基于无人驾驶的电动汽车电机-变速器一体化系统研究

摘要

随着经济和社会的不断发展，汽车数量的增多从而引发的一些社会问题也日益突出，比如交通拥堵、驾驶安全、能源紧张、环境污染等。无人驾驶车辆，涉及环境感知、计算机科学、机器人技术以及车辆工程等交叉学科，是各种新兴技术的综合载体，也是目前全球前瞻性研究的重点方向。在新能源汽车基础上研发的无人驾驶汽车对我国建设环保型和节约型社会有很大的帮助，同时符合《中国制造2025》中对智能网联汽车和新能源汽车的战略目标要求。因此，研究基于电动汽车平台的无人驾驶汽车具有广泛的科学意义和现实价值。
　　目前国内外研究人员更多地把研究重点放在无人驾驶技术上层系统算法的研究当中。这在研究的早期阶段起到了积极的作用，但是在整车的动力性、稳定性及上层系统与下层驱动系统的融合方面存在着许多问题，本文研究的无人驾驶汽车驱动系统一体化系统是依托安徽省自然科学基金资助项目“电动车辆电机-变速器耦合控制与换挡品质优化研究”和安徽省科技重大专项计划项目“智能纯电动汽车整车控制器关键技术研究”，对基于无人驾驶的一体化电驱动系统的控制策略进行了系统深入的研究，为研究无人驾驶驱动系统的控制方法提供了参考，主要研究内容如下:
　　首先，搭建系统整体架构并模拟无人驾驶汽车上层系统中环境感知模块的工作，对视觉传感器采集到的环境图像进行处理，识别出障碍物，分析研究无人驾驶汽车的踏板伺服机构;其次，对基于无人驾驶的电驱动系统进行了结构选型与参数匹配，制定适用于无人驾驶汽车的换挡规律;再次，结合对永磁同步电机(PMSM)控制方法的研究，制定了底层电驱动系统一体化控制策略，运用仿真软件，搭建基于无人驾驶的纯电动汽车整车及动力系统模型并离线仿真，研究策略的可行性及换挡品质的影响因素;最后，根据控制策略的功能要求，对底层电驱动系统的一体化控制器进行硬件设计及软件调试，并搭建试验台架进行验证。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外无人驾驶车辆及动力系统一体化研究现状

1．2．2 国内无人驾驶车辆及动力系统一体化研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 研究的目的与意义

第二章 整体架构设计及无人驾驶上层系统研究

2．1 系统整体架构设计

2．2 无人驾驶环境感知系统研究

2．2．1 环境感知传感器类型及特性

2．2．2 车载视觉传感器的图像处理

2．3 障碍物图像离线处理

2．3．1 图像灰度化

2．3．2 感兴区域提取

2．3．3 感兴区域二值化

2．4 纵向踏板伺服机构研究

2．5 本章小结

第三章 无人驾驶底层一体化驱动系统研究

3．1 电驱动系统研究

3．1．1 驱动电机类型及特性

3．1．2 自动变速器类型及特性

3．2 电驱动系统参数匹配

3．2．1 驱动电机参数设计

3．2．2 自动变速器参数匹配

3．2．3 参数小结

3．3 基于无人驾驶工况的换挡规律制定

3．3．1 基于无人驾驶的换挡规律分析

3．3．2 自动换挡规律的分类

3．3．3 基于无人驾驶的换挡规律制定

3．4 PMSM控制方法研究

3．4．1 建立PMSM数学模型

3．4．2 PMSM基本控制方法

3．5 底层驱动系统一体化控制研究

3．5．1 PMSM控制方法设计

3．5．2 一体化控制策略的制定

3．6 本章小结

第四章 一体化驱动系统仿真及换挡品质分析

4．1 一体化系统模型搭建

4．1．1 踏板模型

4．1．2 PMSM模型

4．1．3 换挡模型

4．1．4 系统动力学模型

4．2 仿真分析

4．3 一体化系统换挡品质分析

4．3．1 换挡过程的动力学模型分析

4．3．2 换挡品质研究

4．3．3 换挡品质仿真分析

4．4 本章小结

第五章 底层一体化控制器设计及台架试验

5．1 一体化控制器整体架构开发

5．1．1 一体化控制器的功能分析

5．1．2 一体化控制器的设计标准

5．1．3 一体化控制器的硬件架构

5．2 一体化控制器硬件部分设计

5．2．1 主控芯片选型

5．2．2 最小系统电路

5．2．3 外围功能电路

5．3 一体化控制器软件开发环境

5．4 台架试验

5．4．1 试验前期准备

5．4．2 试验步骤

5．4．3 总结分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 本文创新点

6．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果