拖拉机前轮前束设计计算方法研究

该文从分析拖拉机前轮前束的运动状态出发,推导出一种前轮前束值的设计计算公式,并探讨了其相应参数的确定方法:对几种常用拖拉机的试验测试,证明了该计算方法的可靠性。     

基于理想传动比的主动前轮转向控制

针对目前汽车主动前轮转向系统缺少对理想传动比规律研究的问题,建立线性二自由度车辆模型、主动前轮转向系统模型,以及轮胎模型;设计固定横摆角速度增益下的主动前轮转向系统理想传动比规律,提出基于该规律的主动前轮转向附加转角闭环控制策略,并对提出的控制策略进行仿真分析和试验验证。结果表明:基于理想传动比的前轮主动转向附加转角控制策略可有效保证车辆在低速时横摆角速度响应幅值变大,车辆具有较好的操纵性;高速时横摆角速度和质心侧偏角响应的幅值均变小,车辆具有较好的稳定性,有利于车辆获得较为理想的转向品质。研究结果可为主动前轮转向系统的设计与开发提供理论基础。     

提高农用运输车辆行驶平顺性研究

为改善农用运输车辆在不平路面上的行驶平顺性，建立了五自由度系统振动数学模型，通过模拟计算，探讨了车辆悬架系统参和座椅参数对行驶平顺性影响，并确定了悬架刚度与减振器阻尼的最佳匹配。改进后的试验结果表明，行驶平顺性有明显提高。     

路面条件对双桥驱动车辆寄生功率的影响

在建立不同路面条件滑转率计算模型的基础上，推导了前轮大于后轮和前轮小于后轮两种情况下双桥驱动车辆寄生功率的求解方程。以双桥驱动轮式装载机为例，定量地计算了滚动阻力系数、地面土壤状态、土壤相对含水量等地面因素对寄生功率的影响，获得了一些有益的结论。     

混联式液压混合动力系统储能元件参数优化

为了实现设计的双行星排混联式混合动力系统的燃油经济性最佳,该文研究了混合动力构型方案的节油效果影响因素,结果表明:面向系统燃油经济性目标,车辆运行工况决定储能机构与车辆的匹配特性。在此基础上提出了一种基于车辆常运行工况的储能元件优化设计方法,并以一定燃油经济性为优化目标,通过建立优化算法模型,对混联式混合动力系统进行参数优化,通过对典型工况下的动力系统匹配特性分析与验证,以及数学建模与仿真,其结果表明:通过以上匹配和优化方法,系统的燃油经济性可进一步提升4%左右。该研究为后续的更多参数的进一步优化以及先进控制方法应用提供了参考。     

车辆转向统一动力学模型及模型跟踪控制

为将两轴车辆控制算法应用于多轴车辆,该文在多轴转向车辆二自由度动力学模型的基础上,建立了多轴转向车辆和两轴车辆的统一动力学模型;在此统一动力学模型的基础上可通过对任两轴车轮的控制就能实现对多轴转向车辆的控制。同时根据零侧偏角控制策略构建了多轴车辆的动力学理想模型;对前轮机械转向和前轮电控转向的多轴转向车辆,分别设计了基于模型跟踪的控制系统并进行了分析。分析结果表明,采用统一动力学模型、零侧偏角控制策略和模型跟踪控制方法,控制系统调整方便且较易实现,也能达到理想的控制效果。     

自动引导车辆(AGV)定位停车的控制

建立了后轮驱动、前轮转向自动引导车辆的定位停车运动学模型，基于这一模型提出了经过两步消除定位停车误差的控制策略。根据极小值原理探讨了Ｐｉｎｇ－Ｐｉｎｇ控制算法，车辆以最佳方式消除停车误差应切换控制的状态轨迹，以及消除停车误差车辆应行驶的最短距离。还分析了车辆当前位置到预定停车位置之间的距离对实施该控制策略的影响，提出了超前给出定位停车标志的必要性。     

自动引导车辆(AGV)定位停车的控制

建立了后轮驱动、前轮转向自动引导车辆的定位停车运动学模型，基于这一模型提出了经过两步消除定位停车误差的控制策略。根据极小值原理探讨了Ｐｉｎｇ－Ｐｉｎｇ控制算法，车辆以最佳方式消除停车误差应切换控制的状态轨迹，以及消除停车误差车辆应行驶的最短距离。还分析了车辆当前位置到预定停车位置之间的距离对实施该控制策略的影响，提出了超前给出定位停车标志的必要性。     

