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工程车辆自动变速智能控制系统试验研究

朱振宇  
【摘要】:车辆自动变速技术的发展已经进入智能化时代,将先进技术融入控制系统已成为车辆发展的趋势。在这其中,工程车辆由于其作业环境复杂、恶劣,作业任务多样,驾驶员频繁换挡导致劳动强度增大,作业生产率不高,传动效率难以保证,迫切要求将机器人技术应用到工程车辆中,开发具有智能化特征的车辆自动变速系统以适应工程车辆特殊的工作环境和提高工程车辆的使用性能。因此,在工程领域中研究和开发具有自主知识产权的车辆自动变速系统对打破外国产品的对我国的垄断、提高我国的经济综合实力具有重要而现实的意义。 论文结合国家自然科学基金项目(50075033)“工程机械智能自动变速技术研究”,以ZL50轮式装载机的动力传动系统为研究对象,主要针对工程车辆液力机械传动系统实现自动变速的要求,以提高工程车辆传动系统工作性能、最大程度的发挥车辆动力性兼顾经济性为目的,应用车辆技术、电子技术、计算机技术、人工智能控制技术及传感器技术,在实现车辆自动变速智能控制方面进行了理论与试验研究。 现代工程车辆的动力传动系统主要包括发动机、液力变矩器和机械式变速器,液力变矩器在这其中起到了重要的作用,它具有对外载的自动适应性,不但可以减少动载荷冲击、改善车辆起步和低速重载性能,而且还可以实现小范围的无级变速。但是,由于变矩器自身所固有的液力损失大、传动效率低的缺陷,使得车辆传动系统总体传动效率有所降低。如何既能保持其自适应外载荷变化的优点,又解决其平均传动效率较低的缺点,并适应工程机械工作的特点及要求成为亟待开发推广的关键技术。 针对工程车辆液力机械传动的特点,研究了工程车辆动力性和经济性换挡规律,并在此基础上提出了采用混沌神经网络智能控制技术的工程车辆自动换挡策略。建立了工程车辆自动变速智能控制系统,使车辆自动变速具有了智能化特征,能够适应外界载荷和环境工况的变化。自动变速系统在继承了神经网络控制技术优点的基础上,利用混沌优化算子进一步改善了系统控制的精度和响应的速度。文中还结合仿真技术,对车辆自动变速系统进行了仿真研究。同时开发了自动变速电子控制系统,进行了系 WP=159 统硬件和软件的设计和调试。最后在液力机械传动试验台上进行了控制算法的验证试验和自动变速控制系统综合性能的测试试验。试验结果表明:系统对工程车辆自动变速的智能控制是实时、有效和可靠的,能够在保证传动系统高效运行的前提下使车辆发挥最佳的动力性。以下将分章节介绍论文的研究工作: 第一章绪论。分析了车辆自动变速技术的发展史和国内外自动变速技术的研究动态,介绍了自动变速在工程机械上的应用成果。结合我国国情,论述了在工程车辆(机械)上实现自动变速的重大意义。工程车辆实现自动变速智能控制,从技术上讲可以改善车辆传动性能、减轻驾驶员劳动强度、提高工作效率;从经济上看可以促进自主知识产权产品的开发能力和提高整车电控自动化水平。通过对电控自动变速系统组成原理和各种智能控制方法的介绍,论述了智能化是自动变速技术的发展趋势。对于工程机械自动变速这类结构复杂、过程非线性、控制精度要求较高以及应用多种高新技术的控制问题单靠一种智能控制方式已无法满足控制要求。因此,迫切需要某种综合的、集成的智能控制方法来解决越来越复杂的控制问题,从而可以弥补单一控制策略的不足,这也是智能控制技术发展的趋势。在分析前人研究成果的基础上,明确了论文的主要研究内容。 第二章工程车辆动力传动系统控制模型。这一章是工程车辆液力机械传动研究的理论分析部分,以ZL50轮式装载机所装备的动力传动系统为研究对象,首先介绍了传动系统的结构形式及特点,包括X6130柴油机、YJ355型液力变矩器和4D180型动力换挡变速器,然后运用理论分析与试验数据相结合的方法建立了发动机、液力变矩器、发动机与变矩器的匹配工作、动力换挡变速器、车体、工况环境等动力学模型,并在此基础上给出了车辆行驶动力学方程,为后续的工程车辆自动变速控制系统的仿真开发乃至全文的研究工作奠定理论基础。 第三章工程车辆自动变速智能控制系统设计。这一章是论文的核心内容,全面、系统地论述了智能控制技术应用于工程机械液力机械传动系统变速控制的理论基础和实现方法。 首先对车辆自动变速控制系统做了简单的阐述,明确了控制系统的目标、任务以及控制性能的评价指标。在此基础上介绍了自动变速控制系统的组成原理,重点了解了当前工程车辆自动变速应用最广泛的控制系统——电控液动自动变速系统以及它的液压系统工作原理。然后,对工程车辆自动换挡规律进行了研究。总结了单参数、两参数、三参数换挡规律的特点和应用范围,从动力性、经济性、工作效率的角度介绍了应用自动换挡技术给车辆性能所带来的影响。为了制定工程车辆最佳换挡规律,对具体的研究对象——ZL50轮式装载机的作业方式、工作状态、控制信息、作业工况、 WP=160 外界环境以及驾驶员操纵方式做了一个全面的了解,以便根据装载机各方面的作业特征和工作特点来制定换挡时的目标模式,为装载机各工况下换挡特性的研究打下了理论基础。从装载机实际


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