參數(shù)2.3.1轉(zhuǎn)向器效率轉(zhuǎn)向器的正效率η+通常是指從轉(zhuǎn)向軸到轉(zhuǎn)向搖臂軸的功率傳遞效率。較高的正效率可以使駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)更為輕便，而為了達(dá)到轉(zhuǎn)向系使轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回到中心位置的設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)向器也需要具有適量的逆效率η根據(jù)逆效率的大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可以被分為可逆式、不可逆式和極限可逆式。其中不可逆式轉(zhuǎn)向器無(wú)法將路面反作用力傳遞到方向盤上，全部由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)吸收，這既使得駕駛員無(wú)法通過(guò)正常接收路面反饋來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)向控制，又導(dǎo)致了轉(zhuǎn)向器的壽命較短，并且不滿足轉(zhuǎn)向器直線行駛自動(dòng)回正的設(shè)計(jì)要求，故不被采用?？赡媸睫D(zhuǎn)向器可將大部分路面反作用力傳遞至方向盤，同時(shí)滿足了自動(dòng)回正的要求。而極限可逆式轉(zhuǎn)向器的力傳遞效果介于兩者之間。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和本文采用的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器均屬于可逆式轉(zhuǎn)向器。2.3.2轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比變化特性轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比可以由兩個(gè)方面定義，分別為角傳動(dòng)比iω和力傳動(dòng)比i轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比指的是方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度與轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度之間的比值，其又由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比組成，其關(guān)系如下 iω0其中齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的，可近似轉(zhuǎn)化為 iω0轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比定義為地面在與輪胎接觸面中心處作用于兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力2FW與作用于方向盤上的力 ip=通過(guò)計(jì)算代入有 ip=i其中為主銷偏移距，數(shù)值常不發(fā)生變化。由上面的式子可以看出，增大角傳動(dòng)比iω的同時(shí)可以增大力的傳動(dòng)比lp，而當(dāng)Fw不變時(shí)，增大力傳動(dòng)比ip可以減小方向盤上的手力F齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中相配合的齒輪和齒條齒距應(yīng)相等，有如下關(guān)系式 Pb1 m1cos根據(jù)上述關(guān)系式，在傳統(tǒng)無(wú)助力機(jī)械式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中，可以通過(guò)改變齒條的模數(shù)m2和壓力角a2來(lái)改變不同轉(zhuǎn)向角度下的角傳動(dòng)iω對(duì)于本文設(shè)計(jì)的帶有助力機(jī)構(gòu)的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，則可在保證轉(zhuǎn)向靈敏度的條件下使用相同的傳動(dòng)比，而通過(guò)電動(dòng)助力彌補(bǔ)過(guò)小的力傳動(dòng)比。2.4本章小結(jié)本章主要介紹了機(jī)械式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)組成、形式分類和主要性能參數(shù)，按照設(shè)計(jì)要求并根據(jù)不同形式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取確定了齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的總體設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)性能參數(shù)要求和計(jì)算方法為接下來(lái)的具體參數(shù)設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。

