基于激光测距技术的智能汽车静态转向测控系统研究

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转向系统是智能汽车的重要组成部分,是汽车转向控制的执行机构,转向系统的稳定性和可靠性直接决定智能汽车运动轨迹的控制精度。本文针对智能汽车转向系统的测量设备和标准不完善等问题,依托国家重点研发计划项目子课题“全息交通状态重构与车辆群体协同控制测试验证”(2018YFB1600605),采用CAN通信控制转向及激光传感器测量转向轮偏转角的方法,开展对智能汽车静态转向测控系统的研究。本文对智能汽车转向系统进行了分析,完成了测控系统的方案制定、试验装置选型、软件编程和试验验证。首先,确定了转向测控的研究方法和功能需求,分别以测量系统和控制系统作为子系统展开研究,提出了具体的实施方案;其次,将直射式三角法作为距离测量方式,确定了激光传感器的空间位置,完成了测控系统试验设备的搭建与调试;再次,改进了递推平均滤波算法,并使用激光传感器实测数据对滤波效果进行了验证,结合生产者-消费者模型实现了转向盘转角和转向轮偏转角的实时测量,使用Lab VIEW完成上位机编程,实现了转向指令的发送,对测量设备进行控制、信号采集及算法实现;最后,分别对控制系统和测量系统进行了实车试验,通过对比不同激光传感器距离的标定结果,验证了激光传感器理论间距的可行性,分别以左右转向轮作为试验的目标轮进行测量,验证了系统的通用性,将采集到的离散数据拟合为函数曲线,评价该标定方法的有效性,确定了以3阶Fourier拟合的方式对转向盘和转向轮的转角关系进行拟合,通过分析拟合结果,验证了Fourier拟合的合理性。试验结果表明,智能汽车静态转向测控系统的控制步长为5°时,最大跟踪误差为3.2°,平均相对误差为0.0082,平均响应时间为0.24s,能够快速准确地完成发送转向指令。标定转向极值的重复性误差为±0.5°,重复性试验的方差最大值为0.147;输入主销偏置量时,转向测量误差在±0.5°以内,主销偏置量使用缺省值时,综合阿克曼转向不足的影响,非目标轮误差在1°以内。转向关系拟合曲线的2及2((6(95)0)(9)均在99.90%以上,能够满足转向测控及转角标定要求。
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