基于横向拉杆可控的多轴车辆电液伺服转向特性研究

发布时间：2020-10-08 22:19

　　多轴轮式车辆因其动力性能强和承载能力高,广泛应用于军事、电力、高铁和风电等领域,随着我国经济的快速发展而需求量大。多轴转向系统是多轴车辆的核心系统之一,其性能直接决定着多轴车辆的操控稳定性与行驶安全性,已成为评价各国现代大型轮式车辆发展水平的关键技术之一。因此,高性能多轴车辆转向系统的研究有着重要的现实意义。由于传统转向梯形机构为单自由度结构,转向时无法实现全轮纯滚动转向,这使得轮胎在大角度转弯时出现磨损,严重影响整车的转向特性,并且无法精确满足多轴车辆多种模式转向需求。因此,本文提出一种横向拉杆可控的二自由度转向系统,为纯滚动转向创造条件,并全面分析其系统特性。首先,基于转向梯形结构几何关系,获取左、右轮转角数学描述;对比纯滚动转向运动与传统转向运动,分析转向梯形机构不能实现纯滚动转向的原因;结合不同转向模式的转向特性,进一步证明传统转向系统的局限性。其次,详细描述转向梯形变结构和二自由度转向液压系统的设计原理;基于虚功原理,进行横向拉杆受力分析,并建立了 Simulink横向拉杆受力求解模型,发现横向拉杆在转向过程作往复运动其受力却始终受拉,仅当左、右侧负载差距极大时受压;根据横向拉杆受力规律,优化设计横向拉杆伸缩缸的结构尺寸;根据所选液压缸,提出横向拉杆缸总成具体设计方案。然后,基于拉格朗日方程,建立转向系统机械结构的非线性动力学模型;针对阀控液压缸,建立液压控制系统的流量连续性方程;基于机械结构与液压系统数学模型,成功建立单轴二自由度转向系统Matlab/Simulink模型,并分析关键参数对系统特性的影响。最后,基于二自由度转向系统原理,建立转向系统AMESim仿真模型;基于仿真模型,分析横向拉杆缸控制目标、液压系统泵源压力、轮胎负载对电液伺服转向系统的影响规律;对比Simulink模型与AMESim模型的分析结果,验证数学模型的正确性。本文的创新之处在于,基于虚功原理,获取横向拉杆受力规律,为横向拉杆的设计提供参考;建立了包含机械结构、液压系统和的单轴二自由度电液伺服转向系统数学模型,有助于电液伺服转向系统的分析与控制;建立二自由度转向系统AMESim仿真模型,探究转向系统特性,为系统的优化设计及模型验证提供参考。
【学位单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.4
【部分图文】：

转向机构,转向轮,转向梯形机构

２．邋１转向梯形机构运动学分析逡逑在传统重型多轴车辆中，使用转向梯形机构，进而约束两侧转向轮，实现整车可靠转逡逑向，如图２－１所示转向桥转向机构的平面简图，其自由度为ＤＯＦ＝３ｘ３—２ｘ４＝ｌ。逡逑＼、逦■—逡逑ｒｚｒ＾＼逦．ｖｆ逦（逡逑（＼邋＼邋Ｃ逦Ｌｃ0逦Ｄ邋＼邋＼邋＼逡逑＼＼＼ＳＺＺ＾｜Ｖｒ逡逑广卜、／逦Ｂ逦７邋；逦Ｔｘ逡逑＼邋＼Ａ逦Ｂ＼逦＼逡逑＼逦＼逦＼逦＼逡逑＼逦＼逦＼逦＾逡逑ＬｉＪｊ逡逑图２－１转向机构简图逡逑为了分析简便，忽略转向轮的几何尺寸，将转向轮受到的转向阻力等效至转向臂上的逡逑转向阻力矩，将图２－１进一步简化，进而画出梯形机构的结构简图如图２－２所示。逡逑Ｉ邋／ｄ逦—邋￣邋￣＇逦逦逦逦邋逦逦ｃ＼邋１逡逑；＞逡逑Ａ逦Ｂ逦６逡逑？邋？逡逑图２－２梯形结构简图逡逑由上图可得左侧转角的表达式为：逡逑ａ邋＝邋Ｓ－（ｙ￣９）邋＝邋Ｓ－＼－９－／逦（２－１）．逡逑８逡逑

梯形结构,转角,表达式,转向轮

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＼ｈ＾ｍｓ＼ｎ｛ｙ－Ｐ）逡逑＼邋Ｎ２邋＝Ｂ：邋＋ｍ２邋－邋２邋ｃｏｓ（／邋－邋／３）逡逑整理可得逡逑乻句＋ａｒｃｓｉｎ（；所灼逦｝＿ｒ逦（２．４）逡逑２ｍｙ］Ｂ２邋＋ｍ２邋－２Ｂｍｃｏｓ（／￣邋／３）逦＾Ｂ２邋＋ｍ：邋－２Ｂｍｃｏｓ（／－／３）逡逑由上式可知左轮转角与右轮转角关系由转向梯形结构的几何尺寸所决定，若转向结构逡逑几何尺寸固定则《与Ｐ之间的关系也随之固定。因此，可以得知转向梯形结构左、右逡逑角关系是固定不变的，其关系由几何结构所决定。逡逑纯滚动转向运动学分析逡逑若要保证整车全轮纯滚动且无滑移现象，则车辆的行驶应符合阿克曼原理１４１］。车辆的逡逑都是围绕着瞬时转动中心的圆周运动，一般情况下，车身每部分的转向半径和瞬时转逡逑度都是不相同的。因此车辆不同轴转向轮及同轴不同侧转向轮的转向半径和瞬时转向逡逑也是不相同的，其均应符合阿克曼原理。逡逑

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