第3章齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)第3章齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)3.1參考車型參數(shù)表3.SEQ表3.\*ARABIC1軸距整備質(zhì)量轉(zhuǎn)向盤直徑轉(zhuǎn)向盤圈數(shù)輪距2871mm1575kg380mm31560mm車長(zhǎng)車寬車高最小轉(zhuǎn)向半徑座位數(shù)4933mm1836mm1469mm6m53.2阿克曼特性圖3.SEQ圖3.\*ARABIC圖3.SEQ圖3.\*ARABIC1阿克曼轉(zhuǎn)向角為滿足阿克曼特性，前軸內(nèi)轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角和外轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角有如下關(guān)系式 sina= tanβ=式中：：汽車軸距，2871mm：最小轉(zhuǎn)向半徑，6000mm代入數(shù)值計(jì)算可求得：根據(jù)定義，轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比有如下計(jì)算公式： iω=式中：n：轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)總?cè)?shù)，3代入數(shù)值可計(jì)算出轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比為：i3.3計(jì)算載荷求定一般車輛原地轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向力矩遠(yuǎn)大于實(shí)際行駛中所需的轉(zhuǎn)向力矩，計(jì)算中常用以下原地轉(zhuǎn)向阻力矩半經(jīng)驗(yàn)公式確定： MR=式中：：車輪與路面間滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取0.7：轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N）：輪胎氣壓，0.2MPa已知車輛額定載客為5人，按乘客平均體重60kg，車輛前后軸荷比55：45代入計(jì)算得：將代入公式（3.4）計(jì)算得：作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力F? F?=式中：L1：轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)度（mmL2：轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)度(MR：原地轉(zhuǎn)向阻力矩，530086.62Dswiωη+由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)中沒(méi)有轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向搖臂，故不代入公式計(jì)算。將數(shù)據(jù)代入公式（3.5）計(jì)算得出：F乘用車的主銷偏移距a一般取值為0.4～0.6倍的輪胎斷面寬度，參考車型輪胎型號(hào)為235/45R18，故有：a代入公式（2.4）計(jì)算得到：i3.4齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器主動(dòng)小齒輪的模數(shù)一般在2～3mm之間選取，齒數(shù)常為5~7個(gè)齒，壓力角為20°，螺旋角在9°至15°間選取。初選小齒輪參數(shù)為模數(shù)m1=2.5mm，齒數(shù)z代入公式計(jì)算齒輪分度圓直徑d1 d1=齒頂系數(shù)??=1，頂隙系數(shù)C?=0.25，計(jì)算齒頂圓直徑 da= ?f=齒輪最小直徑： dmin≥3.5齒條參數(shù)設(shè)計(jì)圖3.SEQ圖3.\*ARABIC2齒輪齒條相對(duì)位移齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比定義不同于一般的轉(zhuǎn)向器，為轉(zhuǎn)向盤輸入轉(zhuǎn)動(dòng)角度和齒條直線位移量構(gòu)成的線角傳動(dòng)比圖3.SEQ圖3.\*ARABIC2齒輪齒條相對(duì)位移圖示為假設(shè)齒條固定不發(fā)生移動(dòng)的情況下，與之嚙合的主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)齒輪嚙合中心點(diǎn)從A沿垂直于齒輪中心線方向移動(dòng)至B的情況。可知： AB=π AC=AB BC=AB式中：d1：齒輪分度圓直徑，25.31θ：齒輪軸安裝角（°）在實(shí)際工作中，主動(dòng)齒輪的位置被固定只能轉(zhuǎn)動(dòng)，而由齒條沿其軸線進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。由圖中關(guān)系可看出，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)齒條的實(shí)際平移距離為AD: AD=AC式中：β2i：轉(zhuǎn)向器線角傳動(dòng)比圖3.SEQ圖3.