轮式车辆动力传动系自激振动研究（Ⅳ）——影响自激振动稳定性的因素…

文章研究了传动轴扭转阻尼，半轴扭转刚度和所转阻尼等结构参数对整车振动系统稳定性的影响，表明增加半轴和传动轴的扭转阻尼能够明显地抑制自激振动的产生；还研究了外界参数对车辆振动系统稳定性的影响规律，表明前轮和后轮的地面附着重量利用系数随滑转率的增大而减小的斜率对稳定性的影响很大，不稳定模态的正实部随这两个斜率的增加而增大，并探讨了抑制自抑的一些方法和结构措施。     

轮式车辆动力传动系自激振动研究(Ⅳ)──影响自激振动稳定性的因素和抑制自振的措施探讨

文章研究了传动轴扭转阻尼、半轴扭转刚度和扭转阻尼等结构参数对整车振动系统稳定性的影响，表明增加半轴和传动轴的扭转阻尼能够明显地抑制自激振动的产生；还研究了外界参数对车辆振动系统稳定性的影响规律，表明前轮和后轮的地面附着重量利用系数随滑转率的增大而减小的斜率对稳定性的影响很大，不稳定模态的正实部随这两个斜率的增加而增大；并探讨了抑制自振的一些方法和结构措施     

电驱动铰接式工程车辆操纵稳定性控制分析

铰接式工程车辆因其铰接转向机构布置,使整车行驶过程中的横向稳定性降低。该文针对电驱动铰接式车辆的结构特点,建立了三自由度整车行驶动态数学模型,利用其各轮可独立控制的特性,提出基于直接横摆力矩(direct yaw-moment control,DYC)的车辆稳定性控制策略。分别以前车体质心侧偏角和横摆角速度、后车体质心侧偏角和横摆角速度为控制变量,建立了2种基于不同控制变量下的铰接式车辆最优直接横摆力矩控制策略。通过对地下35t铰接式自卸车的瞬态响应进行仿真分析,从响应速度、精确性等方面,探讨了2种控制策略下铰接式车辆稳定性的实现与性能。该研究可为电驱动铰接式车辆的稳定性控制提供有益的参考。     

设施园艺移动平台分布式驱动自适应防滑控制

针对设施园艺特殊作业场景对电驱移动平台灵活作业与高操纵稳定性需求,该研究设计了一种四轮轮毂电机独立驱动的分布式设施园艺电驱移动平台,并提出了一种可提高转向灵活性与稳定性的自适应防滑控制策略。在该控制策略中,首先构建电驱移动平台动力学模型与Ackermann差速转向模型,结合速度瞬心原理及轮胎侧偏角确定各车轮转向目标转速;其次,为提高电驱移动平台对时变附着系数的适应能力,采用改进的强跟踪自适应无迹卡尔曼滤波算法设计复杂路面识别器,实现对路面附着系数准确估计;最后,设计基于自适应滑模算法的防滑控制器,根据路面附着系数估计值确定车轮相对最佳滑转率并实时控制滑转率。为验证所提控制策略的有效性,开展了Carsim-MATLAB/Simulink联合仿真与分布式设施园艺电驱移动平台实车试验。试验结果表明,所提控制策略可准确估计复杂道路下路面附着系数,降低车轮滑转率误差;在不变路面、对接路面与对开路面3种工况下,左侧车轮滑转率误差分别为0.031、0.015和0.038,右侧车轮滑转率误差分别为0.026、0.005和0.028;在不变路边随机路面实测路况下,电驱移动平台路面附着系分别数约为0.44和0.47,最大滑转率分别约为0.69和0.68,有效抑制了轮胎转向时的过度滑转,提高了电驱移动平台的行驶稳定性。研究可为设施园艺车辆驱动防滑控制提供具体理论依据和实施方案。     

