多功能自動變速的智能控制

　　換擋策略是車輛自動變速控制的，獲得換擋策略的工作是車輛自動變速研究的核心工作。多功能是一種特殊的非公路車輛,動力傳動系統(tǒng)功率大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。履帶車輛行駛路況復(fù)雜多變,要求駕駛員處理的信息量愈來愈多,駕駛員操縱控制非常復(fù)雜,自動變速系統(tǒng)的智能化是近年來履帶運輸車動力傳動系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢。目前履帶運輸車自動變速的傳統(tǒng)控制策略不能適應(yīng)復(fù)雜多變的車內(nèi)外行駛情況,因此必須開發(fā)履帶運輸車自動變速系統(tǒng)智能控制方法。運用智能控制理論,利用駕駛員的經(jīng)驗和智能進行推理決策,根據(jù)履帶運輸車在復(fù)雜工況下的換擋原則自動調(diào)節(jié)控制參數(shù)提出車輛智能換擋新技術(shù),使履帶運輸車按路面狀況和車輛的運行狀態(tài),實現(xiàn)優(yōu)化操縱,以減少燃料消耗,達(dá)到高速機動的目的。

多功能自動變速的智能控制 　　智能控制理論為履帶運輸車自動變速系統(tǒng)控制的研究提供了新的手段。目前,智能控制已形成多種方法,其中較具典型的有:專家控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等,并以它們?yōu)榇?經(jīng)過短短一二十年的發(fā)展,給整個控制理論帶來了無限生機與活力。專家控制系統(tǒng)將工程控制論與專家系統(tǒng)相結(jié)合,已廣泛應(yīng)用于故障診斷、各種工業(yè)過程控制和工業(yè)設(shè)計的智能控制系統(tǒng)。模糊控制是建立在人類思維具有模糊邏輯特性的基礎(chǔ)上的,在經(jīng)驗知識起重要作用的多功能自動變速控制技術(shù)中具有獨特的優(yōu)勢。自適應(yīng)控制是指系統(tǒng)在工作過程中能不斷地檢測系統(tǒng)參數(shù)或運行指標(biāo),根據(jù)參數(shù)的變化或運行指標(biāo)的變化,改變控制參數(shù)或改變控制作用,使系統(tǒng)運行于工作狀態(tài)。運用智能控制理論,利用駕駛員的經(jīng)驗和智能進行推理決策,根據(jù)履帶運輸車在復(fù)雜工況下的換擋原則自動調(diào)節(jié)控制參數(shù)提出車輛智能換擋新技術(shù),使履帶運輸車按路面狀況和車輛的運行狀態(tài),實現(xiàn)優(yōu)化操縱,以減少燃料消耗,達(dá)到高速機動的目的。多功能的履帶選用履帶的確定自走式履帶旋耕機選用硬橡膠整體掩注而成的橡膠整體履帶，同時在履帶齒和支重輪的位置嵌有一定量的鋼板。

履帶運輸車自動變速的智能控制

　　多功能所遇地形較為復(fù)雜,有表土、植被、冰雪地、水田、道路及自然或人工障礙如壕溝、彈坑、垂直壁、梯形障礙物等,履帶運輸車在平坦而堅實的道路上行駛時,行駛阻力不大,但是在上陡坡或在松軟的路面行駛時,行駛阻力要大大增加,履帶運輸車在起步和加速時,也要克服較大的慣性力。整個爬坡過程中，在運動到第25秒時，履帶板6開始進入與驅(qū)動輪輪齒的嚙合過程，隨著嚙合過程的進行，嚙合力逐漸增大，達(dá)到2500kN，之后逐漸退出嚙合過程，整個嚙合過程持續(xù)10S的時間。

　　多功能進行模糊換擋的前提是控制系統(tǒng)應(yīng)具有熟練駕駛員經(jīng)驗知識,駕駛員的操縱意圖主要通過油門踏板和轉(zhuǎn)向制動操縱桿來反映。自動換擋的基本原則是動力性或燃油經(jīng)濟性,既具有選擇的時機、方位和進退自如的機動優(yōu)勢,又可滿足平直路面上行駛時的行程要求。