\*ARABIC3齒輪齒條嚙合角度關(guān)系如圖所示，根據(jù)齒輪螺旋角β1、齒輪安裝角θ和齒條傾斜角β2的大小和方向不同，齒輪與齒條之間有不同的布置和傳動(dòng)方案。本設(shè)計(jì)根據(jù)結(jié)構(gòu)采用 θ=β已知β1=100，選定將數(shù)值代入式子（3.13）有：?=56.11于是可以根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的總?cè)?shù)n計(jì)算出齒條的總行程L： L=ni根據(jù)齒條行程計(jì)算齒條齒數(shù)： z2=根據(jù)關(guān)系式（P1=P2）選取齒條模數(shù)和壓力角為m2=2.5mmz取整有：z取齒寬系數(shù)Ψd b=Ψ取b2=25mm3.6強(qiáng)度校核1.材料選擇和熱處理方式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器常選用16MnCr5或15CrNi6作為材料，齒條則選用45鋼材料。故選用：齒輪16MnCr5滲碳淬火，齒面硬度56～62HRC齒條45鋼表面淬火，齒面硬度52～56HRC2.許用應(yīng)力計(jì)算 σH= σF=查詢《機(jī)械手冊(cè)》得：σσσσ計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N并確定壽命系數(shù)ZN和Y N1=60式中：n1a：小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周齒的嚙合次數(shù)，8L?查得機(jī)械手冊(cè)得到：ZY選取安全系數(shù)SHmin=1.1因σHlim2<σHlim1,將σ又因σFlim2<σFlim1，將σ式中：YST：應(yīng)力修正系數(shù)，2.3.齒面接觸強(qiáng)度校核齒輪實(shí)際接觸應(yīng)力有如下計(jì)算公式: σH=式中：K：載荷系數(shù)T1：齒輪轉(zhuǎn)矩b：工作齒寬,25mmd1：齒輪分度圓直徑。20.31u：大小齒輪齒數(shù)比查機(jī)械手冊(cè)選?。篫HZEZεZβ計(jì)算齒輪轉(zhuǎn)矩T1 T1=計(jì)算載荷系數(shù)K： K=K查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選?。篕A：使用系數(shù)，1.2KVKβKa：齒間載荷分配系數(shù),將數(shù)值代入公式（3.21）計(jì)算得：σ故齒輪接觸疲勞強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。4.齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度校核通過(guò)如下公式計(jì)算齒輪實(shí)際彎曲應(yīng)力： σF=查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：YFaYSaYεYβ因?yàn)棣褾3.7齒輪齒條三維建模根據(jù)此前計(jì)算的齒輪齒條參數(shù)，并結(jié)合齒輪齒條的相互配合關(guān)系以及在裝配圖中的布置，用CAXA設(shè)計(jì)并繪制了齒輪軸和齒輪的二維圖紙，接著又根據(jù)二維圖紙用Shapr3D軟件繪制了如下三維模型。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC4齒輪軸三維圖圖3.SEQ圖3.\*ARABIC5齒條三維圖3.8本章小結(jié)本章主要根據(jù)所選取參考車型的尺寸、性能等參數(shù)數(shù)據(jù)和汽車設(shè)計(jì)中所規(guī)定的轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，選定了齒輪、齒條的主要參數(shù)，分別選取了齒輪和齒條的制造材料和熱處理方式，并通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算并校核了主動(dòng)小齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，完成了齒輪齒條的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保了所設(shè)計(jì)的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)和參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求中的運(yùn)動(dòng)和性能要求。第4章EPS助力機(jī)構(gòu)選型計(jì)算第4章EPS助力機(jī)構(gòu)選型計(jì)算4.1EPS介紹隨著汽車尺寸、重量的增加，以及消費(fèi)者對(duì)于車輛性能和駕駛舒適性需求的提高，在傳統(tǒng)純機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的基礎(chǔ)上發(fā)展出了帶有助力機(jī)構(gòu)的助力轉(zhuǎn)向器。助力轉(zhuǎn)向器相較于傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向器，可以為駕駛員提供更好的駕駛舒適感，使得轉(zhuǎn)向操作更為輕便靈敏，也大大降低了重型車輛的操作難度。