高速車輛靜液壓驅(qū)動課件

高速車輛靜液壓傳動,胡 軍 科 教授,機電工程學(xué)院 2008年9月,08-32搗固車靜液壓傳動系統(tǒng),靜液壓傳動軍用越野車,08-32搗固車靜液壓傳動系統(tǒng),；,08-32搗固車靜液壓傳動行走系統(tǒng),1,分析現(xiàn)有08-32搗固車行走傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理及特點，通過試驗分析其設(shè)計中的不足之處。提出并論證靜液壓傳動方式是08-32搗固車行走傳動系統(tǒng)的最佳選擇,2,08-32搗固車行走液壓傳動系統(tǒng)總體設(shè)計,3,08-32搗固車動力性計算分析,4,08-32搗固車加速策略及液壓元件排量控制模式研究,5,08-32搗固車加速過程仿真研究及實驗,；,1,08-32搗固車現(xiàn)有行走傳動系統(tǒng)分析,現(xiàn)有傳動方式,存在的主要問題,；,1.1,走行系統(tǒng)傳動方式分類,1,純機械傳動,2,液力機械傳動,3,靜液壓傳動,4,電力傳動,1. 純機械傳動,結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率較高,采用有級變速需要頻繁換擋以滿足車輛動力性要求，勞動強度 大，很容易造成駕駛員疲勞，從而降低了行駛安全性,很難保證發(fā)動機始終處于最佳動力性或最佳經(jīng)濟性工作狀態(tài)，還 存在換擋時的動力中斷問題，嚴重制約了車輛性能的提高,；,2. 液力機械傳動,具有接近于雙曲線的輸出扭矩-轉(zhuǎn)速特性，能夠自動匹配負 荷，并防止動力傳動裝置過載,液力變矩器可以消除速度死驅(qū)，減輕傳動系的扭轉(zhuǎn)振動,換擋減少，操縱簡單，大大減輕了駕駛員的勞動強度,變矩器的功率密度很大而負荷應(yīng)力卻較低，大批量生產(chǎn)時成本 也不高,傳動效率低，缺乏固定速比，不能準確調(diào)速,3. 電力傳動,在能源、環(huán)保、節(jié)能和降噪方面具有明顯優(yōu)越性,能夠更快地實現(xiàn)機電一體化和采用現(xiàn)代電子控制技術(shù),能量通過柔性的電線傳輸，布置具有很大的靈活性, 可以大幅度 地提高車輛的機動性和通過性,結(jié)構(gòu)簡單,不需更換機油、油泵、汽化器以及消聲裝置等等,不需 添加冷卻水,它的日常維修保養(yǎng)方便,功率密度小，在惡劣環(huán)境下的不安全以及體積、重量和集中冷卻等,4.靜液壓傳動,單位功率的重量輕，力矩慣量比（力質(zhì)量比）大）,負載剛度大，精度高,液壓控制系統(tǒng)快速性好 ，響應(yīng)快,液壓系統(tǒng)易于實現(xiàn)過載保護，容易實出遠距離遙控,液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，還可以在運行的過程中進 行控制,；,2,08-32搗固車行走傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計,驅(qū)動方式,液壓驅(qū)動回路結(jié)構(gòu),驅(qū)動裝置,液壓控制裝置,液壓原理圖,；,2.1,08-32搗固車性能參數(shù)分析,；,對于大型養(yǎng)路機械等軌道車輛，采用液力 傳動時，啟動能量損失大，變速、制動、換向過 程長，對于需頻繁進退作業(yè)的大型養(yǎng)路機械來 說，生產(chǎn)率降低比較明顯，缺乏固定速比，不能 準確調(diào)速，不能保證作業(yè)行駛速度的穩(wěn)定.,液壓傳動與液力傳動比較,轉(zhuǎn)矩雙向傳遞,操縱和控制的多樣性,傳動性能與效率優(yōu)勢明顯,2.2,08-32搗固車驅(qū)動方式選擇,；,液壓傳動與電力傳動比較,單位功率重量輕、體積小,低速、制動性能好,環(huán)境適應(yīng)能力強,技術(shù)成熟度高,另外，對于大型養(yǎng)路機械而言，雖然可采用電力傳動方式，而由于技術(shù)的原因，這類養(yǎng)路機械中，凡是直線或弧線運動機構(gòu)均由液壓傳動系統(tǒng)驅(qū)動，故若只能采用一種傳動方式無疑液壓傳動更為適合。