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无人驾驶电动赛车线控制动系统研究

任建平  
【摘要】:线控化底盘是实现无人驾驶的基本条件,线控制动系统是研究线控化底盘的重要组成部分。本文依托于2017年辽宁省重点研发计划指导计划项目(2017106020)、辽宁省高等学校国(境)外培养项目(2018LNGXGJWPY-YB014),以辽宁工业大学无人驾驶电动赛车为研究对象,对无人驾驶电动赛车线控制动系统进行研究。课题研究内容主要包含以下几个方面:(1)无人驾驶电动赛车线控制动系统执行机构设计。中国大学生无人驾驶方程式大赛规则规定,赛车必须保留有人驾驶模式,据此设计基于原有制动机构的线控制动执行机构,执行机构主要包括制动电机、电机摇臂、推杆、踏板连接架。为避免无人驾驶电动赛车在有人驾驶状态时与线控制动机构发生干涉设计了空行程机构,并通过ANSYS有限元分析对电机摇臂、推杆、踏板连接架进行强度分析,保证设计的线控制动系统执行机构的可靠性。(2)无人驾驶电动赛车紧急制动系统开发。中国大学生无人驾驶方程式大赛规则规定,赛车必须具备遥控急停与紧急制动的功能,据此设计遥控急停控制器(RES)与紧急制动控制器(EBS)。内容主要包括遥控急停控制器(RES)发送端与车载接收端的电路设计、电路板开发、程序编写,紧急制动控制器(EBS)的电路设计、电路板开发、程序编写,并对无人驾驶电动赛车紧急制动系统控制策略进行研究。(3)无人驾驶电动赛车线控制动控制策略与速度控制研究。研究了一种可以实现赛车在有人或无人驾驶状态下良好制动的线控制动控制策略,并采用增量式PID算法实现了对无人驾驶电动赛车的速度控制。(4)无人驾驶电动赛车再生制动控制策略研究。根据赛车当前制动强度、车速、动力电池SOC值,采用并联制动力分配策略,对无人驾驶电动赛车再生制动力与摩擦制动力进行合理分配。应用车辆动力学仿真软件Car Sim搭建赛车整车动力学模型,并针对几种典型工况进行MATLAB/Simulink与Car Sim的联合仿真,仿真结果表明:该策略可以对赛车制动时产生的再生制动能量进行有效的循环利用。本文研究的无人驾驶电动赛车线控制动系统具有可靠性与安全性,研究成果应用于无人驾驶电动赛车仿真实验与实车实验。实验结果表明:论文研究的无人驾驶电动赛车线控制动控制策略具有良好效果。应用研究成果的无人驾驶电动赛车在2019年中国大学生无人驾驶方程式大赛中取得优异成绩。


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