助力轉(zhuǎn)向器又經(jīng)歷了從液壓助力轉(zhuǎn)向到電控液壓助力轉(zhuǎn)向，再到電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的演變過(guò)程。相較于液壓助力轉(zhuǎn)向器，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器有著更高的控制和執(zhí)行精度，質(zhì)量、尺寸小，并且消除了液壓助力轉(zhuǎn)向器的車速與助力輸出功率之間的矛盾。同時(shí)由于EPS助力機(jī)構(gòu)有著較高的控制精度，也為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)車道保持、自動(dòng)泊車甚至自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供了硬件基礎(chǔ)。4.1.1EPS的優(yōu)點(diǎn)相較于無(wú)助力轉(zhuǎn)向，減小了駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)所需要的手力，減輕了駕駛員的行車疲勞度，一定程度上提高了車輛行駛的安全度相較于液壓助力轉(zhuǎn)向，EPS結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸、質(zhì)量小，效率高。控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)方便，控制精度高，可為駕駛員提供更好的助力特性?？梢元?dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作，助力特性不受發(fā)動(dòng)機(jī)工況影響，并且降低了油耗，提高了環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。4.1.2EPS的分類圖4.SEQ圖4.\*ARABIC1EPS分類在以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為基礎(chǔ)的EPS系統(tǒng)中，根據(jù)助力電機(jī)的布置方式和助力力矩的輸出位置不同，大致可歸分為轉(zhuǎn)向管柱助力式EPS（C-EPS）、小齒輪助力式EPS（P-EPS）和齒條助力式電動(dòng)助力EPS轉(zhuǎn)向器（R-EPS）。轉(zhuǎn)向管柱助力式助力機(jī)構(gòu)布置于轉(zhuǎn)向管柱上，助力力矩通過(guò)減速機(jī)構(gòu)施加于轉(zhuǎn)向管柱。常用于助力要求不高、體型較小的車型中。具有尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的優(yōu)點(diǎn)，但是由于距離方向盤較近，電機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)和噪聲較大，對(duì)駕駛員的操作手感產(chǎn)生影響，同時(shí)所能提供的助力力矩較小。小齒輪助力式助力力矩輸出于小齒輪上，點(diǎn)擊尺寸小，結(jié)構(gòu)更為緊湊，空間占用小，同時(shí)距離方向盤更遠(yuǎn)，振動(dòng)和噪聲對(duì)駕駛員影響較小。但是助力力矩較小，只適用于質(zhì)量較輕的小型車。在齒輪助力式（P-EPS）的基礎(chǔ)上，又演變出了雙小齒輪式（DP-EPS）助力轉(zhuǎn)向。其在P-EPS的基礎(chǔ)上，在齒條的另一端加入了一根額外的與齒條嚙合的齒輪軸，助力電機(jī)以和P-EPS同樣的方式將助力力矩輸出至該齒輪軸上。這種形式將助力機(jī)構(gòu)的振動(dòng)噪聲對(duì)駕駛員的影響降到了最低，但在不工作時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向效率有所影響。齒條助力式齒條助力式EPS的助力力矩是通過(guò)滾珠絲桿傳遞至齒條上的，具體又分為齒條平行助力式（RP-EPS）和齒條直接助力式（RD-EPS）。其中，齒條直接助力式EPS的助力電機(jī)直接環(huán)繞在齒條軸上，可以提供較大的助力力矩，振動(dòng)噪聲對(duì)駕駛員影響較小，并且采用了滾珠絲桿，效率較高。但是由于結(jié)構(gòu)的特殊性，電機(jī)的制造較為困難。齒條平行式轉(zhuǎn)向器同樣采用了滾珠絲杠對(duì)齒條施加助力，但助力電機(jī)平行布置于齒條軸外側(cè)，通過(guò)帶傳動(dòng)連接電機(jī)輸出和滾珠絲杠，它具備了RD-EPS的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)制造相對(duì)簡(jiǎn)單。4.2助力電機(jī)選型可用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)類型和特點(diǎn)如下：（1）直流有刷電機(jī)應(yīng)用用直流電源供電，通電的繞組在電機(jī)磁場(chǎng)內(nèi)受電磁力作用帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過(guò)180°后由電刷作用使繞組電流改變方向，使得繞組始終受到同一個(gè)方向的電磁力作用而持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。其控制簡(jiǎn)單、成本低，但輸出轉(zhuǎn)矩小，且繞組與電刷發(fā)生摩擦導(dǎo)致其壽命較短。