调平式果园作业平台设计与仿真分析

基于河北农业大学研制的果园作业平台设计了一种调平式果园作业平台,能够在调节工作台面倾斜角度的同时对车身载荷转移情况进行调整,有效提高作业平台坡地作业时的稳定性和搭载人员及物品的安全性,增强作业平台对不同作业环境的适用性。本研究采用最大侧倾稳定角和横向载荷转移率即值作为作业平台倾翻稳定性评价指标,利用ADAMS软件对作业平台虚拟样机在多工况下车身稳定性进行运动学及动力学分析。基于传统力学和运动学理论建立了仿真模型的动力学数学模型,经验证计算结果与仿真结果误差不超过0.5%,验证了仿真模型有效。仿真结果表明:调平后,作业平台最大侧倾稳定角度值提高,横向载荷转移率值降低,有效提高了作业平台抗倾覆性和行走稳定性;通过运动学仿真得到工作台围栏内测量点的运动学参数,为日后电液控制系统设计提供了技术理论参考。     

基于MATLAB汽车操纵稳定性的研究

转向引起的在方向上的运动、绕轴的侧倾运动以及绕轴的横摆运动是汽车操纵稳定性重点研究的内容。通常可简化为二自由度汽车模型来研究,以作为输入,以作为输出,通过横摆角速度的响应情况来判断汽车操纵稳定性的好坏。二自由度汽车模型的建立方法有很多,simulink是其中之一。本文利用了simulink建立了二自由度汽车仿真模型,为研究能提供了一个快速、便捷、准确的方法。通过对仿真模型的分析,可以得到整车操纵稳定性规律及影响因素,从而评价汽车操纵稳定性。     

基于鞍座因素的半挂汽车列车横向稳定性研究

针对轿车操纵稳定性研究方法在汽车列车研究中的局限性,探讨了一种适合于研究汽车列车操纵稳定性的方法和改善措施.根据所建包含鞍座阻尼的半挂汽车列车系统动力学模型,进行了"S"移线工况下汽车列车运行状态的计算机仿真与分析,揭示了挂车相对牵引车侧倾角、横向加速度等运动参数的变化响应,并通过施加鞍座阻尼力矩来改善系统的横向稳定性.研究结果表明阻尼力矩能有效减小系统的横摆振幅和摆振频率,为研究半挂汽车列车操纵稳定性提供了参考和借鉴.     

半挂汽车列车鞍座参数匹配及行驶特性分析

为分析具有侧向自由度的半挂汽车列车行驶特性,建立了包含车身侧倾和转向系刚度的车辆模型,对车辆在典型工况下的运行状态进行仿真分析;并对模型中的牵引鞍座参数进行调试和匹配,分析这些参数变化对系统稳定性的影响,以期为车辆系统设计提供参考依据.研究结果表明,行驶状况和牵引鞍座参数的变化,可能造成车身侧倾、两车存在夹角等,应通过参数灵敏度进行分析判断;仿真结果说明所建模型适用于分析车辆行驶特性.     

8自由度乘坐动力学模型及时域仿真

为克服频率响应法对车辆平顺性预测的局限性，建立了8自由度的汽车乘坐动力学模型和随机路面激励的时域模型。乘坐动力学模型考虑了包括坐椅在内的车辆的垂直、俯仰和侧倾3种运动。利用MATLAB／SIMULINK仿真工具对某型车辆在B级路面行驶时的平顺性进行了时域仿真分析。研究结果表明，此方法能够快速地对车辆在随机路面行驶的平顺性进行预测和评价。     

汽车气动造型在侧风稳定性中的应用研究

对比不同气动造型汽车的侧风稳定性,分析了影响侧风稳定性的因素.采用MATLAB软件建立多自由度汽车动力学数学模型,并进行侧风稳定性仿真,通过对比风压中心与质心3种相对位置情况下的侧倾角速度和横摆角速度,得出风压中心位于质心后的汽车气动造型可以改善汽车侧风稳定性的结论.采用实车侧风稳定性试验进一步验证了侧风稳定性虚拟试验结论的有效性.最后从汽车的车身尾翼、车身横断面、阻风板等方面提出汽车侧风稳定性改善措施.     

