【摘要】：鉸接式工程車輛是一種適宜在惡劣天氣、全地形路面及狹小空間條件下-工作的工程機械設(shè)備,在諸如:礦山道路、建筑工地、林間作業(yè)、農(nóng)田作業(yè)等場合得到了廣泛應(yīng)用。分布驅(qū)動鉸接式工程車輛,各輪配備輪邊電機,整車在獨立驅(qū)動及穩(wěn)定行駛等方面具有顯著的優(yōu)勢,是未來鉸接車的發(fā)展方向�，F(xiàn)有分布驅(qū)動鉸接車輛大多采用全液壓的轉(zhuǎn)向方式,其通過前后車體之間的轉(zhuǎn)向油缸及鉸接體的耦合作用改變折腰角度,完成轉(zhuǎn)向過程。但由于整車的大載重特點,同時,受轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的回油背壓及油液可壓縮特性的影響,車體轉(zhuǎn)向過程存在著油壓等級較高、轉(zhuǎn)向能量利用率較低及運動穩(wěn)定性較差的問題,不利于提高整車的轉(zhuǎn)向經(jīng)濟性、操縱穩(wěn)定性及行駛安全性。因此,為解決上述問題,本文利用分布驅(qū)動鉸接車各輪可獨立控制的特點,通過控制其前后車體兩側(cè)車輪的輸出力大小,形成差動轉(zhuǎn)向力矩,輔助液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完成車體轉(zhuǎn)向過程,提高鉸接車轉(zhuǎn)向性能。本文立足于討論差動轉(zhuǎn)向與液壓轉(zhuǎn)向的耦合機制、多輪驅(qū)動力協(xié)調(diào)分配控制方法、及整車差動轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制方法等,為分布驅(qū)動鉸接車高效智能化轉(zhuǎn)向驅(qū)動控制方式的研究提供理論技術(shù)支持。通過分析鉸接車液壓轉(zhuǎn)向過程的基本理論,提出了基于最小能量原理的整車姿態(tài)解析方法,并建立了包括液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在內(nèi)的整車非線性動力學(xué)模型;利用MALAB/Simulink軟件建立了其模塊化的仿真模型;以35t鉸接車為試驗車,設(shè)計了包括滿載/空載雙移線、空載穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向的整車實車試驗;通過試驗與仿真數(shù)據(jù)對比分析,驗證了仿真模型的正確性�；诜抡婺Ｐ图罢囋囼灁�(shù)據(jù),定量分析了鉸接車轉(zhuǎn)向過程中轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的油壓特性及有效轉(zhuǎn)向油壓比重,總結(jié)并補充分析了整車行駛穩(wěn)定性影響因素;討論了通過降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸入油壓來改善整車轉(zhuǎn)向性能的方法,研究了降低輸入油壓時,整車存在的不足轉(zhuǎn)向特性及響應(yīng)滯后的問題,并提出了利用差動轉(zhuǎn)向方式彌補上述問題的方法;同時,結(jié)合差動轉(zhuǎn)向基本原理,分析了分布驅(qū)動鉸接車液壓轉(zhuǎn)向與差動轉(zhuǎn)向耦合控制的可行性。針對分布驅(qū)動鉸接車液壓轉(zhuǎn)向過程中,轉(zhuǎn)向能量利用率較低及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油壓等級較高的問題,提出了差動輔助液壓轉(zhuǎn)向方式。通過對整車液壓轉(zhuǎn)向與差動轉(zhuǎn)向的解耦分析,設(shè)計了差動輔助液壓轉(zhuǎn)向控制策略;研究了整車驅(qū)動力分配及基于滑膜算法的車輪防滑控制方法;同時,以原地差動輔助液壓轉(zhuǎn)向為參考,結(jié)合輪邊電機驅(qū)動力限制,分析了整車差動輔助轉(zhuǎn)向能力:并對其運動轉(zhuǎn)向過程的差動輔助效果進行了仿真分析。結(jié)果顯示,差動輔助液壓轉(zhuǎn)向方式可在不改變整車原轉(zhuǎn)向過程的基礎(chǔ)上,降低轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)油壓45%,提高能量利用率10%～15%。為進一步提高分布驅(qū)動鉸接車轉(zhuǎn)向能量利用率、降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油壓等級,提出了獨立差動轉(zhuǎn)向控制方式。以差動輔助液壓轉(zhuǎn)向的研究為參考,簡化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu),省去了轉(zhuǎn)向油泵及蓄能器等部件,提出了基于連通性轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的分布驅(qū)動鉸接車獨立差動轉(zhuǎn)向控制方式(本文簡稱CSU);同時,進一步簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),利用電磁閥代替了CSU的轉(zhuǎn)向器部件,提出了基于連通性轉(zhuǎn)向缸結(jié)構(gòu)的分布驅(qū)動鉸接車獨立差動轉(zhuǎn)向控制方式(本文簡稱CSC);設(shè)計了相應(yīng)的控制策略,并進行了轉(zhuǎn)向效果的仿真分析。結(jié)果顯示:良好的路面條件下,在不改變原轉(zhuǎn)向過程的基礎(chǔ)上,CSU及CSC可比液壓轉(zhuǎn)向方式的能量利用率分別提高20%～30%及30%～50%,整車轉(zhuǎn)向節(jié)能優(yōu)化效果明顯。針對分布驅(qū)動鉸接車轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性較差的問題,提出了基于MPC算法的差動轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制方法,設(shè)計了穩(wěn)定性控制器;定量分析了其轉(zhuǎn)向過程及穩(wěn)態(tài)行駛時的穩(wěn)定性問題;研究了鉸接車線性二自由度參考模型,并進行了穩(wěn)定性控制效果仿真驗證。結(jié)果顯示:差動轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制器可將整車轉(zhuǎn)向響應(yīng)過程的穩(wěn)定性時間縮短30%～50%,降低外界干擾時的車體振蕩幅值30%～55%,減小其振蕩周期20%～45%;且CSC及CSU控制下的整車穩(wěn)定性效果較液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性效果提高25%～30%。
【圖文】：

