【摘要】：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)決定了車輛的行駛方向,是影響車輛行駛性、穩(wěn)定性和安全性的重要因素之一。目前拖拉機多采用全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng),全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能減輕駕駛員負擔,但是沒有路感,駕駛員不能通過轉(zhuǎn)向阻力感受路面信息,同時在不轉(zhuǎn)向時,液壓油也不斷地被泵入轉(zhuǎn)向器再流回油箱,能量損耗很大。但是由于拖拉機需要的動力大,成本控制得較低,因此先進的轉(zhuǎn)向技術(shù)都沒有在拖拉機上得到應(yīng)用。然而,隨著國內(nèi)農(nóng)業(yè)形勢的改變,人們對拖拉機的舒適性、操穩(wěn)性、安全性能要求的提高,加之電子技術(shù)成本的降低以及電液一體化的發(fā)展,液壓轉(zhuǎn)向技術(shù)和線控轉(zhuǎn)向技術(shù)得到融合,發(fā)展了以電子控制技術(shù)為核心的線控液壓轉(zhuǎn)向技術(shù)。此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具備線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所有優(yōu)點和液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力大的優(yōu)點,被廣泛運用于農(nóng)業(yè)車輛和工程車輛。本文主要研究線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在拖拉機上的應(yīng)用,并且根據(jù)線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比可調(diào)的特點和電子控制技術(shù)的優(yōu)點,對拖拉機在道路行駛時的理想角傳動比以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略進行研究。本文主要完成了以下任務(wù):(1)拖拉機人—機—地閉環(huán)系統(tǒng)的建立。減輕駕駛員的負擔是本文研究的目的之一,因此建立了包括駕駛員在內(nèi)的人—機—地閉環(huán)系統(tǒng),并獲取狀態(tài)方程。同時驗證了所建閉環(huán)系統(tǒng)的正確性。(2)橫擺角速度增益值的優(yōu)化。本文采用了定橫擺角速度增益值不變的方法獲取理想角傳動比,而橫擺角速度增益值常常依據(jù)經(jīng)驗取值,很難適應(yīng)不同的車輛和工況,因此本文采用智能的方法對橫擺角速度增益值進行優(yōu)化。由于拖拉機在作業(yè)時常常需要轉(zhuǎn)移工作地點,在道路上行駛,速度相對較高,有必要考慮拖拉機的操縱穩(wěn)定性,因此本文以拖拉機道路行駛時的操穩(wěn)性評價指標為目標函數(shù),基于遺傳算法對橫擺角速度增益值進行優(yōu)化。最終獲取理想角傳動比與方向盤轉(zhuǎn)角、速度的脈譜圖。(3)提出雙通道模糊PID控制策略。針對單活塞桿液壓缸的不對稱性,提出雙通道模糊PID控制的方法,基于Simulink/Simhydraulic建立系統(tǒng)的物理模型,完成正弦跟隨、角脈沖響應(yīng)和隨機跟隨仿真試驗,分析線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在不同的控制方法下的轉(zhuǎn)向效果,最終驗證了雙通道模糊PID控制方法高精度、快響應(yīng),并且能夠彌補液壓缸不對稱性的影響。(4)完成臺架試驗。在已有的線控液壓轉(zhuǎn)向控制臺架上完成正弦跟隨、階躍響應(yīng)和隨機轉(zhuǎn)向試驗,對比分析不同控制方法對轉(zhuǎn)向精度的影響,從而驗證雙通道模糊PID控制方法的優(yōu)越性。(5)完成樣機的改裝與試驗�；谖值�854拖拉機型,對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行改裝。針對改裝后的液壓油路,設(shè)計閥座,將所有的液壓元件裝在閥座上組成液壓總成以減小能量損耗,并且與原轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并聯(lián)。選取蛇形、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、角脈沖三種經(jīng)典工況,在田間完成試驗,包括翻耕前和翻耕后兩種路面。對比分析不同控制方法的試驗結(jié)果,進一步驗證了雙通道模糊PID控制策略不僅能夠提高控制精度,同時能夠彌補單活塞桿液壓缸的不對稱性。(6)總結(jié)與展望�？偨Y(jié)本文的研究工作,歸納本文的創(chuàng)新點,展望相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的研究與發(fā)展。
【學位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S219
【圖文】：

