多轴车辆电液伺服转向系统效率分析及控制策略研究

发布时间：2020-11-21 16:02

　　 多轴车辆是国防军事现代化和民用基础设施建设所必备的大型工程装备。随着我国经济的发展,多轴车辆的市场需求量逐年增加。多轴转向系统作为多轴车辆核心系统之一,其性能直接制约着车辆稳定性、灵活性和高效性,现已成为衡量现代化大型轮式车辆研发水平的重要标志。因此,深化多轴转向技术的基础理论研究,提高多轴车辆的转向性能,改善多轴转向系统的诸多缺陷,持续推进多轴车辆核心技术的突破意义重大。多轴转向性能的关键在于其驱动性能和动态转向性能,电液伺服转向因能兼顾大负载及高精度动态转向而备受青睐。然而,现有电液伺服转向系统工作效率低下问题却严重限制了其技术的突破。因此,本文基于电液伺服转向系统理论研究,通过分析转向系统的效率特性,研究设计一种泵阀复合控制策略,旨在实现转向系统的节能高精度控制。首先,基于转向系统物理模型及基本原理,建立单桥电液伺服转向系统效率理论模型。基于拉格朗日动力学方程,建立转向机械结构非线性数学模型;构建阀控双转向助力缸液压控制系统数学模型,并获得系统重要元件工作压力之间关系的数学描述;针对系统能耗主体的液压控制系统效率进行理论研究,建立电液伺服转向系统效率数学模型。其次,基于转向系统效率数学模型,分析系统的静态效率特性。构建单桥电液伺服转向系统静态效率模型,分析机械结构对系统静态效率的影响程度,建立系统静态效率简化模型;分析多工况下系统的静态效率,揭示系统的基本效率特性;结合系统关键参数对静态效率的影响分析,明确系统关键参数对效率的影响规律。然后,基于转向系统静态效率分析结果,设计基于泵阀复合控制的节能高精度控制策略。围绕电液伺服转向系统节能降耗的核心问题,改进现有转向系统,设计相应的节能控制策略；结合节能控制与传统PID控制策略,提出一种泵阀复合控制策略,建立系统复合控制综合模型;基于遗传算法整定PID参数,实现电液伺服转向系统的节能高精度控制。最后,搭建单桥电液伺服转向试验系统,验证转向系统效率理论模型的准确性。设计转向系统静态效率测试方案,结合MLC控制器和LabVIEW数据采集系统,搭建电液伺服转向试验系统;对比系统静态效率实测结果与仿真分析结果,验证转向系统效率数学模型的准确性;研究实际工况下系统关键参数对效率的影响规律,明确其对效率的影响程度。本文的创新之处在于,建立单桥电液伺服转向系统效率理论模型,结合实际加载工况分析多工况下系统的静态效率,揭示系统的基本效率特性,为系统的节能高精度控制提供理论指导;针对系统效率低下的核心问题,设计基于泵阀复合控制的节能高精度控制策略,兼顾转向系统控制精度与工作效率,实现电液伺服转向系统的节能高精度控制。
【学位单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TJ810.3;U463.4
【部分图文】：

??电液伺服转向系统机械结构数学建模??对于多轴车辆而言，整车转向系统由相互独立的单桥电液伺服转向系统组成并制了能够更好的获得电液伺服转向系统的基本特性及相关规律，进而指导现有转向系计与优化，建立较为准确的单桥电液伺服转向系统数学模型是十分必要的，下文将转向系统的机械结构进行建模。??．１转向系统机械结构基本原理??由于多轴车辆的转向阻力矩较大，使得电动液压式助力转向系统难以满足其转向统液压式多轴转向系统虽可提供较大的驱动力，却不能获得较高的转向精度；面辆所需要的多轴转向模式，机液助力转向系统也难以胜任。而电液伺服转向系统实现单桥独立控制，控制效果优秀，并能够结合先进的控制算法，获得极高的模速度与转向精度，使得其备受多轴车辆的青睐。如图２－１所示为单桥电液伺服转向结构图。??

可以通过对后桥中某一轴的转向系统进行针对性的分析，进而即可更容易的获得整??个多轴车辆转向系统的基本特性。??从图２－１中可知，电液伺服转向系统主要由轮胎、轮穀、转向节、转向节臂、横向拉??杆、车桥、转向助力缸组成。因为轮胎和轮毂固连，轮毂和转向节固连，转向节和转向节??臂有着相同的运动，所以转向桥的转向过程为：首先，双侧转向助力缸输出力矩作用于转??向节臂，从而驱动转向梯形机构运动；然后，再由转向节和轮毂带动轮胎的转动，转向至??预期的转角。??２．１．２转向系统机械结构的数学模型??为了便于对单桥转向系统机械结构建模，故忽略其次要结构而将其结构简化为如下图??２－２所示。设右侧轮胎绕主销转动的转角为左侧为ａ，且假设轮胎向左转为正方向，并??选择以右侧轮转角为自变量，此时可知当向左转时转角０＾０，而当向右转时转角Ｐ＜〇，进??而可得到左右轮转角之间的关系，如式（２－１）所示。而无论转向系统处于右转工况亦或是??左转工况

本文所述的电液伺服转向系统不仅结构紧凑，同时其采用恒压式变量泵，可由发动机??直接驱动，并且易于与高精度控制策略相结合，进而获得高精度的转向性能，具有良好的??工程应用价值及应用前景。如图２－３所示为电液伺服转向系统的液压原理图，其主要组成??部分为：液压泵１、安全阀２、电磁换向球阀３、伺服比例阀４、电磁换向阀５、液控单向??阀６和７、溢流阀８和９、左转向助力缸１０、右转向助力缸１１、转角传感器１２。??０?＾?；?１?液压泵??ＡｆｅｊＬ．?ｒ－＾ｒ＼?２?安全阀??￣?；?＇?１?Ｉ?３?电磁换向球阀??－?．十＾￣１?ｊ?４伺服比例阀??８?ｎ?６?７?Ｅ３￣ｆ?５电磁换向阀??６、７液控单向阀??：｜［￣８、９?溢流阀??ｒｒＣＴｌＷ?１０左转向助力缸??．污，３?４?ｊ?丨Ｉ、?１１右转向助力缸??，￣２?（ｂ｛?，?１２转角传感器??Ｉ?Ｉ??图２－３电液伺服转向系统液压原理图??该液压系统主要具有伺服控制功能、电液锁定功能和手动应急功能三个功能，具体工??作原理如下：??（１）
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本文编号：2893256