高地隙喷雾机驱动轮独立式驱动系统转向控制模型研究

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1、2015年1月农机化研究第1期高地隙喷雾机驱动轮独立式驱动系统转向控制模型研究张尚青，王卫兵，冯静安，郭德卿(石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子832003)摘要:车辆转弯时的内外轮速平衡问题是车辆驱动轮独立式驱动技术研究的关键问题。根据车辆转弯时轮速不等的现象，以阿克曼转向原理为基础，对车辆转向模型进行简化，运用运动学分析原理研究了内外轮速与转弯时车速及转向角之间的关系;结合车辆动力学原理建立车辆转弯临界模型，分析了车辆安全转弯临界状态，最后设计了实际应用方案。选择在工作原理和安全控制方面较普通的电控差速器更为简单易行，提高了车辆转向

2、性能、简化了车辆结构、降低了成本。此技术运用到农田高地隙喷雾机上可简化其结构、减轻质量，且在农田行走更灵活方便。关键词:独立式驱动;转弯模型;高地隙喷雾机;电控差速中图分类号:S49文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)01－0031－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.01.007等缺点。0引言电气控制技术的发展使得车辆的各项功能越来越［1］高地隙喷雾机因车身负载沉重、工作条件复智能化，且结构简单、成本低、性能优。如果能清楚地杂，严重影响了其工作效率和效果。若将其驱动方式掌握车辆在转弯时内外轮速

3、度关系，通过电子控制系改装为驱动轮独立式驱动，差速器由机械式改装为电统协调控制，即可取代现有的机械差速器，实现更优控差速器，则可以减轻自身质量，大大简化其结构，提的车辆性能。目前已有运用于电动汽车的两轮独立高整体性能。目前，电控差速技术已在部分新型电动电机驱动、四轮独立驱动的差速控制技术。轮毂电机车运用，本文将参照已有汽车上的电控差速技术来研驱动电动车运用电子差速器控制内外驱动轮在转弯［4］究并运用到农用高地隙喷雾机上。时各自所需动力，进而实现内外驱动轮差速运转;高地隙喷雾机车身在转弯时内外轮速度不同，内一些四轮毂电机独立驱动车辆运用神经网

4、络PID轮速度小于外轮，且转弯半径不同，内外轮速度比例(NNPID)电子差速控制策略，在给定转向角和车速的［5］也会不同;半径越小，外轮速度与内轮速度的比值越情况下协调分配转矩。大，反之，则越小。从动轮在转弯时可自由转动以实1转弯时车轮不等速分析现方向的改变，而驱动轮须有差速器才能实现内外轮不等速运转以适应转弯需求。车身在转弯或直线行车身结构不同，转弯行驶轨迹半径也不同，主要驶时，两驱动轮转速和始终与差速器壳转速的2倍相是因为车辆本身的转弯性能、交通条件和行驶速度不［6］等，常用差速器是将两边扭矩平均分配，这对于在良同。由于车辆在转弯时后轮

5、走过的轨迹较前轮的好路面上直线与转弯行驶的车辆是满足需要的，但不弧度小，行驶距离较前轮短，即存在所谓的内轮差。能适应复杂路况。汽车电子差速锁系统(Electronic以左转为例，车轮行驶轨迹由长至短依次是右前轮、DifferentialSystem，简称为EDS)［2］等差速锁和差力差右后轮、左前轮、左后轮。在整车完成转弯时，所用时速器在一定程度上能够实现即差速又差力的功能［3］，间相同，因此行驶轨迹越长的，车轮转速越快。所以，左转时，车轮转速由快到慢依次为右前轮、右后轮、左但其具有结构复杂、体积大、机械摩擦耗能高、成本高前轮、左后轮，如图

6、1所示。同样，当轴距L足够长、转收稿日期:2014－01－08弯半径足够小或转向角足够大时，车轮转速由快到慢基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAD42B03);石河依次为右前轮、左前轮、右后轮、左后轮，如图2所示。子大学科学技术研究发展计划项目(2012ZＲKXYQ05)作者简介:张尚青(1990－)，男，甘肃武威人，硕士研究生，(E－mail)因此，前轮和后轮在计算时选取的转弯半径是不同zsqshz@163．com。的，这里采用的是后轮驱动模型，主要以后轮为研究通讯作者:冯静安(1977－)，男，山东招远人，讲师，硕士，

7、(E－mail)fja_mac@shzu．edu．cn。对象。·31·2015年1月农机化研究第1期DＲ1=Ｒ－(2)2DＲ2=Ｒ+(3)2C1=2πＲ1=2πＲ－πD(4)C2=2πＲ2=2πＲ+πD(5)内外驱动轮轮速与车速v的关系为C12πＲ－πD2πＲπDv1===－=v－Q(6)ΔtΔtΔtΔtC22πＲ+πD2πＲπDv2===+=v+Q(7)ΔtΔtΔtΔtπD图1车辆转弯时车轮轨迹图其中，Q=。ΔtFig．1Locuswheelswhenthevehicleturns图3Ackermann－Jeantand汽车转向模型Fig

8、．3Ackermann－Jeantandsteeringmodel图2车辆转弯时车轮轨迹图2．2模型推导Fig．2Locuswheelswhenthevehicleturns从式