通過對駕駛員操縱經(jīng)驗的總結(jié)得到履帶運輸車在各種工況下運行時模糊換擋的主要原則如下:為達(dá)到履帶運輸車行駛高速機動的目的,在越野工況下應(yīng)采用動力性換擋規(guī)律;平直道路條件下優(yōu)先采用燃油經(jīng)濟性換擋規(guī)律;彎道行駛時,轉(zhuǎn)向阻力增大,當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑大且高擋行駛時應(yīng)降擋,中、低擋行駛時不降擋;當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑小且中、高擋行駛時應(yīng)降擋,低擋行駛時擋位不變;上坡行駛時坡道阻力增大,若動力不足則降擋,同時為防止連續(xù)坡道的頻繁換擋,應(yīng)增大中、低擋使用范圍;陡坡上起步行駛時,坡道阻力和加速阻力增大,應(yīng)采用擋,等多功能起步后,慢慢地松開制動踏板;下坡行駛時平行分重力變成推力,應(yīng)利用發(fā)動機的制動作用控制車速,若坡道不大、路況良好,則不換擋若坡道大、路況較差,且有制動信號,則降擋;短時間行駛時加速阻力增大,應(yīng)增加低擋使用范圍;泥濘路或松軟路面行駛時,行駛阻力增大,附著力減小,應(yīng)采用低擋勻速行駛。轉(zhuǎn)彎時要操縱處于機器縱軸線上的轉(zhuǎn)向多功能組元偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)機器轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)向驅(qū)動由電機或液壓油缸來實現(xiàn)。

多功能的發(fā)動機特性

　　現(xiàn)代多功能發(fā)動機多采用柴油機,其主要原因是:柴油機的壓縮比高,做功行程的氣體膨脹比較充分,能量利用率高,燃油消耗率比汽油機一般低;由于柴油機的燃油消耗率低以及柴油密度大,在相同容積油箱的情況下,履帶運輸車采用柴油機的行程里程為采用汽油機的倍;柴油不易蒸發(fā)、著火點高,不易發(fā)生火災(zāi),易于儲存和運輸,可以減少履帶運輸車的火災(zāi)危險性;柴油機易于改裝成多種燃料發(fā)動機;柴油機易于采用增壓技術(shù)提高發(fā)動機的單位體積功率,降低發(fā)動機的比質(zhì)量和燃油消耗率,從而提高發(fā)動機的緊湊性和燃油經(jīng)濟性。該模型將車體簡化為剛體，將懸掛系統(tǒng)簡化為平動彈簧阻尼元件，負(fù)重輪由周向均布的徑向彈簧構(gòu)成，只能作垂直運動，相鄰負(fù)重輪輪心上也連接有彈簧，這樣當(dāng)一個負(fù)重輪相對車體有位移時，連接的彈簧將會使相鄰的負(fù)重輪運動，從而體現(xiàn)履帶對負(fù)重輪的托帶作用。

履帶運輸車的發(fā)動機特性 　　近年來履帶運輸車柴油機性能有了很大提高,提高功率主要靠增加平均有效壓力,具體措施包括采用渦輪增壓技術(shù)、中冷技術(shù)、電子控制、超高增壓、低散熱等新技術(shù)。通過提高增壓度和采用中冷技術(shù),使結(jié)構(gòu)更加緊湊,油耗進一步降低。履帶運輸車發(fā)動機的功率。另外，運輸車在貨物運輸時，難免會遇到短距離大件貨物搬運，所以又增加叉車裝置，提高運輸效率，減輕工作人員負(fù)擔(dān)。由于履帶運輸車經(jīng)常在惡劣環(huán)境下行駛,對動力裝置輔助系統(tǒng)的功能、性能提出了特殊的要求。

履帶運輸車的發(fā)動機特性

　　多功能在不同的路面行駛時,造成柴油機的負(fù)荷阻力矩在很大的范圍內(nèi)變化。為了保持柴油機正常工作,并且穩(wěn)定柴油機的穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速和限制柴油機的轉(zhuǎn)速,履帶運輸車的發(fā)動機采用全程調(diào)速的風(fēng)冷式渦輪增壓柴油機,其模型包括標(biāo)定功率速度特性和部分速度特性模型。調(diào)速器的采用可以改進柴油機的轉(zhuǎn)矩曲線,盡管發(fā)動機工作時其輸出轉(zhuǎn)矩可以在很大的范圍內(nèi)變化,但其轉(zhuǎn)速變化很小,因此保證了發(fā)動機在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作,以適應(yīng)行駛阻力的急劇變化。履帶運輸車履帶板與驅(qū)動輪嚙合的結(jié)果整個爬坡過程中，與驅(qū)動輪有嚙合作用的11個履帶板所受嚙合力的變化規(guī)律曲線。