（2）直流無(wú)刷電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有永磁體，電機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置傳感器接收轉(zhuǎn)子的位置信息，經(jīng)處理后按順序開(kāi)啟換流器晶體管，使電機(jī)線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子雙向轉(zhuǎn)動(dòng)。其制造成本低，但輸出力矩脈沖較大，在EPS系統(tǒng)中常導(dǎo)致駕駛員操作手感較差。（3）永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)的工作原理與直流無(wú)刷電機(jī)相似，其轉(zhuǎn)子位置控制精度更高，且工作平穩(wěn)、輸出力矩脈沖小、助力時(shí)駕駛員操作手感較好。（4）異步交流電機(jī)應(yīng)用三相交流電源供電，使三相定子中流入三相對(duì)稱電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩。其制造成本低，輸出轉(zhuǎn)矩大，但控制難度較高，難以保證控制精度。根據(jù)助力機(jī)構(gòu)輸出力矩需求較大，在助力工況下需保證駕駛員的操作手感，且在車道保持輔助主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)過(guò)程中需要實(shí)現(xiàn)較為精確的輸出轉(zhuǎn)角控制，最終選用永磁同步電機(jī)作為助力電機(jī)。4.3同步帶傳動(dòng)選型計(jì)算RP-EPS助力機(jī)構(gòu)通過(guò)同步帶傳動(dòng)將電機(jī)輸出的助力力矩傳遞至滾珠絲桿的螺母上。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取模數(shù)制同步帶參數(shù)：表4.SEQ表4.\*ARABIC1模數(shù)m節(jié)距p齒形角β齒根厚s齒高?1mm3.142mm40°1.44mm1.2mm帶高?齒頂厚s節(jié)頂距σ?guī)抌圓角半徑r1.2mm1mm0.25mm25mm0.1mm取小帶輪齒數(shù)z1? d1=外圓直徑： d10=齒槽深： ?g=齒槽底寬： bw=外圓齒槽寬： b0=式中：?：徑向間隙，0.41mmCm設(shè)計(jì)同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速比為3：1,得到大齒輪節(jié)圓直徑?4.4滾珠絲桿選型計(jì)算滾珠絲桿傳動(dòng)副可以將螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為齒條的直線運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用在其他場(chǎng)合中時(shí)也可根據(jù)需求調(diào)換運(yùn)動(dòng)件和固定件。此類傳動(dòng)具有摩擦阻力小、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)精度高、可傳動(dòng)載荷大的優(yōu)點(diǎn)。滾珠絲桿可以分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種形式內(nèi)循環(huán)式圖4.SEQ圖4.\*ARABIC2內(nèi)循環(huán)式滾珠絲桿內(nèi)循環(huán)式滾珠絲桿的滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終處于螺桿表面，通過(guò)改變螺母的螺紋形狀或安裝返回器墊塊形成滾珠的循環(huán)回路。內(nèi)循環(huán)式滾珠絲桿的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，滾珠回程較短，但加工難度較大，且承載較小，常應(yīng)用于小型精密儀器。外循環(huán)式圖4.SEQ圖4.\*ARABIC3外循環(huán)式滾珠絲桿外循環(huán)式滾珠絲桿指滾珠在循環(huán)過(guò)程中離開(kāi)螺桿表面，而在螺母內(nèi)部或外置循環(huán)管內(nèi)進(jìn)行回流。此類滾珠絲桿傳動(dòng)副尺寸較大，可用于傳動(dòng)載荷較大的場(chǎng)合。根據(jù)具體循環(huán)方式的不同，外循環(huán)式滾珠絲桿又有螺旋槽式和插管式等不同的形式。結(jié)合本設(shè)計(jì)中助力機(jī)構(gòu)的承載和結(jié)構(gòu)需求選用螺旋槽式滾珠絲桿。RP-EPS中的滾珠絲杠的螺桿與齒條軸為一個(gè)整體，根據(jù)齒條軸的尺寸信息和需傳遞的負(fù)載參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇螺桿參數(shù)：表4.SEQ表4.\*ARABIC2參數(shù)名稱螺紋外徑d螺紋底徑d滾珠直徑D數(shù)值2621.56.5參數(shù)名稱公稱直徑d導(dǎo)程角?