采用模糊理论的七自由度汽车主动悬架控制系统

建立了七自由度的汽车主动悬架数学模型，并就该模型的模糊控制方法进行了研究．以模拟路面的正弦信号作为输入，以汽车车身的垂直加速度、俯仰角和侧倾角，以及悬架的变形作为输出．模糊控制规则采用调整因子，以使设计的模糊控制系统具有更好的灵敏性和鲁棒性．用Matlab语言及其Simulink工具箱仿真，结果表明，设计的主动悬架与被动悬架比较，其舒适性和操纵稳定性得到改善，且模糊控制器具有良好的鲁棒性．     

林火巡护车辆横向动力学特性分析

建立了该车辆的线性二自由度数学模型,通过数学计算的方法分析了该车辆的横向稳定特性,对车辆的稳态响应进行了数值分析.应用虚拟现实技术对林火巡护车辆建立了多体系统动力学仿真模型,模拟分析了稳态转向特性及瞬态响应特性.研究结果表明,虚拟试验方法与数值分析计算结果非常吻合,该车辆具有不足转向特性,其质心位置是影响该车辆横向稳定性的重要因素之一.      

基于改进占空比扰动法的光伏系统的研究

针对车辆轮荷的显著差异会降低车辆的平顺性和驱动能力这一问题,提出了一种油气耦连悬架系统.首先介绍了该系统的结构和原理,并在Matlab/Simulink下搭建了其动力学模型,最后将该模型与车辆动力学仿真软件Carsim进行联合仿真,在不平路面下对是否装有该耦连悬架系统车辆的侧倾角、不足转向度、发动机输出功率等指标进行仿真对比,研究该耦连悬架系统对车辆平顺性和操纵稳定性的影响.仿真结果表明,油气耦连悬架系统可以增加车辆的通过性和驱动能力,提高车辆的平顺性.     

基于带死区PID控制的车辆磁流变座椅悬架的仿真

采用Lord公司生产的磁流变阻尼器RD1005来代替座椅悬架中被动阻尼器,构建磁流变半主动座椅悬架系统.针对此系统建立了人体-座椅的5自由度动力学模型,其中磁流变阻尼器采用改进的Bouc-Wen模型,采用了基于带死区PID控制器,依靠实时加速度信号在线调整控制量,达到最优减振效果.用MATLAB/SIMULINK建立系统的仿真模型.仿真结果表明,该控制器能有效地改善座椅的减振效果,减小驾驶员所受到的振动冲击,提高了乘坐舒适性.     

基于CFD的客车空气动力学分析

为了解决客车在高速行驶时,气动阻力急剧增加,耗油量增加的问题,针对某国产大型客车的简化模型及改进模型,应用计算流体力学原理和方法对模型的外流场进行了数值模拟,得到了两种客车模型的表面压力分布、速度矢量分布以及气动阻力系数等气动特性．对比分析表明：增大前围与顶部的圆角可以降低客车气动阻力,但是对后部流场影响很小．     

基于ANSYS Workbench的自走式农机底盘的优化设计

针对丘陵山区地块面积小、农机底盘作业转向难的问题，设计了转向灵活、转弯半径小的摆转转向底盘。底盘由转向装置、浮动装置、液压系统、发动机，前桥、后桥、控制系统、PTO输出等组成，采用水冷系统以及CVT无级变速的汽油发动机与液压系统结合，实现底盘的动力匹配；通过ANSYS Workbench构建摆转转向底盘前桥、后桥、整体机构的力学模型，分析各机构不同状态下的变形参数的变化趋势，并对底盘机构易于损坏的部位进行优化。结果表明：前桥转向机构附近的配件对前桥的变形影响较大，采用5 mm厚度方钢的前桥结构变形量为0.85 mm，优化后的前桥所安装的配件采用模块化分配，使用10 mm以上方钢加工制作，保证前桥变形量稳定控制在0.3~1.0 mm；优化后的底盘后桥最大等效应力为14 MPa，变形量为0.25 mm，分别较优化前降低了33.33%和28.57%，机架的结构稳定性得到改善。通过压力测试仪器对实物平台的测试，底盘在行驶过程中的压力变化曲线平稳，启动和停止阶段所受的压力在可控制的范围内；底盘的行驶直线度、偏驶率均低于1%，且不受底盘载重的影响。     