滑转条件下星球车坡面通过性评估试验

星球车是执行深空探测任务的主要移动平台,针对星球表面崎岖地形地貌,开展滑转条件下星球车坡面沉陷研究,确保其安全通过性能具有重要意义。基于传统地面力学研究方法,以速度和坡度为试验因素,车轮滑转率和沉陷为试验指标,开展滑转条件下的缩比星球车坡面沉陷试验;分析了试验因素对各车轮滑转率影响,以及不同滑转率和速度条件下沉陷变化规律,建立了滑转率关于坡度的一元二次模型。结果表明,模型车前轮和中间轮的滑转率随速度和坡度变化趋势总体趋于一致,与后轮滑转率变化趋势明显不同。坡度为25°时,前轮和中间轮滑转率最大值达到92.3%,后轮相应的最大滑转率为61.8%。试验条件下,各车轮沉陷最大值分别为33.1 mm（前轮）、33.9 mm（中间轮）和13.6 mm（后轮）;当滑转率的范围为25%～60%时,前轮和中间轮沉陷增加的较为平缓,平均增加率为22.5%,对于后轮滑转率超过35%后,沉陷变化较小,波动范围为?1.3～1.8 mm;速度对各车轮沉陷的影响明显较滑转率的小,沉陷的相对变化率范围为?12.5%～10.7%。该研究可为低重力环境下星球车研制、坡面通过性评估提供参考。     

基于双椭圆弧型中弧线的系列翼型设计方法

为了能够方便快捷的设计和修改翼型,采用两段椭圆弧来构造翼型的中弧线,并推导了描述中弧线的方程式。用该方法构造的中弧线光滑连续,且不存在拐点。选用现有翼型的厚度分布,与中弧线分布函数进行叠加,并引入厚度比例因子来实现对厚度的调整,最终得到了一种基于双椭圆弧型中弧线的翼型设计方法,称之为DEA(double ellipse arcs)翼型。选用Clark-Y翼型作为基础翼型,设计了多款DEA翼型,并利用X-foil软件对翼型气动性能进行求解,分别研究了最大相对弯度、最大弯度相对位置、最大相对厚度以及翼型中弧线的形状因子对翼型气动性能的影响。研究表明:增加最大相对弯度,可以提高翼型的升力系数,同时使翼型的升阻特性得到一定的改善;最大弯度位置前移,可以提高翼型在小攻角下的升力系数,同时增加翼型高效升阻比的攻角范围;增加最大相对厚度可以提高翼型的最大升力系数,以及增大失速攻角,同时,高效升阻比的攻角范围也随着翼型最大相对厚度的增大而增加;中弧线前、后缘形状因子对翼型气动性能的影响相对较小。     

基于最优滑转率的电动车辆驱动防滑控制策略

针对目前大功率运输车辆在起步阶段车轮容易出现打滑空转现象,提出了基于最优滑转率的驱动防滑控制策略,将驱动防滑控制系统应用到重载运输车辆上。通过监测车辆行驶滑转率,由模糊控制系统控制电机调整转矩,将轮胎的滑转率控制在最优滑转率附近。在Matlab/Simulink建立仿真模型,并进行一系列在不同路面工况下的仿真试验。结果表明模糊控制能够有效控制滑转率,能够将滑转率稳定控制在0.2左右,并且提高利用附着系数,使其接近路面自身的附着系数。在低附路面仿真结果中,将车身加速度从0.8提高到了0.95 m/s2左右,并使其稳定在0.95 m/s2,达到了提高车辆的动力性的目的。最后,依据工业级的嵌入式系统Compact RIO-9024和PXI8110搭建了硬件在环仿真系统。通过对该系统的硬件在环仿真研究,整车在不同路面上的响应时间小于1 s,能够满足实车行驶时的实时性要求,验证了模糊控制算法的实时性。该研究可为大型工程运输车辆的驱动防滑设计提供参考。     

夹持式穴播轮种子室内种子运动分析

种子在夹持式穴播轮中的运动状态对精密排种有重要影响,应用力学分析计算和试验的方法研究种子在穴播轮直立圆桶型种子室内的运动。在穴播轮转动时种子室内的种子作为一个整体相对种子室中心受顺时针和反时针力矩作用,顺时针力矩使种子沿种子室内圈下滑,反时针力矩使种子随种子室内圈上升。当2个力矩值大小相等时,种子室内种子的深度称为种子下滑临界深度,若种子深度小于临界深度,种子在种子室内圈上整体滑动不上升,否则种子沿种子室内圈上升。试验表明,对现有夹持式穴播轮,未安装取种器时种子下滑临界深度为0.05m,安装取种器时为0.01m。     

