大型履带运输车自动变速的智能控制

　　换挡策略是车辆自动变速控制的，获得换挡策略的工作是车辆自动变速研究的核心工作。大型履带运输车是一种特殊的非公路车辆,动力传动系统功率大,结构复杂。履带车辆行驶路况复杂多变,要求驾驶员处理的信息量愈来愈多,驾驶员操纵控制非常复杂,自动变速系统的智能化是近年来履带运输车动力传动系统的必然发展趋势。无论多刚体系统还是多柔体系统，其建模方法大致可分为3类：动量平衡法，连续碰撞力模型及有限元法。目前履带运输车自动变速的传统控制策略不能适应复杂多变的车内外行驶情况,因此必须开发履带运输车自动变速系统智能控制方法。

大型履带运输车自动变速的智能控制 　　智能控制理论为履带运输车自动变速系统控制的研究提供了新的手段。目前,智能控制已形成多种方法,其中较具典型的有:***控制、模糊控制和自适应控制等,并以它们为代表,经过短短一二十年的发展,给整个控制理论带来了无限生机与活力。***控制系统将工程控制论与***系统相结合,已广泛应用于故障诊断、各种工业过程控制和工业设计的智能控制系统。模糊控制是建立在人类思维具有模糊逻辑特性的基础上的,在经验知识起重要作用的大型履带运输车自动变速控制技术中具有独特的优势。自适应控制是指系统在工作过程中能不断地检测系统参数或运行指标,根据参数的变化或运行指标的变化,改变控制参数或改变控制作用,使系统运行于工作状态。国内的履带运输车动力学研究始于20世纪八十年代，同样经历了二维模型到三维模型的发展过程。运用智能控制理论,利用驾驶员的经验和智能进行推理决策,根据履带运输车在复杂工况下的换挡原则自动调节控制参数提出车辆智能换挡新技术,使履带运输车按路面状况和车辆的运行状态,实现优化操纵,以减少燃料消耗,达到高速机动的目的。

履带运输车自动变速的智能控制

　　大型履带运输车所遇地形较为复杂,有表土、植被、冰雪地、水田、道路及自然或人工障碍如壕沟、弹坑、垂直壁、梯形障碍物等,履带运输车在平坦而坚实的道路上行驶时,行驶阻力不大,但是在上陡坡或在松软的路面行驶时,行驶阻力要大大增加,履带运输车在起步和加速时,也要克服较大的惯性力。8路继电器模块负责控制驱动电机，由于驱动电机功率高，电流大，驱动集成电路L298N无法使用，故选择继电器来控制。

　　大型履带运输车进行模糊换挡的前提是控制系统应具有熟练驾驶员经验知识,驾驶员的操纵意图主要通过油门踏板和转向制动操纵杆来反映。自动换挡的基本原则是动力性或燃油经济性,既具有选择的时机、方位和进退自如的机动优势,又可满足平直路面上行驶时的行程要求。

通过对驾驶员操纵经验的总结得到履带运输车在各种工况下运行时模糊换挡的主要原则如下:为达到履带运输车行驶高速机动的目的,在越野工况下应采用动力性换挡规律;平直道路条件下优先采用燃油经济性换挡规律;弯道行驶时,转向阻力增大,当转弯半径大且高挡行驶时应降挡,中、低挡行驶时不降挡;当转弯半径小且中、高挡行驶时应降挡,低挡行驶时挡位不变;上坡行驶时坡道阻力增大,若动力不足则降挡,同时为防止连续坡道的频繁换挡,应增大中、低挡使用范围;陡坡上起步行驶时,坡道阻力和加速阻力增大,应采用挡,等大型履带运输车起步后,慢慢地松开制动踏板;下坡行驶时平行分重力变成推力,应利用发动机的制动作用控制车速,若坡道不大、路况良好,则不换挡若坡道大、路况较差,且有制动信号,则降挡;短时间行驶时加速阻力增大,应增加低挡使用范围;泥泞路或松软路面行驶时,行驶阻力增大,附着力减小,应采用低挡匀速行驶。有时由于履带车辆转向时转向阻力矩比较大，因此履带运输车辆在转向的过程中需要消耗的功率比在直线行驶消耗的明显要多。