山地履带车辆软坡路面稳态转向模型建立及验证

丘陵山区特殊的作业环境影响履带车辆的机动性能，建立履带车辆软坡路面稳态转向理论模型，探讨坡角、转向半径、转向角度和土壤环境等因素对山地履带车辆转向性能的影响。结果表明：基于动力学模型的数值分析与基于RecurDyn模型的仿真分析表现出较为一致的转向特性，这说明所建立的履带车辆软坡路面转向模型准确度较高；偏移量和滑移率随坡角及转向半径的变化趋势相反；牵引力、制动力、转向驱动力矩和阻力矩随坡角及转向半径的变化趋势一致，随转向角度在［0，360°）内呈现周期性变化；履带车辆在转向半径越大、坡角越平缓的情况下越易于实现转向运动，土壤环境是影响履带车辆转向特性的显著因素。研究结果可为履带车辆转向系统设计及其软坡路面转向特性分析提供参考。     

铰接转向果园割草机的设计与试验

针对丘陵山地现有果园割草机行走性能差及人员操作便捷性低等问题,设计一种铰接转向果园割草机。采用理论分析与仿真、田间试验相结合的方法,对铰接转向果园割草机进行研究。结果表明:1)铰接转向果园割草机最大行驶速度5.9 km/h,割刀转速1 450~3 850 rad/min,最小转弯半径466.4 mm,爬坡与下坡纵向极限倾覆角度分别为37.47°和60.99°,横向极限倾覆角为48.76°;2)应用Ansys workbench软件分析得到割草机车架在平地直行、平地最大角度转向、直行爬坡与直行下坡四种工况下最大变形量和最大等效应力分别为0.034 4 mm和20.06 MPa。田间试验结果表明:铰接转向果园割草机的割幅利用率为98.9%,平均碎草率85.9%,割茬高度基本符合设定高度,满足丘陵山地小地块果园作业需求。     

油菜直播机组自动对厢作业控制器设计与试验

针对基于视觉的油菜直播机组自动对厢作业控制,本研究提出了结合模糊控制和带死区的PD控制的组合控制器,其中模糊控制器作为对厢作业路径跟踪控制器,带死区的PD控制器作为直播机组转向控制器。根据直播机组运动模型和相机成像模型,分析了图像路径参数跟随直播机组运动的变化规律,并设计模糊控制器的控制规则。同时,在图像中将直播机组与目标厢沟相对位置没有偏差时的图像路径标定出来作为图像目标路径,据此以图像实时检测路径与图像目标路径的角度偏差和截距偏差设计为模糊控制器输入,前轮目标转角为模糊控制器输出。对直播机组前轮转向控制则设计了带死区的PD控制器,通过两者的有机结合实现了直播机组的自动对厢作业。田间试验结果表明:油菜直播机以0.5或0.8m/s的速度行驶时,直线导航跟踪的横向偏差小于6cm,以1.0m/s的速度行驶时,横向偏差小于10cm。     

基于激光传感器的自动巡迹智能车控制系统

本智能小车控制系统以MC9S12G128控制器为核心,利用一排18个激光发射管与6个接收管作为路径识别传感器,通过MC9S12G128的I/O口获得传感器信号,并利用特征提取方法提取赛道类型,实现起跑线、十字交叉线识别。根据道路信息,采用模糊控制算法输出PWM波形来控制舵机的转向,完成对小车的方向上的控制,采用光电编码器提取小车速度,经过与当前设定值进行比较得到速度偏差,采用PID算法计算并输出PWM脉冲来控制电机调节小车速度,完成对小车运动速度的闭环控制。实验验证,该系统达到了预期设计效果。     

