停车AGV的优化设计与转向稳定性分析

摘要

随着我国经济与科学技术的不断发展，人们的生活品质稳步提高，汽车已成为人们生活中不可或缺的一部分。面对不断发展的汽车产业，如何保证汽车在城市中能够方便、快捷、可靠的停放，是目前大多数城市所面临的一个严峻问题。智能停车场作为解决此问题的有效途径，越来越受到相关研究者的青睐，而停车AGV作为其中的关键组成部分更是受到了人们的重视。 通过研究国内外停车AGV关键技术的发展现状和对其功能需求，本文完成了一款停车AGV的总体结构设计，包括导航方式的确定、驱动系统的选型、转向减振机构和夹持机构、车架结构的设计，进行了驱动系统动力性能分析。 对停车AGV整车结构进行了有限元分析。通过对弯曲工况和扭转工况的静力学分析，验证了整车结构的刚度和强度能够满足设计要求。对整车结构进行模态分析，根据分析结果提出结构改进方案，并验证了改进方案的有效性。 对停车AGV车架进行多目标拓扑优化。首先进行了静载工况的刚度和振动的固有频率的拓扑优化，综合考虑静态多工况和固有频率为目标的多目标拓扑优化。然后，采用折中规划法对所优化拓扑的综合目标函数进行分析，并根据拓扑优化后的结果重新进行设计分析，验证了拓扑优化结果的正确性，提高了整车结构的静动态性能。 最后，分析了停车AGV转向稳定性。研究了四轮转向系统状态空间表达式及其结构特性，研究了四轮转向的稳定性和基于滑模变结构的稳定性控制，并对车辆稳定性进行了仿真分析。结果表明，采用滑模变结构控制模式，可以提高停车AGV在转向过程中稳定性，停车AGV的质心侧偏角和横摆角速度的响应比采用PID控制模式时更理想。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外智能停车机器人发展现状

1.3 AGV研究现状

1.4 课题的来源和主要研究内容

第二章 停车AGV结构设计

2.1 整车结构设计

2.1.1 功能要求

2.1.2整车结构设计流程

2.2 导航方式

2.3 驱动系统设计

2.3.1 轮系结构的确定

2.3.2 驱动模块的结构

2.3.3 驱动系统动力分析

2.3.4 驱动电机的选型

2.4 转向减振结构设计

2.4.1 转向机构的设计

2.4.2 悬架系统的设计

2.5 夹持装置的设计

2.6 车架结构设计

2.7 本章小结

第三章 AGV整车结构有限元分析

3.1有限元分析理论

3.1.1 有限元理论

3.1.2 HyperWorks软件

3.2 停车AGV整车有限元模型的建立

3.2.1 模型的导入和清理

3.2.2 网格划分和连接模拟

3.3 整车结构静力学分析

3.3.1 工况设置

3.3.2 结果分析

3.4 整车结构模态分析

3.4.1 模态分析基本理论

3.4.2 模态分析

3.5 结构改进与评价

3.6 本章小结

第四章 停车AGV车架拓扑优化设计

4.1 拓扑优化理论

4.1.1拓扑优化数学模型

4.1.2 连续体拓扑优化的最小势能原理

4.2 停车AGV车架结构拓扑优化

4.2.1 初始结构的建立

4.2.2 基于刚度的拓扑优化

4.2.3 基于固有频率的拓扑优化

4.2.4 多目标拓扑优化

4.2.5 拓扑后的新结构

4.3 优化后的有限元分析

4.3.1 静力学分析

4.3.2模态分析

4.4 本章小结

第五章 AGV转向稳定性分析

5.1 四轮独立转向系统模型

5.1.1 四轮转向的模式

5.1.2 四轮转向系统模型的建立

5.2 四轮转向系统状态空间

5.2.1 状态空间表达

5.2.2 状态空间结构特性分析

5.3 四轮转向稳定性分析

5.3.1 建立四轮转向参考模型

5.3.2 基于滑模变结构的稳定性控制

5.3.3 仿真分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果