单自由度铰接轮式越野车辆静压驱动系统研究

发布时间：2017-09-06 19:06

  本文关键词：单自由度铰接轮式越野车辆静压驱动系统研究

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【摘要】：面向复杂非结构化环境的多功能越野平台一直以来是研究的热点问题之一。本文基于校企合作项目—“单自由度铰接轮式越野车辆开发”展开研究,针对轮式越野车辆行驶的复杂环境提出了布置灵活、可切换驱动模式的静压驱动方案,包括发动机—变量液压泵—四并联液压马达、发动机—变量液压泵—左右串并联液压马达、发动机—变量液压泵—四串联液压马达三种驱动模式,分别对应越野车辆低速、中速和高速的行驶要求,以适应越野车辆复杂非结构地形的行驶要求。针对所提出的静压驱动方案,本文运用数学建模、试验、1D+3D仿真分析、实验验证等手段,开展了以下工作:(1)在分析不同契合形式的液压传动特性的基础上,详细分析了可切换模式的变量泵—多定量马达驱动形式的优缺点,针对行驶路面附着系数不同所导致的“打滑”和车轮行驶路径不一致所导致的“拖滑”现象,本文提出了基于液阻技术的牵引力均衡控制方案。(2)通过建立静压传动装置的数学模型,分析发动机工作高效区、静压传动装置(变量泵和定量马达)传动效率,确定静态的系统参数匹配原则以保证发动机工作于调速区并使其工作点接近额定功率点,提出了在定油门开度下与转速相关的变量泵控制策略,并根据系统压力对行走马达组合方式进行自动控制以调整发动机工作点。(3)转向行驶是轮式车辆车轮行驶路径出现差值的典型工况,本文在对行走系统运动学、动力学分析的基础上,研究了转向行驶过程中静压驱动系统各个驱动马达的功率分配特性,由偏转前轮转向和四轮转向过程中各个车轮驱动功率的差异性引出了基于液阻技术的牵引力均衡控制系统;分别分析了低速、中速行驶工况下牵引力均衡节流孔R1和R2的位置,以及转向过程中传动装置的流量分配特性;同时兼顾行走装置的打滑问题和行走路径不一致问题,提出了转向过程中基于压差控制可变节流孔的牵引力均衡控制策略。(4)对变量泵的效率进行了试验研究,为仿真分析提供依据。运用AMESim软件对发动机、液压传动系统和各个控制单元进行了建模,对较为复杂的轮胎—路面模型,本文采用LMS Virtual.Lab Motion软件进行建模,进行多物理场联合仿真,从而对所研究的轮式铰接越野车辆进行精度更高的定量分析。(5)结合理论分析与仿真研究,提出发动机—可变模式静压传动装置的匹配方法,即与油门开度和发动机转速相关的变量泵排量控制策略。仿真结果表明:起步、加速、爬坡过程中变量泵的效率高于77.5%,变量泵的NFPE控制具有防发动机熄火功能,通过对油门开度的控制可实现静压制动功能。(6)基于LMS Virtual.Lab Motion软件建立整机的Motion模型,并与AMESim模型进行联合,分析转向行驶过程中牵引力均衡控制的适用性,验证单侧车轮打滑时牵引力均衡控制的有效性,并分析了节流孔大小对牵引力均衡控制系统的影响。研究表明本文所提出的牵引力均衡控制方案可有效消除中低速转向过程中的寄生功率,在直线行驶过程中为保证牵引力均衡控制、避免附着系数不一致导致车体偏转,应设置节流孔直径为1mm的结论。最后,本文通过实验方式对实际转向过程中牵引力均衡控制特性进行了分析,验证了仿真模型的正确性。
【关键词】：轮式越野车辆 静压驱动 牵引力均衡 联合仿真
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 本文研究的背景和意义12-14
• 1.2 轮式高性能越野平台发展概况14-16
• 1.3 静压驱动技术发展概况16-21
• 1.3.1 静压驱动控制技术概况16-18
• 1.3.2 牵引力均衡控制发展概况18-21
• 1.4 静压驱动系统功率特性研究概况21
• 1.5 本文研究内容21-24
• 第2章 可切换模式静压驱动系统理论分析24-40
• 2.1 单自由度铰接轮式越野车辆驱动系统原理24-27
• 2.2 静压传动系统数学模型27-30
• 2.2.1 发动机数学模型27-28
• 2.2.2 变量泵-定量马达系统数学模型28-30
• 2.3 静压传动装置与发动机匹配研究30-38
• 2.3.1 发动机性能分析30-31
• 2.3.2 静压传动性能分析31-34
• 2.3.3 发动机与传动装置匹配研究34-38
• 2.4 本章小结38-40
• 第3章 行走系统理论分析40-58
• 3.1 行走系统运动学分析40-44
• 3.1.1 直线行驶运动学分析40-41
• 3.1.2 偏转前轮转向运动学分析41-43
• 3.1.3 偏转四轮转向运动学分析43-44
• 3.2 行走装置动力学分析44-47
• 3.2.1 直线行驶动力学分析44-46
• 3.2.2 转向行驶动力学分析46-47
• 3.3 行走系统功率分析47-49
• 3.4 基于压差控制的牵引力均衡控制系统49-55
• 3.4.1 液阻技术介绍50
• 3.4.2 转向过程流量特性分析50-53
• 3.4.3 压差控制的牵引力均衡控制系统53-55
• 3.5 本章小结55-58
• 第4章 基于试验和仿真的多模式静压驱动系统匹配研究58-82
• 4.1 变量泵效率试验58-63
• 4.1.1 试验设计58-60
• 4.1.2 测试方案60
• 4.1.3 结果分析60-63
• 4.2 发动机建模63-64
• 4.3 静压传动装置建模64-70
• 4.3.1 变量泵建模64-68
• 4.3.2 静压传动装置控制模块建模68-70
• 4.4 轮式铰接越野车辆静压驱动系统模型70-74
• 4.5 静压驱动系统匹配仿真分析74-79
• 4.5.1 起步特性分析74-75
• 4.5.2 爬坡模拟（行驶负载增加）75-77
• 4.5.3 换挡冲击缓冲77-78
• 4.5.4 静压制动过程78-79
• 4.6 本章小结79-82
• 第5章 基于液阻技术的牵引力均衡控制仿真研究82-92
• 5.1 转向过程中的牵引力均衡控制研究82-85
• 5.1.1 低速行驶转向模拟83-84
• 5.1.2 中速行驶转向模拟84
• 5.1.3 高速行驶转向模拟84-85
• 5.2 牵引力均衡控制中的打滑控制85-88
• 5.2.1 低速行驶打滑分析86-87
• 5.2.2 中速行驶打滑分析87
• 5.2.3 低速方案单轮打滑解决方案87-88
• 5.3 节流孔大小的影响88-89
• 5.4 本章小结89-92
• 第6章 牵引力均衡控制系统实验研究92-98
• 6.1 实验设计92-94
• 6.1.1 实验测点布置92-93
• 6.1.2 实验设备93-94
• 6.2 实验内容94-96
• 6.2.1 低速方案转向测试94-95
• 6.2.2 中速方案转向测试95
• 6.2.3 高速方案转向测试95-96
• 6.3 本章小结96-98
• 第7章 全文总结与展望98-100
• 7.1 全文工作总结98-99
• 7.2 展望99-100
• 参考文献100-106
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果106-108
• 致谢108

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