高地隙履带车转向性能试验

针对农作物生长后期田间机械化管理作业需求,设计了一种小型全液压驱动的高地隙履带车。履带车采用两侧马达正反转的方式进行原地转向,为验证设计方案的合理性,使用AMEsim软件和集思宝G970高精度GNSS设备对履带车原地转向性能进行仿真分析和试验。仿真结果表明:在水泥路和砖砌路稳定转向时,两侧马达转速分别为-76 r·min~(-1)和81 r·min~(-1),转速差约为总转速的3.3%,基本可以实现等速正反转。试验结果表明:使用实时差分卫星定位信号可以精确测定履带转向轨迹,在水泥路和砖砌路履带车转向半径均值分别为0.054 m和0.126 m,转向轨迹半径变异系数分别为40.969%和64.899%;圆心距离标准差分别为0.093 m和0.017 m。仿真和履带车试验表明,采用两侧行走马达正反转实现履带车原地转向的方案可行,履带车转向半径较小。     

基于ADAMS的重卡双前桥转向仿真与优化

针对汽车前轮磨损严重的问题,应用ADAMS建立模型,进行转向机构运动学虚拟仿真.与理论数据进行比较,分析磨损的原因;同时进行转向机构优化设计得出合理的布置方案,较好地解决了轮胎磨损的问题.     

农用轮式机器人间接型专家控制系统研究

为了适应农用机器人的工作环境复杂多变,研究了一种用于自动导航路径跟踪控制的间接型专家控制算法,根据不同的控制策略、转向方式建立了专家控制的控制算法库,对农用机器人路径跟踪和转向进行控制。针对农用机器人沿作物行行走建立了精确的数学模型,同时采用相适应的转向方式并依最优控制律对农用机器人进行控制;针对田间地头转向时转角较大、对转向灵活性要求较高,采用四轮转向方式设计了模糊控制算法。专家控制器根据具体的路径状况,调用不同的控制算法。通过仿真验证,该专家控制算法能满足农用机器人导航时的路径跟踪控制的精度要求。     

果园高位自动调平作业平台设计及仿真

  目的  我国果园机械化程度低,尤其缺少丘陵山地果园的机械,目前果园疏花疏果、套袋、采摘等繁重工作主要依靠人工架梯完成。设计一款适用于丘陵山区苹果园的高位自动调平平台,可以提高果园采收机械的采收效率、安全性和稳定性。  方法  根据果园地形特点和果树高度确定平台设计要求和调平方式,确定俯仰、侧倾不同部分尺寸关系,液压缸所需推力、平台角度和液压缸位移量的关系;建立平台控制系统数学模型,使用增量式PID控制器,以不同干扰信号在Simulink中仿真控制调平性能;在Adams中设计极限倾翻坡度实验,平台在不同姿态、不同升降高度和不同载质量情况下仿真验证其安全性。  结果  建立各部分的数学关系,确定各部分基本尺寸,从而建立了平台三维模型。在控制系统仿真中,俯仰、侧倾控制系统在阶跃干扰信号下能使工作台很快回到水平位置,调平时间分别为1.6、2.1 s,超调量均为0;俯仰、侧倾控制系统在正弦干扰信号下能使工作台始终保持在0°附近,波动范围分别在0.15°、0.19°内。平台极限倾翻坡度仿真实验表明平台的倾翻稳定性随着举升高度和载质量的增加而降低,相比无调平时,有调平时的最小极限倾翻坡度增加了24.77%,平台安全性明显提高。  结论  设计的果园高位自动调平平台能够在不同干扰下始终保持水平,具有较好的抗倾翻能力,安全可靠,能够满足丘陵山地果园的使用需求。