導(dǎo)程數(shù)值27.56°9.5計(jì)算鋼球與螺紋間的接觸應(yīng)力： σ=k式中：R2：螺紋底徑半徑,r：滾珠半徑,3.25mmE:彈性模量，2.1×F3系數(shù)k通過(guò)A/B值（汽車設(shè)計(jì)）查表得出，有如下公式計(jì)算： A=1 B=1A式中R1k取0.4滾珠與螺桿間正壓力F3 F3=式中：n：參與工作滾珠數(shù)，52θ：滾珠接觸角，45°作用在螺桿上的軸向力F2等于主動(dòng)小齒輪的圓周力F F2=將數(shù)值代入公式（4.6）計(jì)算得到：σ滾珠絲桿接觸應(yīng)力滿足要求4.5本章小結(jié)本章主要介紹了基于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的EPS轉(zhuǎn)向器的不同助力形式和特點(diǎn)，確定了助力機(jī)構(gòu)的整體方案。逐步進(jìn)行了電機(jī)和滾珠絲杠選型計(jì)算，以及帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，保證了助力機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)車道保持功能中的主動(dòng)轉(zhuǎn)向輸出，扎實(shí)了車道保持輔助系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。

第5章EPS助力機(jī)構(gòu)選型計(jì)算第5章車道保持控制器設(shè)計(jì)和仿真5.1車道保持輔助系統(tǒng)（LKA）介紹5.1.1控制原理車道保持輔助功能需要EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合視覺(jué)傳感器、車速傳感器和轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩傳感器等各類傳感器和ECU協(xié)同實(shí)現(xiàn)。LKA控制器通常包括車道線識(shí)別、和主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)兩個(gè)部分。車道識(shí)別部分通過(guò)視覺(jué)傳感器對(duì)車道線進(jìn)行識(shí)別和建模，計(jì)算出車輛目前相對(duì)于車道中心的偏移量和偏航角度等數(shù)據(jù)并傳送至ECU。ECU通過(guò)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角傳感器判斷車道的偏離是否為駕駛員主動(dòng)操作造成，若在駕駛員轉(zhuǎn)向輸入的情況下車輛相對(duì)車道中心線的偏移量超過(guò)預(yù)定閾值且車速在LKA規(guī)定工作范圍內(nèi)，主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)將介入工作。主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)控制器利用傳感器傳回的車道偏移量和車速等信息計(jì)算出合適的轉(zhuǎn)向角度，并由EPS助力電機(jī)輸出至車輪。5.1.2控制算法車道保持輔助系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的首要功能就是保證車輛沿當(dāng)前車道中心線行駛，為此在需要使車輛距離車道中心線的偏移量盡可能小?？尚械目刂扑惴ò≒ID控制、Fuzzy模糊控制、LQR最優(yōu)控制、MPC模型預(yù)測(cè)控制、滑?？刂坪蜕窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)等。想要達(dá)到越高的控制精度就將需要越復(fù)雜的控制系統(tǒng)。本文選用原理較為簡(jiǎn)單的PID控制算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的車輛車道保持功能。為提升控制器的穩(wěn)定性，利用了兩級(jí)PID控制器分別對(duì)車輛的橫向偏移量和橫擺角速度進(jìn)行控制。5.2車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型建立圖5.SEQ圖5.\*ARABIC1汽車兩輪簡(jiǎn)化模型在車輛橫向控制設(shè)計(jì)中將車輛模型簡(jiǎn)化為兩輪模型。傳感器測(cè)得的車輛前方沿軸線方向距離前輪中心位置ls處的側(cè)向偏移距離yL動(dòng)態(tài)方程如下[6 yL=βv式中：β：質(zhì)心側(cè)偏角ν：車輛行駛速度r：橫擺角速度ψ：橫擺角度車輛側(cè)向平移運(yùn)動(dòng)方程： mνy+r式中：νy：車輛沿yνx：車速沿x向心加速度方程： Jr=lf式中：J：車軸垂向慣量lffsfσf前輪側(cè)向力： fsf=2式中：Cfaf后輪側(cè)向力： fsr=2式中：Crar af= ar=聯(lián)立上述式子建立汽車線性狀態(tài)空間模型： βrΨ a11=? a12=?1? a21=? a22=? b1= b1=式中：ρ：道路曲率5.3串級(jí)PID控制器設(shè)計(jì)5.3.1控制策略圖5.SEQ圖5.\*ARABIC2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本文采用串級(jí)PID控制的方法，用兩個(gè)PID控制器分別控制車輛的位置側(cè)偏量yL和橫擺角速度r其中車輛動(dòng)力學(xué)模型已由式子（5.8）定義，C1為內(nèi)環(huán)PID控制器，該級(jí)PID用于控制車道保持轉(zhuǎn)向過(guò)程中的橫擺角速度r，確保轉(zhuǎn)向過(guò)程的平順。