轮式工程机械粘性限滑差速系统的研究

论文摘要

轮式工程机械工作环境比较恶劣,它不像履带式工程机械那样本身具有较强的防滑能力,因此,差速系统的防滑能力对轮式工程机械来说是非常重要的。传统的轮式工程机械的差速器,自锁系数变化范围小,防滑功能有限,易造成车辆的打滑而影响车辆的操纵稳定性、通过性,降低工作效率。在驱动过程中不能主动地适应外界条件的变化,难以实现自动控制。在工程机械朝着自动化方向发展的趋势下,显得越来越不合理[1]。针对传统工程机械差速系统存在防滑功能不强的缺陷,本文提出以Inte1 8051单片机为控制芯片,以最佳滑移率S为控制目标,采用PI模糊逻辑为控制算法,对粘性自动限滑差速系统进行了研究。系统开发包括四个方面的内容,一是粘性限滑差速器的机械结构设计;二是系统硬件电路的设计,包括系统扩展、人机通道及前后通道设计;三是系统软件设计,利用MATLAB软件的FUZZY LOGIC模块进行模糊控制算法设计和主程序设计;四是仿真系统设计,用MATLAB软件的SIMULINK模块对粘性限滑差速系统进行了仿真。结果表明:基于PI模糊控制的粘性自动限滑差速系统防滑性能好,自动化程度高,可实施性好。它克服了普通差速器只能平均分配转矩的缺点,提高了车辆在双附着系数路面上的动力性和通过性,改善了车辆的操纵稳定性,提高了车辆行驶的主动安全性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.1.1 本课题的选题背景
• 1.1.2 本课题的研究意义
• 1.2 国内外现状及发展趋势
• 1.2.1 差速系统的发展
• 1.2.2 本课题的研究现状及发展趋势
• 1.3 本文的主要研究工作
• 2 差速器
• 2.1 普通差速器
• 2.1.1 对称式圆锥行星齿轮差速器的结构
• 2.1.2 对称式圆锥行星齿轮差速器的工作原理
• 2.1.3 转弯过程中差速器的运动
• 2.1.4 运动过程中的转矩传递
• 2.2 锁止式差速器
• 2.2.1 强制锁止式差速器
• 2.2.2 自锁式差速器
• 2.3 限滑差速器
• 2.3.1 限滑差速器的种类
• 2.3.2 常见限滑差速器的缺点与不足
• 2.4 粘性限滑差速器
• 2.4.1 粘性联轴器
• 2.4.2 电子差速锁
• 2.4.3 粘性限滑差速器的限滑原理
• 2.4.4 粘性传动转矩的理论计算
• 2.4.5 影响粘性限滑差速器传递转矩的因素
• 2.5 本章小结
• 3 系统硬件电路
• 3.1 前向通道设计
• 3.1.1 轮速传感器
• 3.1.2 放大滤波
• 3.1.3 A/D 转换
• 3.1.4 多路开关选择
• 3.2 核心扩展和人机通道
• 3.2.1 8051 单片机
• 3.2.2 复位电路设计
• 3.2.3 晶振电路设计
• 3.2.4 LED 显示电路设计
• 3.2.5 I/O 扩展电路
• 3.2.6 看门狗电路
• 3.3 后相通道设计
• 3.3.1 光电隔离器件及功率扩大器件选择
• 3.3.2 D/A 转换电路
• 3.4 系统电源设计
• 3.5 抗干扰
• 3.5.1 硬件抗干扰
• 3.5.2 软件抗干扰
• 3.6 本章小结
• 4 限滑差速系统控制算法
• 4.1 驱动防滑控制的原理
• 4.2 控制算法的选择
• 4.2.1 逻辑门限值控制
• 4.2.2 PID 控制
• 4.2.3 滑模变结构控制
• 4.2.4 最优控制
• 4.2.5 模糊控制
• 4.3 模糊控制的发展、特点及原理
• 4.3.1 模糊控制的发展
• 4.3.2 模糊控制的特点
• 4.3.3 模糊控制的基本原理
• 4.4 PI 模糊控制器的设计
• 4.4.1 模糊控制输入、输出量的确定
• 4.4.2 精确量的模糊化
• 4.4.3 模糊控制规则的制定
• 4.4.4 模糊推理
• 4.4.5 解模糊
• 4.5 主程序设计
• 4.6 本章小结
• 5 粘性自动限滑差速系统的仿真
• 5.1 前轮驱动车辆数学模型
• 5.1.1 车辆整车模型
• 5.1.2 转矩的输入
• 5.1.3 轮胎运动方程
• 5.1.4 垂直载荷运动方程
• 5.2 粘性限滑差速器的限滑转矩输出
• 5.3 用MATLAB/SINMULINK 建立仿真模型
• 5.3.1 Simulink 简介
• 5.3.2 Simulink 建模方法
• 5.3.3 Simulink 建模的具体步骤
• 5.4 仿真模型的建立
• 5.5 稳态回转过程仿真
• 5.5.1 高附着路面稳态回转过程仿真
• 5.5.2 低附着路面稳态回转过程仿真
• 5.6 车辆蛇形运动过程仿真
• 5.7 本章小结
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 7 参考文献
• 致谢
• 附录