工程车辆数字液压行走系统自动换挡控制策略研究
作者单位：吉林大学
学位级别：硕士
导师姓名：王昕
授予年度：2022年
主 题：工程车辆 数字液压 自动换挡 BP神经网络 联合仿真
摘 要：工程车辆作为一种自走式动力机械,被广泛用于各个领域。然而目前工程车辆使用液力机械传动系统工作效率较低,导致整车经济性能较差。而静液压传动系统造价高昂以及关键零部件对油液清洁度的高要求又限制了其应用场合。因此,本文结合数字液压技术给出新解决方案,研究工程车辆行走系统构型、系统匹配与自动换挡控制规律,对于改善燃油经济性能、实现自动控制意义重大。首先,本文在对比讨论静液压传动系统不同方案特点的基础上,结合数字液压技术的独特优势,确定了数字液压传动系统的构型为分置式开式数字液压传动系统高速配置方案。解释说明数字泵、马达以及数字液压传动系统的工作原理。在对发动机性能进行充分讨论的基础上,根据流量连续性方程和能量守恒方程,以发动机最小燃油消耗量为目标完成了传动系统的动态匹配。根据整车动力学参数计算结果,确定了行走系统中关键零部件的型号和参数。其次,讨论分析数字液压行走驱动系统换挡机理,确定了液压系统控制变量。根据挡位数量以及传动比范围划分不同的工作模式。讨论选择适用于数字液压系统的具体换挡参数,据此拟定了自动换挡控制规律。以当前挡位、马达转速、马达转矩为网络输入参数,输出为执行动作,即升挡、降挡和保持当前挡位,构建了BP神经网络预测模型。通过计算网络输出结果与实际结果的平均偏差,得到的换挡效果较为理想。然后,根据匹配参数和计算结果,基于AMESim-Simulink联合仿真平台,采用数值仿真的方法分析评估了数字液压行走系统的换挡流程,构建了系统的物理模型与控制模型。对构建的模型进行定性与定量仿真分析讨论。仿真分析了重载、轻载、运输三种不同模式下,控制系统根据马达转矩和马达转速的换挡结果。并在不同模式下讨论挡位的变化对传动系统造成的影响。结果表明,本文提出的物理构型可应用于工程车辆领域。制定的控制策略可根据参数变化实现自动换挡。最后,本文基于实验台的现有条件设计了总体结构与实验思路。完成了变量泵排量控制实验、液压系统挡位与马达转速标定实验、定转矩变转速自动换挡验证实验。实验结果表明,控制系统可根据马达目标转速的变化实现自动换挡,得到的误差在可接受的范围内,理论与仿真分析过程得到了验证。在物理层面证明了行走系统结构的合理性,以及控制策略的正确性。对于液压行走系统的研究,本文采用公式推导和数值仿真的方式进行理论分析,再结合台架实验从物理层面上验证,结果满足预期。为工程车辆行走系统构型和自动换挡控制规律研究提供了一种行之有效的方法。
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