分布驅(qū)動鉸接車輛差動輔助液壓轉(zhuǎn)向控制研宄向信號到轉(zhuǎn)向器，并以此控制來自驅(qū)動油泵的高壓油液的循環(huán)過位于鉸接體兩側(cè)的轉(zhuǎn)向油缸動作，推動前后車體產(chǎn)生一定的折腰轉(zhuǎn)向。根據(jù)油液循環(huán)控制方式的不同，可將液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為：［３４］、負荷傳感型［１５］、同軸流量放大型等。以鉸接車同軸流量放大向系統(tǒng)為例，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖１＿２所示，，分析其結(jié)構(gòu)可以看括１－轉(zhuǎn)向油箱、２－油泵、３－蓄能器、４－轉(zhuǎn)向器、５－計量馬達（屬于６－安全閥、７－回油過濾器、８／９－轉(zhuǎn)向油缸等。圖中Ａ／Ｂ／ＨＰ／ＨＯ為轉(zhuǎn)其中Ａ邋口與左轉(zhuǎn)向缸有桿腔與右轉(zhuǎn)向缸無桿腔（下文分別簡稱左有桿腔）相連；Ｂ邋口與左轉(zhuǎn)向缸無桿腔與右轉(zhuǎn)向缸有桿腔（下文分別腔與右有桿腔）相連；ＨＰ及Ｈ０分別與油泵及回油過濾器相連。逡逑＂＂＂

邐分布驅(qū)動鉸接車輛差動輔助液壓轉(zhuǎn)向控制研宄邐逡逑Ｐａｚ00ｋｉＡＪ３６】，ＨｅＹＪ４９］，等將液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡化彈簧阻尼元件，通過整車轉(zhuǎn)向逡逑分析，建立了鉸接車整車動力學(xué)模型，并進行了穩(wěn)定性分析，其中ＰａｚｏｏｋｉＡ．逡逑文獻研宄中的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及建模結(jié)構(gòu)如圖１－４所示；ＡｚａｄＮ．ｌＪ５０＇５２』利用拉逡逑格朗日方法建立了多自由度鉸接車模型，分析了液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)影響下車體坡逡逑度行駛或過障過程中的穩(wěn)定性問題；其三，Ｙｉｎ邋Ｙ．［？５５］在分析鉸接車轉(zhuǎn)向過逡逑程的基礎(chǔ)上，建立了液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型，分析了方向盤轉(zhuǎn)向角度與油缸作用逡逑力之間的關(guān)系，并建立了鉸接車多自由度整車模型，有助于優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的逡逑設(shè)計與控制器開發(fā)，其研宄的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１－５所示。逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U463.4;TU603

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本文編號：2597188