C2為外環(huán)PID用于盡可能地消除車輛相對(duì)于車道中心線的側(cè)向位置誤差yL5.3.2Simulink模型搭建（1）車輛模型按照（5.8）中定義的車輛側(cè)向狀態(tài)空間方程在Simulink中搭建線性二輪車輛動(dòng)力學(xué)模型:圖5.SEQ圖5.\*ARABIC3Simulink車輛線性側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型將車輛模型封裝為子系統(tǒng)，系統(tǒng)輸入為前輪轉(zhuǎn)向角度σf和道路曲率ρ，輸出為車輛側(cè)向位置偏移量yL和車輛橫擺角速度圖5.SEQ圖5.\*ARABIC4Simulink車輛模型子系統(tǒng)（2）傳遞函數(shù)K在matlab工作區(qū)中定義合適的初始參數(shù)：表5.SEQ表5.\*ARABIC1CCJl4000040000600012llmν1.2711.6165015根據(jù)上述定義的車輛狀態(tài)空間方程，在matlab中輸入以下指令生成以期望橫擺角速度rda11=-(Cf+Cr)/m*va12=-1-(Cf*lf-Cr*lr)/m*v*va21=-(Cf*lf-Cr*lr)/Ja22=-(Cf*lf*lf+Cr*lr*lr)/J*vb1=Cf/m*vb2=Cf*lf/JA=[a11a1200;a21a2200;0100;vlsv0]B=[b1;b2;0;0]K=[0;0;-v;0]C=[0100;0001]D1=0D=[0;0]C1=[0100]sys_K=idss(A,B,C1,D1,K)sys_Ktf=tf(sys_K)得到轉(zhuǎn)換后的傳遞函數(shù)為：sys_Ktf=8.473z^-1+6960z^-21+1145z^-1+2.997e05z^-2根據(jù)得到的傳遞函數(shù)在Simulink中利用TransferFcn模塊建立轉(zhuǎn)角σ與期望橫擺角速度rd圖5.SEQ圖5.\*ARABIC5傳遞函數(shù)模塊(3)PID參數(shù)調(diào)節(jié)圖5.SEQ圖5.\*ARABIC6Simulink控制系統(tǒng)搭建圖示串級(jí)PID控制系統(tǒng)，期望側(cè)向偏移量yd道路曲率計(jì)算公式為： ρ=1為模擬車輛在半徑10米的左、右轉(zhuǎn)向彎道和直道路混合路段中行駛，設(shè)置道路曲率ρ輸入為數(shù)值為[00.10-0.1]，步長(zhǎng)為5s的循環(huán)。另外，為保證控制前輪轉(zhuǎn)角輸入量大小符合實(shí)際，在車輛動(dòng)態(tài)模型的轉(zhuǎn)角控制量σf輸入之前加入上下限為±35PID參數(shù)的調(diào)節(jié)遵循從內(nèi)到外的順序，各參數(shù)調(diào)節(jié)參照如下原則：輸出無(wú)波動(dòng)時(shí)，增大比例系數(shù)K輸出不波動(dòng)時(shí)，減小積分系數(shù)K輸出無(wú)波動(dòng)時(shí)，增大微分系數(shù)K根據(jù)控制后的車輛模型偏移距yL和橫擺角速度r與期望偏移距yLd和橫擺角速度rdKp1=40，Kp2=250，得到如下試驗(yàn)結(jié)果：圖5.SEQ圖5.\*ARABIC7橫擺角速度r控制結(jié)果圖5.SEQ圖5.\*ARABIC8側(cè)向偏移距yL控制結(jié)果5.4CarSim聯(lián)合仿真1.在車輛模型模塊中根據(jù)參考車型參數(shù)選取合適的CarSim仿真車輛模型，并已知的尺寸、質(zhì)量等參數(shù)以使仿真結(jié)果盡可能真實(shí)。2.在測(cè)試工況模塊中選擇合適的多彎道道路作為試驗(yàn)道路以驗(yàn)證車道保持系統(tǒng)的控制效果。利用CarSim內(nèi)置的DriverPreviewPoints模塊設(shè)置距離車輛前軸中心ls=12m的單點(diǎn)預(yù)測(cè)傳感器以對(duì)應(yīng)Simulink線性模型中的參數(shù)。該模塊可以識(shí)別并輸出車輛對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)點(diǎn)據(jù)道路中心線的側(cè)向偏移距離在駕駛工況中剔除CarSim預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)向和速度控制，之后由Simulink中的控制器輸入代替。3.在控制模塊中設(shè)定CarSim車輛模型的輸入?yún)?shù)為表5.SEQ表5.\*ARABIC2CarSim參數(shù)IMP_STEER_L1IMP_STEER_R1IMP_SPEED定義左前輪轉(zhuǎn)向角σ右前輪轉(zhuǎn)向角σ行駛速度ν輸出量為表5.SEQ表5.\*ARABIC3CarSim參數(shù)L_Drv_1AV_Y定義預(yù)測(cè)點(diǎn)側(cè)偏距離y橫擺角速度r將設(shè)定好的CarSim模型發(fā)送到Simulink控制器模型，并替換原模型中的車輛線性側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型。將控制器的轉(zhuǎn)向角控制量分別輸入CarSim模型的左、右前輪轉(zhuǎn)角，并設(shè)定車速控制量為常數(shù)65km/h。仿真結(jié)果如下：圖5.SEQ圖5.\*ARABIC9橫擺角速度仿真結(jié)果圖5.SEQ圖5.\*ARABIC10側(cè)向偏移距yL仿真結(jié)果5