基于模糊控制的轮式装载机电液限滑差速器性能仿真分析

论文摘要

轮式装载机工作环境恶劣,作业工况复杂,经常由于车轮高速打滑引起牵引力急剧下降,致使装载机无法正常工作,严重影响其工作效率。国内装载机多通过采用普通开式和自锁式限滑差速器来减小由车轮打滑引起的装载机铲掘能力的降低。电控限滑差速器,结合先进的控制技术,可根据路面状况实时调整输出扭矩,从而合理分配驱动转矩,有效抑制车轮打滑。若将其应用在轮式装载机中,装载机作业时的牵引性和通过性将得到较大的改善。本文分析了传统机械式限滑差速器的缺点,根据装载机驱动桥形式,在摩擦片式限滑差速器的结构基础上进行改进,得到适用于装载机驱动桥结构的电液限滑差速器。作者针对ZL50装载机,完成了装载机传动系统的动力学分析、整车仿真系统的搭建、电液限滑差速器参数自整定模糊控制器的设计,并通过仿真分析验证了控制器的合理性和适用性。针对ZL50装载机的动力传动系统,分析了相关传动件的传动特性,并根据厂家提供的数据,依次建立了装载机发动机数学模型、变矩器数学模型、变速器数学模型、驱动桥数学模型和轮胎数学模型,结合ZL50装载机的相关参数,根据上述数学模型在MATLAB/SIMULINK中搭建并调试装载机直线行驶仿真系统模型。将电液差速系统作为控制模型,选用参数自整定的模糊控制算法,设计了控制器的隶属度函数和控制规则。结合ZL50装载机的整车仿真系统,对在分离路面和棋盘路面直线行驶时电液差速系统的限滑性能进行了仿真实验,对比分析了普通开式差速器和电液限滑差速器的限滑性能。研究结果表明:基于参数自整定模糊控制的电液限滑差速器,克服了普通开式差速器的缺点,对附着系数多变的路面状况具有良好的适应性,可根据路面条件自适应的调节输出的限滑扭矩,实现两侧车轮驱动扭矩的合理分配,有效抑制车轮打滑,提高了装载机的牵引性能;设计的控制器可迅速将滑转率控制在目标值附近,具有响应时间短,控制精度高的特点。控制系统与电液差速系统的匹配性良好,参数自整定模糊控制的控制方法合理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外汽车驱动防滑技术的研究现状与发展趋势
• 1.3 汽车牵引力控制系统的主要控制方式
• 1.4 牵引力控制系统的控制算法
• 1.5 课题的背景、意义及主要研究内容
• 1.5.1 本文研究的目的和意义
• 1.5.2 本文主要研究内容
• 第二章 工程车辆限滑差速系统概述
• 2.1 轮间限滑差速器的作用
• 2.2 常见的轮间限滑差速器
• 2.3 工程机械差速器的缺点
• 2.4 电控限滑差速器
• 2.5 电控液压限滑差速器的结构和控制系统
• 2.5.1 电控液压限滑差速器的结构
• 2.5.2 电控限滑差速器的控制系统
• 2.6 本章小结
• 第三章 装载机整车动力学模型及仿真模型的建立
• 3.1 装载机传动系统模型的建立
• 3.1.1 装载机传动系统的组成及特点
• 3.1.1.1 装载机传动系统的组成
• 3.1.1.2 装载机传动系统的特点
• 3.1.2 柴油机特性与仿真模型
• 3.1.3 液力变矩器特性与仿真模型
• 3.1.3.1 液力传动的特点
• 3.1.3.2 液力变矩器的无因次特性曲线
• 3.1.3.3 液力变矩器与发动机共同工作特性
• 3.1.4 变速器模型
• 3.1.5 驱动桥模型
• 3.2 驱动桥内部相关系统模型
• 3.2.1 电液限滑差速器模型
• 3.2.2 液压系统模型
• 3.3 装载机后轮驱动整车模型
• 3.4 轮胎模型
• 3.5 驱动轮模型
• 3.6 本章小结
• 第四章 电液限滑差速器参数自整定的模糊控制
• 4.1 参数自整定的模糊控制器
• 4.2 系统总体结构设计
• 4.3 输入输出变量的选取与量化
• 4.4 模糊规则设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 仿真分析
• 5.1 仿真系统
• 5.2 相关参数说明
• 5.3 仿真结果分析
• 5.3.1 分离路面
• 5.3.2 棋盘路面
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果