全液压多轮越野车辆牵引力均衡控制及主动悬架系统研究

论文摘要

越野性能是越野车辆机动性的一个重要指标,是指车辆在公路之外条件下的行驶能力。随着液压技术的成熟与发展,特别是其在工程机械上包括行走、转向以及悬架上的成功应用,为越野行走机械底盘系统的研究提供了新的思路和先进的技术手段。本文结合国家“863”项目——“面向复杂非结构地形具有2铰接自由度轮式越野机器人”(项目编号:2007AA04Z208)前期研究展开工作,自主开发设计了一台全液压越野车辆底盘系统样机。全液压越野车辆底盘系统采用多轮液压独立驱动型式,以及自适应液压主动悬架系统。多轮液压独立驱动系统,有别于以往驱动系统中所应用的同步驱动技术,它采用了液阻控制技术使流量自动分配的方式,进而实现车轮的牵引力均衡驱动。通过应用基于车轮—地面接触角的方法及通过泵控马达原理建立系统的数学模型模型,并对驱动系统进行仿真分析与试验研究。结果表明,牵引力均衡驱动系统可显著的提高车辆的牵引效率,增强车辆的动力性与通过性;对于自适应液压主动悬架系统,采用了基于频域分析且具有较强鲁棒性的QFT控制算法对其进行控制。通过对QFT控制算法的研究,并应用所设计的QFT鲁棒控制器,对全液压越野车辆底盘悬架系统进行仿真分析与试验研究,结果表明了OFT鲁棒控制器具有更强的抑制各种干扰的能力,对外界干扰力与系统中各非线性参数的摄动具有强鲁棒性,满足规定的设计指标要求,实现了本文所研究的液压主动悬架系统的设计目的。全液压越野车辆底盘系统的研究对于全地形越野车辆的发展具有重要的理论意义及研究价值。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 全液压越野车辆研究的目的及意义
• 1.2 越野车辆的分类
• 1.3 液压轮边独立驱动系统的研究现状
• 1.3.1 液压驱动系统传动方式
• 1.3.2 液压驱动系统变量调节方式
• 1.3.3 液压驱动系统马达流量分配形式
• 1.3.4 液压轮边驱动系统的发展趋势
• 1.4 液压主动主动悬架系统的研究现状
• 1.4.1 液压主动悬架控制形式
• 1.4.2 液压主动悬架控制策略
• 1.4.3 液压主动悬架发展趋势
• 1.5 本文的主要内容
• 第2章 全液压越野车辆底盘系统结构分析
• 2.1 越野车辆底盘液压驱动系统分析
• 2.1.1 牵引力均衡驱动系统液压原理分析
• 2.1.2 牵引力均衡驱动系统与同步驱动系统对比分析
• 2.2 越野车辆底盘主动悬架系统分析
• 2.2.1 液压主动悬架机械子系统
• 2.2.2 液压主动悬架液压子系统原理
• 2.2.3 液压主动悬架控制单元
• 2.2.4 悬架控制流程图
• 2.3 差速转向系统分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 具有牵引力均衡控制的驱动系统原理与数学建模
• 3.1 变量泵控定量轮边马达负载特性分析
• 3.2 实现牵引力均衡的液阻控制技术原理
• 3.3 车辆驱动系统模型分析
• 3.3.1 车轮模型建立
• 3.3.2 液压系统建模
• 3.4 驱动系统仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 全液压越野车辆底盘系统主动悬架数学模型的建立
• 4.1 前言
• 4.2 液压主动悬架机械部分建模分析
• 4.2.1 液压主动悬架机械结构分析建模
• 4.2.2 液压主动悬架外负载力分析
• 4.3 液压主动悬架控制系统数学模型建立
• 4.3.1 电液比例阀主阀芯位移的数学模型
• 4.3.2 非对称阀阀芯位移—负载流量的数学模型
• 4.3.3 非对称阀控非对称缸机构的非线性数学模型
• 4.3.4 液压缸负载平衡方程
• 4.3.5 液压主动悬架系统几何模型建立
• 4.3.6 控制系统模型建立
• 4.4 液压主动悬架比例控制系统特性分析
• 4.4.1 悬架比例控制系统参数确定
• 4.4.2 悬架比例控制系统仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 全液压越野车辆底盘系统主动悬架 QFT控制器设计
• 5.1 前言
• 5.2 定量反馈控制理论（QFT）
• 5.2.1 QFT设计中控制系统结构
• 5.2.2 QFT控制器设计中采用的主要性能指标
• 5.2.3 线性系统 QFT设计过程
• 5.2.4 非线性系统的QFT设计问题
• 5.3 越野车辆底盘悬架系统 QFT控制器设计
• 5.3.1 越野车辆底盘悬架控制系统性能指标
• 5.3.2 被控对象不确定集的构建方法
• 5.3.3 被控对象参数不确定集的计算
• 5.3.4 悬架控制系统 QFT控制器设计
• 5.3.5 悬架控制系统 QFT控制器的验证
• 5.3.6 悬架控制系统 QFT控制器组成
• 5.4 基于 QFT控制器的悬架系统仿真分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 全液压越野车辆底盘系统试验分析
• 6.1 全液压越野车辆底盘系统试验系统组成与试验设计
• 6.1.1 试验系统组成
• 6.1.2 试验越野车辆底盘系统试验设备
• 6.1.3 试验越野车辆底盘悬架计算机控制系统设计
• 6.2 具有牵引力均衡控制的驱动系统试验分析
• 6.3 悬架系统试验分析
• 6.3.1 正弦信号响应试验
• 6.3.2 方波信号响应试验
• 6.3.3 随机信号响应试验
• 6.3.4 真实路况响应试验
• 6.4 本章小结
• 第7章 全文总结及工作展望
• 7.1 全文工作总结
• 7.1.1 本文开展的主要工作
• 7.1.2 主要创新点
• 7.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及其他成果
• 摘要
• ABSTRACT