电动装载机驾驶意图与作业工况自适应综合换挡策略研究

作     者：许铭楷 

作者单位：华侨大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任好玲;万禹平

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：电动装载机 自动变速换挡规律 驾驶意图识别 工况识别 综合换挡策略 

摘      要：随着全球气候变暖、石油资源匮乏等问题日益彰显,我国提出了“碳中和、碳达峰双碳目标,节能减排已成为各行业发展的主要趋势,而纯电驱动成为工程机械领域的焦点。然而装载机作业工况复杂恶劣,铲掘作业时需要大扭矩而转场时需要高车速,驾驶员需要频繁切换挡位来保证动力需求,换挡次数过多容易使其疲劳,难以集中注意力进而影响安全性。此外,不同熟练程度的驾驶员操纵水平又会影响整车的经济性,而自动变速技术的应用一定程度上可以解决上述存在的问题。因此,对电动装载机自动变速技术深入探究具有重要意义。首先,对本文研究的50型电动装载机传动系统展开分析及参数匹配。在此基础上,对换挡规律的类型进行分析,以换挡前后加速度最大为目标制定了最佳动力性换挡规律,保证了动力性;以换挡前后电机工作在高效率区间为目标制定了最佳经济性换挡规律,保证了经济性。其次,传统换挡规律不受驾驶员的操纵影响,无法满足驾驶员的驾驶需求,因此,对电动装载机的驾驶意图进行识别研究。通过对比分析几种常用的驾驶意图识别方法,选择模糊控制作为本文驾驶意图识别的研究方法,将驾驶意图划分为急加速、正常加速、维持、减速以及制动五个意图,选择油门踏板开度、油门踏板开度变化率和制动踏板开度作为识别的输入参数,利用Matlab/Simulink搭建了驾驶意图识别仿真模型,并进行仿真分析,验证了基于模糊控制的驾驶意图识别能够较为准确识别出驾驶意图。再次,针对装载机作业工况下负载变化剧烈,传统换挡规律无法很好地适应作业工况会导致不必要的换挡现象这一问题,本文对作业工况识别展开研究。分析了装载机常见作业工况特征,并选取最为常用的“V型工况作为研究工况,通过实车试验采集数据,采用K-means聚类分析对装载机循环工况分类,构建了带有特征参数信息的循环工况。在此基础上,分别使用K近邻算法和加权欧式距离判别法对工况作业阶段进行识别,采用Matlab编写识别算法,对两种算法的识别准确度进行验证,结果表明本文的工况识别方法具有可行性与准确性,且加权欧式距离判别法识别准确度优于K近邻算法,准确度达到了92.57%。最后,提出了基于驾驶意图与作业工况自适应的综合换挡策略,搭建了基于AMESim-Matlab/Simulink联合仿真模型,对制定的最佳动力性、最佳经济性换挡规律以及所提出的综合换挡策略分别进行了动力性与经济性的仿真验证,仿真结果表明综合换挡策略能够较好适应不同驾驶员需求和作业工况的不同阶段,达到同时兼顾动力性和经济性的效果,提高了整车自动变速系统的性能。此外,搭建了电动装载机机电液传动系统综合试验平台,通过静态手动换挡试验对换挡逻辑进行验证,然后对最佳动力性、最佳经济性换挡规律的动力性和经济性进行试验验证,并且对有驾驶意图修正的综合换挡策略进行试验验证,验证了所研究内容效果达到预期,有一定的工程实际应用价值。