向負擔過重，因此迫切地需要發(fā)展新的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。逡逑然而，打破這一設(shè)計是在２０世紀５０年代，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的出現(xiàn)，從此助力逡逑裝置便成為主流轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個衡量標準［５］，其結(jié)構(gòu)圖如圖１－１所示。機械式液壓助逡逑力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用發(fā)動機驅(qū)動液壓泵產(chǎn)生液壓助力，放大并且補償了駕駛員對方向盤施逡逑加的轉(zhuǎn)向力矩，從而使駕駛員操縱車輛轉(zhuǎn)向時的力減小，減輕駕駛員的疲勞感。同時逡逑能夠使駕駛員更輕松地完成急轉(zhuǎn)彎避免交通事故，提高安全性能。此外，它還能利用逡逑液壓缸的作用緩沖吸收路面?zhèn)鬟f到方向盤的振動，提高了駕駛員舒適性。伴隨著電控逡逑技術(shù)的發(fā)展，電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)漸漸地取代機械式的，不再消耗發(fā)動機的動力驅(qū)逡逑動液壓泵，而是采用電動泵單元。但還是存在一些缺點，燃油經(jīng)濟性、存在滲油問題逡逑以及參數(shù)不能調(diào)節(jié)等。逡逑儲油罐Ｊ逡逑ｙｆ邐轉(zhuǎn)向柱逡逑轉(zhuǎn)向助力泵＾逡逑控制逡逑動力缸逡逑圖１－１液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｔｅｅｒｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑２０世紀７０年代，美國成功研發(fā)了負荷傳感型全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)［６１，其結(jié)構(gòu)如圖１－２逡逑所示

Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ邋ｓｔｅｅｒｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑隨著人們要求的日漸提高，在２０世紀８０年代末，日本鈴木公司首次將電動助力逡逑轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運用到自己的車上［１Ｇ］。結(jié)構(gòu)圖如圖１－３所示，此系統(tǒng)采用直流電機取代了傳逡逑統(tǒng)助力系統(tǒng)中的液壓泵，少了油管回路和閥體，大大簡化了結(jié)構(gòu)。電動助力轉(zhuǎn)向根據(jù)逡逑電機助力的對象不同分為轉(zhuǎn)向柱助力式、齒輪助力式和齒條助力式三種不同的類型［１１］。逡逑只有在駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，電機才提供補償?shù)霓D(zhuǎn)向力矩，避免了液壓泵一直工作而逡逑帶來的能量損耗。并且系統(tǒng)所提供的助力可以根據(jù)車輛的類別、車速或者駕駛員的喜逡逑好進行調(diào)節(jié)，具有更高的靈活性。由于電機提供的動力較小，因此多適用于汽車。逡逑圖１－３電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｔｅｅｒｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑１．轉(zhuǎn)向電機２．轉(zhuǎn)向柱３．轉(zhuǎn)向齒輪４．轉(zhuǎn)向齒條逡逑線控技術(shù)最早出現(xiàn)于航空領(lǐng)域，許多商用和軍用飛機都采用了線控飛行飛控系統(tǒng)。逡逑線控技術(shù)還可以運用于駕駛、節(jié)流閥、制動以及最新的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)與汽逡逑車技術(shù)的結(jié)合，到２０世紀末，奔馳公司首度在自己的概念車（Ｆ４００Ｃａｒｖｉｎｇ）上安裝逡逑了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)［１２１，實現(xiàn)了線控轉(zhuǎn)向技術(shù)在實車上的運用。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)逡逑被舍棄，取而代之以傳感器、執(zhí)行機構(gòu)和電子控制單元［５’１３１。傳感器檢測到駕駛員的逡逑意圖送入到控制器中

Ｖ邐＾逡逑圖１－２全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ邋ｓｔｅｅｒｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑隨著人們要求的日漸提高，在２０世紀８０年代末，日本鈴木公司首次將電動助力逡逑轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運用到自己的車上［１Ｇ］。結(jié)構(gòu)圖如圖１－３所示，此系統(tǒng)采用直流電機取代了傳逡逑統(tǒng)助力系統(tǒng)中的液壓泵，少了油管回路和閥體，大大簡化了結(jié)構(gòu)。電動助力轉(zhuǎn)向根據(jù)逡逑電機助力的對象不同分為轉(zhuǎn)向柱助力式、齒輪助力式和齒條助力式三種不同的類型［１１］。逡逑只有在駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，電機才提供補償?shù)霓D(zhuǎn)向力矩，避免了液壓泵一直工作而逡逑帶來的能量損耗。并且系統(tǒng)所提供的助力可以根據(jù)車輛的類別、車速或者駕駛員的喜逡逑好進行調(diào)節(jié)，具有更高的靈活性。由于電機提供的動力較小，因此多適用于汽車。逡逑圖１－３電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｔｅｅｒｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑１．轉(zhuǎn)向電機２．轉(zhuǎn)向柱３．轉(zhuǎn)向齒輪４．轉(zhuǎn)向齒條逡逑線控技術(shù)最早出現(xiàn)于航空領(lǐng)域，許多商用和軍用飛機都采用了線控飛行飛控系統(tǒng)。逡逑線控技術(shù)還可以運用于駕駛、節(jié)流閥、制動以及最新的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)與汽逡逑車技術(shù)的結(jié)合，到２０世紀末，奔馳公司首度在自己的概念車（Ｆ４００Ｃａｒｖｉｎｇ）上安裝逡逑了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)［１２１

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