兼顾动态特性与能效的重型车辆泵阀联控转向系统研究

来源 :福州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jacklee12345678
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重型多轴车辆是我国经济建设与军事重工领域不可或缺的重大工程装备。伴随着重型多轴车辆大型化与现场工程作业复杂化,工业界对重型多轴车辆核心技术即转向系统性能的要求日益严苛,转向动态特性与高能效的兼顾问题已成为制约重型多轴车辆发展的重要因素之一。电液伺服转向系统(EHSSS)因其大驱动力和转向灵活性被广泛应用于重型多轴车辆,但传统的EHSSS采用恒压泵动力源,存在能耗高的问题。若出于节能目的而降低泵源压力,则可能导致转向动态特性变差,即转向动态特性与节能之间存在矛盾。本文提出了一种用于重型多轴车辆的新型泵阀联控电液伺服转向系统,围绕阀口压差和转角双控制目标,设计泵阀联控策略,同时实现高精度和低能耗。具体研究内容如下:首先,建立机液耦合的泵阀联控电液伺服转向系统动力学模型,并通过多项式拟合方法对动力学模型进行简化;根据能量传递路径,建立泵阀联控转向系统能耗模型,分析影响转向系统输入能量和能量损失的关键因素,并进一步分析电液转向系统动态特性与节能的矛盾关系,为泵阀协调控制策略设计提供依据。其次,围绕节能与保证动态特性要求,提出转角与阀口压差双目标控制策略,并结合PID算法对双目标进行闭环控制;考虑到阀口压差降低导致转向系统非线性程度增大,提出非线性滑模控制策略,在较低的阀口压差下保证转向精度;为了解决非线性控制需要较多传感器获取系统状态信息的难题,通过设计高增益观测器估计状态信息,降低硬件成本。然后,基于泵阀联控转向系统能耗模型,分析转向工况下的能耗特性。分别以转向速度和转向阻力矩作为能耗模型输入,分析转向工况中单个因素对能耗的影响;基于标准驾驶循环(NEDC),设计与NEDC相匹配的转角循环,在NEDC和转角循环下综合分析转向系统能耗;通过与传统阀控转向系统的能耗对比,验证泵阀联控节能策略的有效性。最后,结合d SPACE控制器,搭建电液伺服转向系统综合性能测试台架,通过试验验证泵阀联控方案的可行性。设计转向跟踪和转向能耗测试方案,即在不同的阀口压差、转向速度下测试转向跟踪精度,并基于模拟的驾驶循环测试转向能耗。通过对比阀控转向系统的转向精度与能耗,验证泵阀联控转向系统的优越性。本文的创新之处在于,针对重型车辆电液伺服转向系统的节能需求,提出一种新型基于泵阀联控策略的低能耗转向系统。通过阀口压差控制使泵源压力具有负载敏感性,在驾驶循环中实现了变泵源压力,降低了转向能耗;所提出的基于高增益观测器的非线性滑模控制方法,实现了在优选泵源压力参数下的高精度转向,由此同时满足了高动态与高能效的要求。
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