拖拉機(jī)線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雙模式路感特性設(shè)計(jì)及系統(tǒng)控制研究.pdf

1、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是所有車(chē)輛不可缺少的系統(tǒng)之一，對(duì)于拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)車(chē)輛也不例外，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響著駕駛員的駕駛舒適性與車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性。目前拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向多采用全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，無(wú)法為駕駛員提供反饋力矩，而且轉(zhuǎn)向精度和響應(yīng)性較差，嚴(yán)重影響了駕駛員的駕駛感受和降低了拖拉機(jī)的操穩(wěn)性，與此同時(shí)，人們對(duì)拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)車(chē)輛的駕駛舒適性與操穩(wěn)性的要求不斷提高。另一方面，微電子控制技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了電液技術(shù)的應(yīng)用。線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是基于線控技術(shù)與液壓技

2、術(shù)發(fā)展起來(lái)的，可以通過(guò)變角傳動(dòng)比和變力傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)降低拖拉機(jī)駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善駕駛員駕駛感受和提高操穩(wěn)性。線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅具有全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的大轉(zhuǎn)向力的特點(diǎn)，而且兼具了線控轉(zhuǎn)向的所有優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)車(chē)輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的方向。
　　本文主要針對(duì)線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以拖拉機(jī)為應(yīng)用對(duì)象，設(shè)計(jì)了雙模式路感特性，研究了路感模擬系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制，主要完成的任務(wù)如下:
　　(1)設(shè)計(jì)雙模式路感系統(tǒng):在分析傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感生

3、成機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了路感的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)層次分析法對(duì)比行駛速度、轉(zhuǎn)向阻力、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)速四個(gè)因素對(duì)拖拉機(jī)路感特性的影響比重，確定根據(jù)行駛速度與轉(zhuǎn)向阻力設(shè)計(jì)拖拉機(jī)的路感特性，并結(jié)合拖拉機(jī)行駛環(huán)境多變的特點(diǎn)，提出了雙模式路感特性，主要分為農(nóng)田作業(yè)模式路感特性與非農(nóng)田作業(yè)模式路感特性，同時(shí)設(shè)計(jì)了雙模式路感的切換系統(tǒng)。
　　(2)提出雙閉環(huán)模糊PID復(fù)合控制策略:對(duì)路感電機(jī)的控制策略進(jìn)行了研究，考慮到路感電機(jī)在工作中會(huì)堵轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)

4、而產(chǎn)生逆電勢(shì)的問(wèn)題，該逆電勢(shì)會(huì)嚴(yán)重影響路感電機(jī)的控制效果，提出基于力矩與電流的雙閉環(huán)模糊PID復(fù)合控制策略，構(gòu)建路感模擬系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并基于Simulink建立模型進(jìn)行系統(tǒng)仿真，通過(guò)仿真結(jié)果的對(duì)比，初步驗(yàn)證模糊PID復(fù)合控制策略可以有效改善路感電機(jī)的控制效果。
　　(3)提出雙通道PID控制策略:對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行研究，針對(duì)轉(zhuǎn)向油缸為單桿腔油缸，具有非對(duì)稱的特點(diǎn)，左右油缸工作的結(jié)構(gòu)特性相差較大，提出了雙通道PID控制策略以

5、消除轉(zhuǎn)向油缸非對(duì)稱性對(duì)控制性能的負(fù)面影響，并基于Simulink/Simhydreulic建立仿真模型，完成了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在階躍響應(yīng)、正弦跟隨、隨機(jī)跟隨的仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果初步論證了雙通道PID控制策略的有效性。
　　(4)完成臺(tái)架試驗(yàn):基于實(shí)驗(yàn)室已有的線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，完成了路感電機(jī)正弦輸入、階躍輸入、線性輸入下的三種試驗(yàn)，驗(yàn)證了路感電機(jī)的控制策略是有效的;同時(shí)完成了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正弦輸入、階躍輸入、隨機(jī)輸入下的三種試驗(yàn)，驗(yàn)證了雙

6、通道PID控制策略的有效性。
　　(5)完成樣車(chē)改裝及試驗(yàn):基于沃得854拖拉機(jī)進(jìn)行了樣車(chē)改裝，并保留了全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，且可以實(shí)現(xiàn)全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間的一鍵切換，以保證樣車(chē)試驗(yàn)的安全性。完成了原地轉(zhuǎn)向、蛇形試驗(yàn)、雙紐線試驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)、角脈沖試驗(yàn)五類試驗(yàn)，對(duì)比驗(yàn)證了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用雙通道PID控制策略可以消除轉(zhuǎn)向油缸非對(duì)稱性對(duì)控制的影響，以及論證了線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與全滾壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比有效的改善了拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的跟隨精