摘 要

本论文主要是围绕卡丁车改装智能车为中心,完成其纵向速度控制系统的设计工作。首先，在国内外汽车速度控制系统的设计基础上，对控制算法控制的车辆速度控制系统进行分析然后查阅相关文献和手册，通过数学分析和计算，初步得到相关模型参数。接着，对这些参数进行强度校核发现满足要求。然后，便利用三维绘图软件进行建模，得到卡丁车及其速度控制系统的模型。最后便是建立了PID控制、车辆速度控制系统的的整个系统的仿真模型，模拟了实际的速度曲线，发现有良好的控制效果。值得一提的是，在控制器的设计上，本文应用了速度控制和比例控制理论的控制理论，并分析了一系列问题的参数选择和设置问题。通过实际的控制曲线，最终确定控制器部分。

关键词：卡丁车改装；速度控制；智能车；PID控制

Abstract

This thesis mainly focuses on the go kart modified smart car as the center, to complete the design work of the longitudinal velocity control system. First of all, at home and abroad automobile speed control system was designed based on, to control algorithm to control the vehicle speed control system analysis and consulting related literatures and manual, through mathematical analysis and calculation, preliminary get the relevant model parameters. Then, the strength check of these parameters is found to meet the requirements. Then, make use of 3D graphics software modeling, and get kart speed control system model. Finally, the whole system simulation model of PID control and vehicle speed control system is established, and the actual speed curve is simulated and the results are found to have good control effect. It is worth mentioning that, in the design of the controller, this paper applies the theory of speed control and proportional control theory, and analyzes the parameters selection and setting of a series of problems. Finally, the controller part is determined by the actual control curve.

Keywords：Go kart modification；speed control；Intelligent vehicle；PID control

目录

第1章绪论 1

1.1选题的意义 1

1.2国内外研究现状 1

第2章卡丁车变速器的设计 3

2.1汽车参数的选择 3

2.2变速器设计应满足的基本要求 4

第3 章变速器传动机构布置方案 5

3.1 传动机构布置方案分析 5

3.1.1倒挡布置方案 5

第4章变速器设计和计算 7

4.1挡数 7

4.2传动比范围 7

4.3中心距A 7

4.4 外形尺寸 7

4.5 轴的直径 8

4.6 齿轮参数 8

4.6.1 模数的选取 8

4.7齿轮强度计算 9

4.7.1 齿轮弯曲强度计算 9

4.7.2 轮齿接触应力计算 11

第5章速度控制系统的简述 13

5.1汽车速度控制系统原理 13

5.2速度控制系统的分类 13

5.3速度控制系统的基本用途 13

第6章系统模型建立及性能分析 15

6.1汽车受力分析 15

6.2行驶汽车仿真模型 16

6.3动态性能和稳态性能指标 17

第7章PID控制器 19

7.1 PID控制简述 19

7.2 PID控制规律 19

7.3 PID作用分析 20

第8章系统仿真及结果分析 22

8.1 SIMULINK简介 22

8.2实验方案选择 22

8.2.1采用P控制 22

8.2.2采用PI控制 27

8.2.3采用PID控制 29

8.3实验结果分析 32

第9章 总结 34

参考文献 35

致谢 37

第 1 章 绪论

1.1选题的意义

随着人们生活水平的提高，汽车作为一种日常的代步工具走入了千家万户。人们在享受汽车所带来的方便的同时，也承受着汽车所带来的风险，如何有效地提高车辆的安全性能，已经成为了当前的一个研究热点。伴随着智能化的快速发展，人们越来越期待车辆具备自主驾驶能力，这样不仅可以有效地降低车辆所带来的安全风险，还可为人们节省更多的精力，同时车辆的智能化也可有效地解决交通拥堵问题，极大地提高交通的运行效率。此外，得益于当前的通信、控制及信息融合等技术的快速发展，人们也迫切期待将这些技术应用于汽车中，从而提高汽车的性能。针对上述的需求，智能车辆作为一种具备自主驾驶能力的智能化车辆受到了当今人们的关注，相应地对自主驾驶车辆研究投入了越来越多的精力。

而自主驾驶车辆纵向速度控制对于自主驾驶车辆控制来说至关重要，因为无论自主驾驶车辆进行何种操作，例如加减速、定速巡航、超车等都是以纵向速度的精确控制为前提的，可以说自主驾驶车辆速度的精确控制是实现自主驾驶的基础。正是由于自主驾驶车辆速度控制对于自主驾驶车辆研究所具有的重要性，学者们对其展开了大量的研究工作。正是由于车辆系统具有很高的非线性的特点，这给自主驾驶车辆的控制系统设计带来了很大的挑战，尤其当汽车以较高速度行驶时，需要控制器具有很离的控制精度。自主驾驶车辆的纵向速度控制主要是通过对车辆的节气口开度、制动压力的控制来获得期望的速度，其中涉及的动态系统主要有油门、刹车、发动机、变速器、传动系、轮胎及悬架，这也使得整个系统复杂且具有极强的非线性。同时，环境干扰等因素的变化也会给纵向速度控制带来一定的影响，例如路面坡度的变化、风阻的变化、车辆质量的改变等，因此这就要求所设计纵向速度控制系统具有较强的鲁棒性。

1.2国内外研究现状