　　柴油機的外特性代表車輛柴油機在使用中允許達(dá)到的性能,直接關(guān)系到車輛的動力性能。柴油機部分特性曲線的有效功率、有效扭矩、小時燃油消耗的變化趨勢與外特性曲線相類似,但均小于外特性的值。柴油機理論上是一個非線性不確定系統(tǒng),其數(shù)學(xué)模型是非線性的。雖然非線性的數(shù)學(xué)模型可以準(zhǔn)確描述柴油機的工作特性,但是它不便使用,所以在實際應(yīng)用時常常采用準(zhǔn)線性模型代替非線性模型。此運輸車上的一體式輪胎履帶轉(zhuǎn)換機構(gòu)與輪椅相結(jié)合，能夠做出上下樓梯的輪椅。另外多功能在正常行駛過程中,發(fā)動機一般是相對穩(wěn)定的系統(tǒng),也就是說發(fā)動機的轉(zhuǎn)速波動不是太大。

小型農(nóng)用多功能輕量化研究

國內(nèi)外不少學(xué)者開展了農(nóng)用車的車架輕量化研究，提出了多種優(yōu)化方法。利用ANSYS軟件對半掛車車架進行輕量化研究，質(zhì)量最大降幅可達(dá)25.5%。對輪式山地運輸機車架進行輕量化設(shè)計，通過改變橫梁結(jié)構(gòu)及板厚，在滿足功能的條件下質(zhì)量減輕12.4%。多履帶運輸車的轉(zhuǎn)向是將一組或兩組轉(zhuǎn)向履帶運輸車相對車架偏轉(zhuǎn)一定角度，依靠地面對轉(zhuǎn)向履帶運輸車的側(cè)向力克服轉(zhuǎn)向阻力矩來實現(xiàn)的。也有文獻利用尺寸優(yōu)化方法對空投越野車、手扶電力驅(qū)動車、礦用車等的車架進行輕量化設(shè)計，設(shè)計后的車架質(zhì)量均有大幅減輕。

小型農(nóng)用多功能輕量化研究 　　小型農(nóng)用履帶運輸車在果園有較好的通過性，采用電驅(qū)動的履帶運輸車相比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機履帶運輸車在振動噪聲控制、裝備智能化及生態(tài)環(huán)保等方面具有一定的優(yōu)勢。因此，根據(jù)電動履帶運輸車的總體設(shè)計要求，對車架進行合理的輕量化設(shè)計具有重要的意義。該行走裝置具有六個箱形梁，每個箱形梁連接兩個多功能，三個支承鉸點下的三個肘形梁分別連接三個四履帶運輸車組。

　　目前，對于電動履帶底盤車架的輕量化設(shè)計研究較少。本研究基于果園電動履帶運輸車的底盤設(shè)計要求，構(gòu)建車架有限元分析模型，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法對車架進行輕量化設(shè)計，以期為果園多功能的輕量化設(shè)計提供參考。

多功能輕量化研究 　　建立了果園電動履帶底盤車架的有限元模型，靜態(tài)電測試驗結(jié)果驗證了所構(gòu)建模型的可行性。通過對車架進行輕量化設(shè)計，使其在滿足強度、剛度的條件下，質(zhì)量降幅為8.82%，較好地達(dá)到了輕量化的目標(biāo)。運用有限元模態(tài)分析的方法對輕量化前后車架結(jié)構(gòu)的各階頻率進行了對比分析，結(jié)果表明，經(jīng)過輕量化設(shè)計后車架結(jié)構(gòu)的各階頻率均有所提升。不過由于受撓性履帶自身撓性限制，轉(zhuǎn)向過程中需要很大的轉(zhuǎn)彎半徑。其中，一階頻率提高了11.81%，進一步提升了底盤的行駛性能。