苹果采摘大型履带运输车设计

　1　方案设计

　　当运输车遇到路面泥泞、湿滑和复杂不易通过时，通过遥控轮子内的电机丝杠传动，推动连杆使内轮伸出，弹性履带发生形变使之变成履带式，车轮与地面接触面积增大，车对地面压强变小，以此来克服恶劣路面。当路面良好时，辅助电机丝杠带动辅助支架收缩，使辅助轮藏匿于车轮里，弹性履带收缩包在主动轮上，此时车轮变成普通圆形车轮，灵活、快捷，能高速行驶。前轮作为主动轮使用一体式轮胎履带轮，将一体式大型履带运输车后轮换成万向轮与三脚轮结合，通过实物演示实验发现不影响运输车对复杂道路的适应性而且增强其灵活性，可应对类似楼梯状的山路。另外，运输车在货物运输时，难免会遇到短距离大件货物搬运，所以又增加叉车装置，提高运输效率，减轻工作人员负担。在实际加工生产过程中，存在很大的差异，会出现很多没考虑到的问题，因此在需要不断的改进来解决问题满足使用要求。通过综合分析与整车实验发现方案更加合理 。

苹果采摘履带运输车设计 　

　2　参数计算

　　1）　轮胎大型履带运输车构的设计及计算

　　辅助轮推出机构固定在两个支撑盘之间，辅助轮推出机构由辅助轮、辅助支架、销轴、螺母、丝杆和辅助电机连接构成，辅助电机固定在支撑盘上，辅助电机转动带动丝杆旋转，推动螺母直线移动，螺母与辅助支撑架销轴连接，通过辅助电机的正反转实现辅助轮收缩功能。当运输车需要高速行进或路面情况较好时，采用普通轮式前进，此时两个主动轮支撑履带，使轮子保持圆形状态，是普通轮子状态，能快速、灵活行驶。当遇到雨雪、泥泞、颠簸的复杂路况时，通话遥控使辅助电机丝杠传动带动辅助支撑架，辅助轮伸出，顶住弹性履带发生变形，车轮变成履带式，可轻松通过复杂路面。所有履带板同一时刻啮合力的合力有一个上升过程且同时存在波动的现象，从图中容易推断出。此轮胎履带转换机构把普通轮子与履带相结合，采用一体式，把轮式与履带的优点结合，使其适应各种环境。

　　2）　动力传递设计及计算

　　运输车动力设计要求不仅要保证车的机动性和灵活性，使轮子圆轮与履之间能够转换。对变形轮子的动力传递问题，由于在同一条中心线上有三个传动轴，三个轴所传递的动力原件不同，无法使用一个轴实现。也就是主动轮转动而支撑机构不动。目前，在我国的山地以及丘陵地带有大面值的果园种植，到了果实收获季节，果实的运输问题一直困扰着农民，依靠以往的人力和畜力的运输方式效率极低，而且工作量大。运用“嵌套原理”，使用空心轴，三轴同心结构，三个轴可以分别传递动力，解决了车轮的动力传输问题。

　　动力传动机构的心轴轴承支架、中轴支架和外轴轴承支架固定在车底盘上，心轴上安装有心轴齿轮，心轴通过轴承安装在轴承支架中，心轴通过轴承安装中轴，心轴的端部通过联轴器及销钉安装外主动轮，中轴的端部安装有支撑盘，支撑盘通过螺栓连接法兰。中轴通过轴承安装外轴，外轴上安装有外轴齿轮，外轴的法兰端部通过螺栓连接内主动轮，三个轴同心彼此保持平行，而且只用一组支架固定，可以减少摩擦即减少能量损失。驱动电机与驱动电机减速箱的输入连接，驱动电机减速箱的输出驱动齿轮与外轴齿轮啮合，齿轮轴上安装有小齿轮、第二小齿轮，小齿轮与外轴齿轮啮合传动，心轴齿轮与第二小齿轮啮合传动。1976年MurphyNR和AhlvinRB提出了NRMM模型，是较早的履带车模型。另外辅助电机的电源线从空心轴里通过，与车体控制系统连接 。