轻载荷条件下轻型车辆车轮牵引通过性模型的建立与验证

为研究轻型地面车辆松软地面通过性能,针对轻载荷条件建立车轮牵引通过性预测模型,该文采用轮上载荷为30~90 N的轻载荷条件,以轮上载荷和轮径度为试验因素,车轮沉陷、挂钩牵引力和牵引效率为试验指标,开展滑转条件下轮壤相互作用试验研究。分析了试验因素对车轮牵引通过性的影响规律,发现载荷因素对试验指标的影响最为显著,显著性检验的置信度达90%。沉陷随着轮径的减小以及轮上载荷和滑转率的增加,车轮沉陷均呈现增加趋势,平均相对增加率分别为14.3%、36.9%和77.4%。挂钩牵引力随着载荷、滑转率和轮径的增加平均提高了约263%、295%和29.71%,牵引效率最大值均值为0.23,对应的滑转率为26.86%。基于传统沉陷模型和轮壤接触应力分布线性化公式,结合车轮土槽试验结果,建立了适合滑转条件的沉陷模型,模型计算值与试验值残差低于3.6 mm,平均相对误差小于6.4%,结果表明该模型能准确预测轻载荷条件下车轮沉陷。该研究为轻型车辆研制、轻载荷条件下车轮牵引通过性评估提供了参考。     

基于分形理论与数字滤波的曲面拟合

土壤调查中常常需要解决曲面拟合问题,即根据有一定分布的有限个体本网络点数值（比如高程,地下水深度,土壤ｐＨ值等）,计算研究区域中所有网格点的数值,这是一个经典的数学理论问题,本文将分形理论与数字滤波（数字信号处理）方法有机地结合起来,给出一种新型的曲面拟合计算方法,该算法可以适应研究区域中存在有隔离断裂曲面的复杂情况。     

活体动物运输车厢空气流动及传热特性模拟与优化

近年来,随着科技发展和生活水平提高,活体动物的运输量越来越大。特种运输车辆增设通风空调系统可改善运输过程中活体动物的生存环境。但国内现有活体运输车中普遍存在气流组织不合理的问题,导致车厢内局部气温过高或过低,动物存活率低、车辆装载量少。该文以兔子运输车为例,利用CFD软件模拟分析了现有车厢内空气流动和传热状况,并提出风口优化布置原则:将回、排风口置于高温区域,提高回、排风温度。研究表明,现有车厢内气流短路现象严重,车内最高温度超出设计温度范围3.20℃,且约21%的兔笼超温;优化布置的风口可明显改善车厢内空气温度分布;所有兔笼温度均保持21.05~29.20℃以内,满足设计要求。该工作对活体动物运输车的设计和生产具有指导意义。     

基于虚拟现实的拖拉机双目视觉导航试验

针对农机导航系统的传统田间试验方式受作物生长状态的约束性较强,错过适当的作物生长时期将直接导致开发周期延长、成本增加等问题,该文提出了一种基于虚拟现实技术的拖拉机双目视觉导航试验方法。该方法以拖拉机为作业机械,苗期棉花为目标作物,在虚拟现实环境下建立田间作物行场景的三维几何模型,用于模拟田间试验场景;建立虚拟现实环境下的拖拉机物理引擎,根据实车参数及试验场景信息快速、准确地解算拖拉机的动力学参数,并且根据解算所得的状态参数在虚拟试验场景中实时渲染拖拉机的位姿状态;设计路径跟踪控制器,以经过双目视觉方法识别的田间路径为目标路径,根据拖拉机当前行驶路径与目标路径的相对位置关系解算并控制拖拉机前轮转向角度。以某型拖拉机参数为实车参数,采用大小行距方式布置5行曲线形态的苗期棉花作物行场景开展虚拟导航试验。拖拉机以不大于2 m/s的车速跟踪作物行时,平均位置偏差的绝对值不大于0.072 m、位置偏差的标准差不大于0.141 m;平均航向偏差的绝对值不大于2.622°、航向偏差的标准差不大于4.462°。结果表明:该文设计的拖拉机虚拟试验系统能够在虚拟现实环境下,模拟田间作物行环境开展基于双目视觉的导航试验,可为导航控制系统的测试及改进提供理论依据和试验数据。