汽車駕駛機(jī)器人智能控制及其半實(shí)物仿真平臺(tái)研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人類對(duì)汽車的性能要求越來越高，這就需要借助于大量的試驗(yàn)來改進(jìn)設(shè)計(jì)。而汽車試驗(yàn)中的許多項(xiàng)目，由于重復(fù)性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、危險(xiǎn)性大、工作環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此更適合由機(jī)器人來代替試驗(yàn)人員進(jìn)行汽車試驗(yàn)。利用駕駛機(jī)器人代替人類駕駛員進(jìn)行汽車試驗(yàn)對(duì)于減輕試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低試驗(yàn)環(huán)境對(duì)試驗(yàn)人員的傷害，節(jié)省試驗(yàn)費(fèi)用，提高試驗(yàn)效率，增強(qiáng)試驗(yàn)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確度，消除人為因素的影響，進(jìn)而加速汽車研發(fā)進(jìn)度都有重要的意義。
　

2、　 本文以汽車排放耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)項(xiàng)目為背景，以增強(qiáng)駕駛機(jī)器人的車輛性能自學(xué)習(xí)能力，提高駕駛機(jī)器人的車速跟蹤精度，改善與提高駕駛機(jī)器人駕駛車輛的品質(zhì)為目標(biāo)開展了相關(guān)的研究工作。本文的主要研究?jī)?nèi)容及成果包括：
　　 1、對(duì)汽車駕駛機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。給出了汽車駕駛機(jī)器人的基本要求和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)研究了汽車駕駛機(jī)器人油門機(jī)械腿、制動(dòng)機(jī)械腿、離合器機(jī)械腿和換擋機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)方式，并給出了各機(jī)械腿/手的主要技術(shù)指標(biāo)，完成了

3、汽車駕駛機(jī)器人的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制軟件設(shè)計(jì)和抗干擾設(shè)計(jì)。
　　 2、對(duì)汽車換擋規(guī)律和換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)與駕駛機(jī)器人換擋控制進(jìn)行了研究。針對(duì)目前換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)方法的不足，提出了一種基于證據(jù)理論和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)方法。運(yùn)用主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法，通過證據(jù)理論對(duì)不同駕駛員給出的主觀評(píng)價(jià)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，通過模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)由儀器測(cè)得的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和經(jīng)證據(jù)合成后的相應(yīng)主觀評(píng)價(jià)構(gòu)成的樣本向量進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，建立了換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。計(jì)算

4、和試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法克服了主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)各自的缺點(diǎn)，能客觀、準(zhǔn)確、有效地評(píng)價(jià)換擋品質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)汽車駕駛機(jī)器人擋位決策的智能化，提出了一種汽車駕駛機(jī)器人模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)換擋控制方法。仿真結(jié)果表明，汽車駕駛機(jī)器人換擋模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制仿真擋位與試驗(yàn)擋位基本保持一致，該方法可根據(jù)操作工況環(huán)境實(shí)現(xiàn)正確的汽車駕駛機(jī)器人擋位控制。
　　 3、對(duì)汽車性能自學(xué)習(xí)與汽車駕駛機(jī)器人多機(jī)械手協(xié)調(diào)控制進(jìn)行了研究。為了縮短汽車駕駛機(jī)器人在不同

5、車況下以及對(duì)不同車型的適應(yīng)性調(diào)整時(shí)間，提出了一種用于汽車駕駛機(jī)器人的車輛性能自學(xué)習(xí)方法。對(duì)影響駕駛機(jī)器人駕駛行為的不同車型車輛尺寸和汽車性能參數(shù)進(jìn)行自學(xué)習(xí)，對(duì)因長(zhǎng)時(shí)間駕駛引起的控制參數(shù)變化進(jìn)行在線優(yōu)化，以補(bǔ)償長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)過程中汽車零部件的磨損。試驗(yàn)結(jié)果表明，提出的方法實(shí)現(xiàn)了駕駛機(jī)器人的自學(xué)習(xí)、自校正、自補(bǔ)償，提高了駕駛機(jī)器人對(duì)不同車型和不同車況的自適應(yīng)能力。為了實(shí)現(xiàn)汽車駕駛機(jī)器人油門機(jī)械腿、離合機(jī)械腿、制動(dòng)機(jī)械腿和換擋機(jī)械手的綜合協(xié)調(diào)控制

6、，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)先設(shè)定的循環(huán)行駛工況的車速跟蹤，建立了汽車駕駛機(jī)器人遞階控制模型體系結(jié)構(gòu)，提出了一種汽車駕駛機(jī)器人多機(jī)械手協(xié)調(diào)控制方法，設(shè)計(jì)了油門/離合器協(xié)調(diào)控制器和油門/制動(dòng)器切換控制器。試驗(yàn)結(jié)果表明，提出的方法能合理協(xié)調(diào)控制汽車駕駛機(jī)器人換擋機(jī)械手和油門、制動(dòng)、離合機(jī)械腿，使駕駛機(jī)器人可以模擬一個(gè)熟練駕駛員的手腳協(xié)調(diào)操作能力。
　　 4、深入研究了汽車駕駛機(jī)器人車速跟蹤控制策略問題。針對(duì)傳統(tǒng)PID控制在用于汽車駕駛機(jī)器人時(shí)存在

7、的不足，為了實(shí)現(xiàn)駕駛機(jī)器人對(duì)給定循環(huán)行駛工況的車速跟蹤，提出了用于駕駛機(jī)器人車速跟蹤的智能控制方法：模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，建立了能夠滿足實(shí)時(shí)控制的汽車駕駛機(jī)器人車速跟蹤模糊控制系統(tǒng)。仿真及試驗(yàn)結(jié)果表明，車速跟蹤模糊控制方法具有良好的實(shí)時(shí)性和較強(qiáng)的抗干擾能力，在用于駕駛機(jī)器人車速跟蹤控制時(shí)在線的計(jì)算量是很少的，能夠滿足實(shí)時(shí)控制的要求，但模糊控制規(guī)則及隸屬度函數(shù)比較難以獲得；車速跟蹤神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法收斂速度快，具有很強(qiáng)的

8、自學(xué)習(xí)能力，但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)語言信息的處理比較欠缺，不能利用已有的駕駛員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)；車速跟蹤模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法既具有模糊控制善于利用專家語言信息的優(yōu)點(diǎn)，又具備神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)能力的優(yōu)點(diǎn)，明顯提高了駕駛機(jī)器人車速跟蹤的精度，能精確跟蹤給定的目標(biāo)車速，駕駛機(jī)器人達(dá)到了熟練駕駛員的駕駛水平。
　　 5、設(shè)計(jì)了汽車駕駛機(jī)器人駕駛性能評(píng)價(jià)半實(shí)物仿真平臺(tái)。由于在實(shí)際車輛上進(jìn)行調(diào)試存在危險(xiǎn)，在半實(shí)物仿真平臺(tái)中，實(shí)際車輛由汽車縱向動(dòng)力學(xué)數(shù)