3　结构及控制设计

　　1）　弹性履带的设计

　　本车的履带不仅要有普通履带的刚性，而且还要具有弹性，能够收缩变形。所以设计的履带外层用能伸缩的橡胶，里层是松紧带捆上有较高强度的钢条，黑色的是辅助轮轨迹带，轨迹带卡在辅助轮槽内，防止掉带。此弹性履带能在辅助轮的支撑下发生弹性形变，且具有一定的强度，能够支撑整车及货物的重量。正三支点履带运输车布置品字形，转向履带运输车沿车辆纵轴线对称布置，靠一组履带运输车进行转向。

　　2）后轮的设计

　　为了方便越障，选择三角轮，不仅越障能力好，而且设计得当可以实现爬楼梯，但是在转弯时不方便。为了方便转弯，把后轮采用小型万向轮，其灵活旋转效果可以增大整车的灵活性，但是带来的问题就是越障性能不好，为了中和双方的优点，将三角轮和万向轮均安装在后轮的位置，万向轮放在车底板中轴线与三角轮轴线的交点处，遇到障碍时则三角轮先与障碍物接触，平坦路面万向轮与地面接触，所以三角轮与万向轮不产生干涉。当需要转弯的时候，万向轮发挥作用，可以实现灵活转弯，当需要越障或爬楼梯时，采用三角轮工作的方式增强越障能力，将两者优点充分融合。柴油机易于采用增压技术提高发动机的单位体积功率,降低发动机的比质量和燃油消耗率,从而提高发动机的紧凑性和燃油经济性。

　　3）控制系统设计

　　电路线路控制部分，主要由单片机STC12C5A60S2、专用驱动集成电路 L298N、2262-M4 无线遥控模块、8 路继电器模块和 LED 指 示 灯 模 块 构 成。 单 片 机STC12C5A60S2 作为控制中心处理器，负责处理各种信息；驱动集成电路 L298N 负责控制辅助电机的正反转；2262-M4 无线遥控模块负责人工遥控信息的接受；大型履带运输车的研究（3）各部分结构的设计与计算，包括履带运输车装置、传动装置、动力源和车体及加宽装置。8路继电器模块负责控制驱动电机，由于驱动电机功率高，电流大，驱动集成电路 L298N 无法使用，故选择继电器来控制；LED 指示灯模块负责显示信号处理情况，直观反映控制系统工作状态。

苹果采摘大型履带运输车计轮胎和履带转换运输车，在雨雪泥泞、崎岖颠簸的道路上轮子变成履带式，轻松越过各种复杂路面；在平坦道路上变成普通圆形车轮，能高速、灵活行驶。应用于山区或道路不好的乡下的货物运输。可以帮助快递公司提率，降低成本，节省快递员人力。此运输车上的一体式轮胎履带转换机构与轮椅相结合，能够做出上下楼梯的轮椅；也可以用于助力车等。只要稍加改装可适应于多种环境。所以此作品***有推广价值。但是New-ton和Poisson的理论不能解决物体间含摩擦的斜碰撞问题。

?大型履带运输车动力学性能

随着计算机技术的发展，描述大型履带运输车动力学性能的复杂微分方程组可以快速求解，因此可以把构成履带运输车的各个部件通过各种约束组合起来，运用多体系统动力学的理论和方法求解约束方程和动力学方程，即可获得履带运输车的动力学性能。国外履带运输车动力学发展较为成熟，根据研究的目的不同，建立了平稳性分析模型，转向性分析模型和三维模型等。1976 年 Murphy N R 和 Ahlvin R B 提出了 NRMM模型，是较早的履带车模型。大型履带运输车的研究为了方便单人操作和限度的简化结构、降低成本，同时又要保持车体的灵活性与稳定性，选用单履带运输车装置作为核心装置。该模型将车体简化为刚体，将悬挂系统简化为平动弹簧阻尼元件，负重轮由周向均布的径向弹簧构成，只能作垂直运动，相邻负重轮轮心上也连接有弹簧，这样当一个负重轮相对车体有位移时，连接的弹簧将会使相邻的负重轮运动，从而体现履带对负重轮的托带作用。

