農(nóng)田的地面情況較復(fù)雜,土質(zhì)松軟,田間作業(yè)時(shí)車輛常常會(huì)遇到過溝渠、爬田埂、越泥濘等情況,作業(yè)車輛要求有良好的通過性能和越野性能。農(nóng)田作業(yè)應(yīng)用較多的是輪式和履帶式車輛,它們都存在越野性或機(jī)動(dòng)性等不足。所以,研究車輛的越野性能和行走機(jī)構(gòu)的越障性能,對(duì)農(nóng)業(yè)車輛在農(nóng)田等復(fù)雜地面通過能力的提高有重要的意義。本文針對(duì)農(nóng)田復(fù)雜的地面情況,研究了各種越障機(jī)構(gòu)的功能和機(jī)構(gòu)特點(diǎn),分析了行星輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)——輪式行駛模式和半步行移動(dòng)模式可以進(jìn)行切換,構(gòu)造較簡單;改進(jìn)了行星輪機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)出一種具有良好越障能力的行星輪式車輛及其行走機(jī)構(gòu)——行星車輪機(jī)構(gòu),并制作出它的模型;采用四個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)四個(gè)行星車輪機(jī)構(gòu),提出鉸接式車輛的差速控制方案,并應(yīng)用在本設(shè)計(jì)的模型車上;經(jīng)過一系列試驗(yàn),驗(yàn)證了此模型車的行駛性能、越障性能,基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。具體工作如下:1)分析了國內(nèi)外車輛行走機(jī)構(gòu)的發(fā)展,針對(duì)目前農(nóng)業(yè)上多數(shù)車輛越障能力不足的現(xiàn)狀,提出了行星輪式車輛,確定了本文的研究內(nèi)容和設(shè)計(jì)目標(biāo)。2)進(jìn)行了行星輪式車輛總體方案的設(shè)計(jì),根據(jù)研究目的,通過分析和對(duì)比,采用四驅(qū)方式,鉸接式車架,選擇四個(gè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)四個(gè)行星車輪機(jī)構(gòu),根據(jù)Ackermann-Jeantand模型提出四驅(qū)鉸接式車輛的轉(zhuǎn)向模型,確定了電子差速策略的研究方向,以電機(jī)轉(zhuǎn)速為控制策略,做出控制策略。3)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是行星輪式車輛電子差速系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。本文選用單片機(jī)STM32F103ZET6作為控制芯片,BTN7970作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。電子差速系統(tǒng)以轉(zhuǎn)速為控制變量,采用PID控制方案,實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制。在此基礎(chǔ)上,提出了適合鉸接式車輛的四輪差速算法,推導(dǎo)出各電機(jī)在每個(gè)時(shí)刻轉(zhuǎn)速的方程。分析了車輛運(yùn)行的工作模式——加速、勻速、越障、轉(zhuǎn)向,在越障模式下電機(jī)采用力矩控制,最后做出了整車的控制策略。4)根據(jù)理論分析研究,設(shè)計(jì)制作出了行星輪式車輛的模型。對(duì)行星車輪機(jī)構(gòu)和車架進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì),選擇了電機(jī)和傳動(dòng)方式,制作了控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和電源電路,編寫了模型差速控制的程序并給出了流程圖和編碼器配套的計(jì)算機(jī)程序。5)最后,對(duì)設(shè)計(jì)出的行星輪式車輛模型進(jìn)行功能測試。通過一系列試驗(yàn),得到了此模型達(dá)到的實(shí)際性能指標(biāo)。結(jié)果表明,此模型的行駛性能、越障性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的有效性,通過對(duì)試驗(yàn)的分析與思考,找到了理論和設(shè)計(jì)上需要改進(jìn)的地方,為今后的工作指明了方向。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：S229
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景、目的及意義
        1.1.1 行走機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀
        1.1.2 行星輪式車輛的研究現(xiàn)狀
        1.1.3 電動(dòng)汽車發(fā)展的概況
        1.1.4 電動(dòng)汽車的輪驅(qū)方式
    1.2 電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
        1.2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類別
        1.2.2 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
        1.2.3 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
    1.3 電子差速研究現(xiàn)狀和發(fā)展
    1.4 研究內(nèi)容
        1.4.1 本論文的主要工作
        1.4.2 研究的技術(shù)路線
第二章 行星輪式車輛總體方案設(shè)計(jì)
    2.1 行星輪機(jī)構(gòu)
    2.2 驅(qū)動(dòng)形式的選擇
    2.3 車架的形式
    2.4 動(dòng)力源的選擇
    2.5 轉(zhuǎn)向方式
    2.6 電子差速策略
    2.7 本章小結(jié)
第三章 電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)
    3.1 電機(jī)PWM調(diào)速原理
    3.2 PID調(diào)速控制策略
        3.2.1 速度的檢測
        3.2.2 PID參數(shù)的整定
    3.3 控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
        3.3.1 控制系統(tǒng)
        3.3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
        3.3.3 速度傳感器
    3.4 本章小結(jié)
第四章 電子差速控制策略研究
    4.1 電子差速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
        4.1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)
        4.1.2 控制系統(tǒng)
        4.1.3 轉(zhuǎn)向原理
    4.2 速度分析
        4.2.1 速度輸入量與速度方程
    4.3 電子差速的工作模式
        4.3.1 輪速的調(diào)整
        4.3.2 前后車架偏轉(zhuǎn)的校正
        4.3.3 加減速運(yùn)行
        4.3.4 勻速前進(jìn)
        4.3.5 行星車輪越障狀態(tài)
        4.3.6 控制策略
    4.4 本章小結(jié)
第五章 行星輪式車輛模型的開發(fā)
    5.1 本章目標(biāo)
    5.2 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
        5.2.1 行星車輪的設(shè)計(jì)
        5.2.2 車架的設(shè)計(jì)
        5.2.3 傳動(dòng)方式的選擇
        5.2.4 電機(jī)的選擇
        5.2.5 整體布局
    5.3 控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
        5.3.1 指令輸入
        5.3.2 主控電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
        5.3.3 離合器及繼電器
        5.3.4 絕對(duì)值編碼器
        5.3.5 電源
    5.4 本章小結(jié)
第六章 模型車的功能測試
    6.1 試驗(yàn)的目的
    6.2 試驗(yàn)的內(nèi)容
        6.2.1 軟路面行駛測試
        6.2.2 臺(tái)階攀爬測試
        6.2.3 平路轉(zhuǎn)向測試
        6.2.4 平路加速測試
        6.2.5 爬坡測試
    6.3 總體試驗(yàn)結(jié)果
    6.4 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論和展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡介

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