履帶車輛液壓機械差速轉向系統控制策略

摘 要：液壓機械差速轉向系統是機械轉動和液壓傳動相結合的履帶式車輛轉向系統。該轉向系統有著高效率和無極調速的特點，非常符合履帶車輛駕駛員轉向的需要。為了確保駕駛員有著準確的轉向意圖，杜絕轉向系統行使中的控制難題。文章就此構建了系統數學模型，設計出轉向系統的控制策略，以此達到履帶車輛液壓機械差速轉向系統的行駛要求。

關鍵詞：履帶車輛；液壓機械；差速；轉向；控制策略

液壓機械差速轉向系統能夠無極轉向，其內部裝置很簡單，運行效率也很高。該轉向系統能夠改變履帶車輛轉向機動的不足。現階段，國外發達國家都已經在推土機、履帶拖拉機、坦克車上應用了該轉向系統。但我國對該系統的研究程度還不夠，相比國外有很明顯的差距。我國的研究內容多是對轉向系統的參數設計、結構、性能而言的，并沒有涉及到驅動系統影響轉向控制的程度。因此，本文充分考慮了駕駛員操作情況、系統動態和轉向情況，從而提出了一種綜合控制策略，確保液壓機械差速轉向系統的控制。

1 液壓機械差速轉向系統原理

該轉向系統以方向盤進行操作。其內部構成有轉向凸輪機構、電磁換向閥、伺服液壓缸、方向盤、液壓伺服閥等。其中，方向盤剛性聯接轉向凸輪機構。當車輛發生轉向時，駕駛員會開始轉動方向盤，轉向凸輪機構開始運行。隨之，液壓先導閥桿發生擺動，控制好輸出油壓力。在轉向凸輪機構內，液壓先導閥桿介入。方向盤轉角和先導閥桿擺角形成了固定式的對應。

車輛開始轉向時，會導致液壓泵斜盤發生傾斜。發動機開始輸出功率時，會通過分流機構開展分流。一部分會沿著變速箱往左右行星排內的齒圈上傳遞，還有一部分以液壓馬達、液壓泵構成的回路系統傳到太陽輪上。這兩分路的功率，通過左右行星流進左右的履帶輪內。因為液壓馬達輸進排齒圈有相反的轉速，車輛兩邊的履帶會發生差速轉向。由于液壓轉向內的液壓泵可以調節排量，因此駕駛員能依據實際情況調節好液壓泵排量，從而將回路系統內的排量比進行改變。如果是正排量比，排量比增大，差速系統左邊的速度也會隨之增大，差速系統右邊的速度會變小。這就達到了右轉向的目的。小半徑往其余半徑轉向。如果是負排量比，則會發生左轉向。車輛長驅直行時，液壓機械差速系統內的泵斜盤為零度傾角。液壓系統不開始工作時，發動機功率都會通過變速箱轉進行星排，再輸進履帶輪，達到直驅向前。

車輛開始轉向時，大半徑角度和小半徑角度的車輛內外履帶有著很明顯的速度變化。大半徑轉向的期望轉向半徑是5m、2m。小半徑轉向是0.7m、0.5m。由此得到了車輛轉向半徑、系統油壓變化的曲線。由此可得，期望目標轉向基本能實現，車輛轉向時并不會出現側滑。

車輛內外側的履帶有著很不明顯的超調量，響應速度也比較快。車輛轉向半徑向是直行。通過調整之后便收在目標轉向半徑內。轉向半徑曲線很平穩。系統油壓轉向過程中會增加，這是由于液壓泵的傾角忽然間變化。液壓泵流速發生改變。但隨著車輛轉向的繼續，系統壓力開始逐步恢復，達到恒定值。目標轉向的半徑如果越小，系統獲得的油壓便會更大。除了油壓的急劇增加，響應過程并不存在超調。這就證實轉向系統控制策略很適用于車輛的小大半徑轉向。

5 結束語

本文首先構建了液壓機械差速轉向系統的模型。根據該模型，分析了履帶車輛安全轉向的問題，并設計了轉向系統的控制策略。此控制策略是液壓泵排量和轉向控制單元彼此的配合。選擇了PID控制器，成本低效率高。以仿真結果證實了控制系統能證實駕駛員轉向的思想。為了更方便的進行分析，仿真過程還沒有涉及到液壓元件的壓力問題，以及車輛轉向系統匹配發動機問題。因此，還要更進一步的研究車輛轉向時液壓元件壓力問題。

參考文獻

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