大型履带运输车动力学性能 　　由于该模型细致的描述了履带运输车各个部件之间及负重轮与地面之间的相互作用关系，能够准确预估车辆的平稳性，因此被称为平稳性模型。1992 年 Ehlert W, Hug B 在试验的基础上对三类常见的转向模型—Hock 模型、IABG 模型以及 Kitano 模型进行了修正，能较好的履带运输车的转向性能，Hock 模型认转向摩擦力是由履带侧滑引起的，而 IABG 模型还考虑了转向时由于离心力引起的载荷转移，外侧履带摩擦力大于内侧等因素对转向力矩的影响，Kitano 模型不仅考虑了以上因素，还对转向时履带张力变化以及履带周向滑动的影响加以考虑。1994 年 Dhir A, Sankar S 建立了一个二维 2 N(2 为车身的垂直和俯仰，N为负重轮个数)个自由度的履带运输车模型，悬挂系统被简化为***的悬挂结构，弹簧、阻尼为线性或非线性，假定履带为无质量连续的带子，假定地面不变形，负重轮与履带板的接触模化为连续径向弹簧阻尼结构。铰接履带式车辆和传统履带运输车辆相比，具有很好的平顺性，机动能力强的特点，转向过程中稳定性更高。1998 年 Choi J H 等人运用多体动力学理论提出了一个三维履带运输车模型，

大型履带运输车动力学性能 　　该模型主要是针对低速履带运输车，它将履带运输车分解为三个运动学上解耦的子系统，子系统是由车体、主动轮、诱导轮、托带轮构成，第二、三个子系统分别为左右两侧由刚性履带板通过转动副连接而成的履带环，该模型对行驶系的作用力进行了比较细致的描述。如在分析履带与主动轮的啮合力时，将履带板和主动轮齿的接触分为齿面接触和齿根接触。由于该模型对履带结构特征刻画得非常细致，计算量也相当大。该种转向方式如果附加其他的转向机构可以克服转弯半径过大的问题，这样必然会导致车辆的结构变的很复杂，还会消耗更多的功率。

　　国内的履带运输车动力学研究始于 20 世纪八十年代，同样经历了二维模型到三维模型的发展过程。1980 年，北京工业学院魏宸官建立了大型履带运输车匀速转向时，转向的运动学和动力学参数间的关系，给出了履带运输车转向时动力学参数的求解方法。1987 年，吉林工业大学兰凤崇建立了履带式集材车四自由度动力学模型，包括车体和座椅垂直振动，车体的纵向和横向角振动，但没有考虑履带的作用。1993 年，工业计算所的居乃俊应用自行开发的车辆动力学分析与模拟软件 VDAS 对履带运输车的平顺性进行了模拟分析，证明了该软件的应用价值，此时一些通用机械动力学软件如 ADAMS、DADS、DRAM 等在国外已得到一定的应用，但是在国内由于计算机软、硬件环境的不足，应用较少。图所示在侧三支点三履带运输车行走装置中，转向牵引电机驱动减速机，减速机的输出轴驱动螺旋式牵引丝杠，通过牵引臂牵拉点的前后运动来偏转履带运输车。2002 年，北京理工大学韩宝坤，李晓雷等基于 DADS建立了履带运输车多体模型，并对其平稳性进行了分析。

履带运输车动力学性能 　　2004 年，北方车辆研究所王军基于 ADAMS/ATV 建立了履带运输车整车模型，在多种路面工况下进行了仿。2005 年，北京理工大学宋晗利用 RecurDyn 建立了大型履带运输车的多刚体动力学模型，分析了履带动态张紧力的变化情况。此后，主流多体多体动力学软件在国内均得到了广泛应用，其中以 ADAMS/ATV 的应用为成熟，成为了目前履带运输车动力学分析的主要工具。在该力矩的作用下履带运输车可以克服转向时的转向阻力矩，转向阻力矩主要是由于履带的滑移和车辆转向惯性而产生的。