拖拉机打滑率测试系统及其虚拟测试的研究开发

论文摘要

拖拉机打滑率测试中,驱动轮的滑转率是拖拉机驱动力是否得到充分发挥的重要指标,不同类型的拖拉机具有不同的容许滑转率,拖拉机只有工作在容许滑转率附近其牵引效率才能达到较高的水平。本文在考虑测试系统的实际应用性和具体实现可能性的基础上,研究开发了拖拉机打滑率测试系统;结合虚拟样机技术的发展和应用,进行了拖拉机打滑率的虚拟测试,并讨论了打滑率虚拟测试的可行性及其发展前景。本文首先介绍了拖拉机打滑率的多种测试方法及其测量原理,并对其实用性、可行性、优缺点进行了比较分析;在此基础上,根据前后轮转速测量法的测量原理和测量要求,分别设计了霍尔转速传感器的信号采集部分、放大电路、整形电路、驱动电路以及数字信号测量显示电路;在实际电路性能检测的基础上,完成了传感器、电路板的制作及相关安装零部件的设计制造;最后,对测量误差进行了理论计算,并讨论了实际应用中的误差来源。通过分析比较各类转速传感器的优缺点,采用了由霍尔元件、磁钢、脉冲环等组成的转速信号采集部分;通过分析比较分别由差动放大器和一般放大器组成的放大电路的优缺点,选择了高输入阻抗、高共模抑制比、高灵敏度的差动放大电路;经过对简单电压比较器和滞回比较器特点的比较,设计了由施密特触发器组成的信号整形电路;在分析动态与静态显示电路的基础上,设计完成了由STC89C52芯片、74系列芯片和LCM1602等组成的数字信号测量显示电路,在此基础上,采用C51设计了该测试系统的软件部分。设计完成的拖拉机打滑率测试系统,可适用于各类轮式拖拉机。通过对该测试系统的性能检测,结果表明:在拖拉机正常行走速率范围内,该测试系统的实验误差小于3%,基本上达到了预期目标和设计要求。利用三维造型技术及虚拟样机技术,在Adams中建立了拖拉机机械系统模型并对虚拟测试过程中的工况进行了参数化,以Step函数生成的曲线作为拖拉机后轮的控制转速输入以代替拖拉机的驱动转矩,进行了拖拉机打滑率的虚拟测试。在Adams后处理模块Adams/Postprocessor中,输出打滑率测试所需要的车速曲线和前后轮转速曲线,并对输出曲线进行后处理。其结果表明:由前轮转速计算得出的参考车速与实际车速非常接近;拖拉机打滑率的虚拟测试是可行的,并有着广阔的发展前景。由于实验条件的限制,本虚拟测试中所用到的各个工况参数均为估计值,因此,缺乏测试结果与实际测试结果之间的对比。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 拖拉机打滑率的概念及意义
• 1.2 拖拉机打滑率测试的发展概况
• 1.3 研究开发的目的和意义
• 1.4 研究开发的主要内容
• 1.5 技术路线
• 第二章 拖拉机打滑率测试方法的选定
• 2.1 拖拉机打滑率的测试方法
• 2.2 前后轮转速测量法
• 本章小结
• 第三章 霍尔转速传感器的电路实现
• 3.1 信号处理电路方案
• 3.2 霍尔转速传感器的信号采集
• 3.3 霍尔转速传感器的信号放大
• 3.3.1 第一级放大
• 3.3.2 第二级放大及调零电路
• 3.4 霍尔转速传感器输出信号的整形
• 3.4.1 电压比较器
• 3.4.2 施密特触发器
• 3.4.3 方案选择
• 3.5 霍尔转速传感器输出驱动电路的设计
• 3.6 霍尔转速传感器绝对值检波电路设计
• 3.6.1 电路设计
• 3.6.2 输入输出实验
• 3.6.3 现象分析
• 3.7 霍尔元件电源电路设计
• 本章小结
• 第四章 拖拉机前后轮转速的数字信号测量
• 4.1 频率测量方法
• 4.1.1 频率测量法
• 4.1.2 周期测量法
• 4.1.3 闸门时间修正测频法
• 4.1.4 多周期同步测频法
• 4.2 硬件电路的实现
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 主程序
• 4.3.2 外围电路初始化程序
• 4.3.3 中断程序
• 4.3.4 显示程序
• 4.4 程序调试
• 4.4.1 程序编写
• 4.4.2 程序编译
• 4.4.3 仿真调试
• 本章小结
• 第五章 拖拉机打滑率测试系统的性能检测与结果分析
• 5.1 测量显示电路的性能检测
• 5.1.1 性能检测过程
• 5.1.2 检测结果分析
• 5.2 测试系统的整体性能检测
• 5.2.1 性能检测过程
• 5.2.2 检测结果分析
• 5.3 测试系统的误差分析与计算
• 本章小结
• 第六章 拖拉机打滑率的虚拟测试
• 6.1 虚拟测试系统的概念及相关技术
• 6.1.1 虚拟样机技术
• 6.1.2 MATLAB/Simulink
• 6.2 机械主体建模
• 6.2.1 机械系统建模所需的各类参数
• 6.2.2 建模步骤
• 6.3 创建轮胎和路面谱
• 6.4 拖拉机工况参数化
• 6.5 打滑率虚拟测试与后处理
• 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介