,；,軌道車輛輪邊驅(qū)動方式,閉式液壓系統(tǒng)回路,1.開式液壓和閉式液壓系統(tǒng),2. 閉式液壓基本組成與工作原理,2.3,液壓驅(qū)動回路結(jié)構(gòu),；,1）補油系統(tǒng)除具有補油功能以外，還能增加主泵進油口處壓力，防止大流量時產(chǎn)生氣蝕，提高泵的工作轉(zhuǎn)速和傳動裝置的功率密度。,2）補油泵通常還可用于對主泵和馬達進行冷卻，提高泵的使用壽命,3）僅有少量的補油流量從油箱吸取，油箱小，便于行走車輛布置。,4）由于存在背壓且對稱工作，以及柱塞式液泵、馬達具有很高的容積效率，其內(nèi)部泄漏隨壓力變化很小，因而轉(zhuǎn)數(shù)高，速度變化穩(wěn)，噪聲小。,3.閉式系統(tǒng)優(yōu)點,2.4 驅(qū)動裝置,1. 液壓泵的選用與組成方式,1）斜盤式軸向柱塞泵,2）雙泵合流的結(jié)構(gòu)原理,雙泵合流結(jié)構(gòu)原理圖,2.液壓馬達的選用與組成方式,1）軸向柱塞馬達,2）雙液壓馬達減速驅(qū)動裝置,多馬達減速驅(qū)動裝置,；,2.5,液壓底盤車輛加速的理論基礎(chǔ),車輛動力學(xué),；,液壓流體理論,08-32搗固車采用的發(fā)動機為恒轉(zhuǎn)速工作，發(fā)動機起動后 、 均為常數(shù)。故確定車輛加速模式的關(guān)鍵在于找出 隨時間變化的函數(shù)，保證車輛加速過程中流量始終匹配的 同時，使液壓馬達的輸出扭矩盡可能大。,2.6,液壓控制裝置原理分析,1.變量泵控制裝置,1）機械液壓伺服控制裝置,2）電動比例控制裝置,A4VG泵EP控制原理圖,2.變量馬達的控制方式,1）高壓自動變量,2）電動比例變量,A6VM馬達HA控制原理圖,HA2變量控制特性,；,08-32搗固車行走傳動系統(tǒng)液壓回路,；,2.7,08-32搗固車加速控制模式,電動比例泵與HA1高壓自動變量馬達控制模式,電動比例泵與HA2高壓自動變量馬達控制模式,電動比例泵與電動比例馬達控制模式,三種加速控制模式的比較選擇,通過實驗比較，制定出了由電動比例控制液壓泵、HA2高壓自動變量液壓馬達和電動比例控制液壓泵、電動比例控制液壓馬達兩種方案，實現(xiàn)車輛恒功率加速的排量控制模式，同時驗證了HA高壓自動變量液壓馬達的HA2型較HA1型更有利于車輛加速。,；,泵排量與控制電流的關(guān)系,；,HA1與HA2變量控制特性,；,3,08-32搗固車液壓行走系統(tǒng)仿真模型,1電動機；2電比例泵；3控制電流信號；4功率限制單元； 5補油泵；6單向閥；7補油溢流閥；8液壓變量馬達； 9HA2控制特性實現(xiàn)單元；10車軸減速器；11負載。 08-32搗固車液壓行走系統(tǒng)仿真模型,；,3.1,仿真結(jié)果及分析,；,；,4,靜液壓傳動行走系統(tǒng)的加速實驗,實驗臺整體結(jié)構(gòu)圖,；,飛輪盤轉(zhuǎn)速與加速時間實驗數(shù)據(jù)圖,；,電動比例泵與電動比例馬達的控制模式加速性能,第一階段加速：發(fā)動機由固定油門起動，其設(shè)定工作轉(zhuǎn)速為2100r/min，帶動零排量液壓泵工作。此時逐漸增大液壓泵的排量，一旦系統(tǒng)中有油液輸入，系統(tǒng)將建立起壓力，且由于外負載作用將瞬間達到系統(tǒng)的設(shè)定最高壓力40Mpa，故液壓馬達依照HA1的控制特性將工作在最大排量，液壓馬達輸出最大的驅(qū)動扭矩。所以第一階段就是讓液壓泵的排量按一線性模式增加，直到液壓泵的所需輸入扭矩與發(fā)動機額定工況的輸出扭矩平衡，發(fā)動機達到額定功率輸出工況，第一階段加速完成。此階段液壓系統(tǒng)始終維持40Mpa的最高壓力，液壓馬達的驅(qū)動扭矩維持最大值，車輛加速度最大。,；,第二階段加速：為使控制模式簡潔，此階段我們考慮液壓馬達仍設(shè)定在最大排量不變，液壓泵的排量逐漸增至最大。通過合理設(shè)定液壓泵的排量變化模式來維持發(fā)動機的額定功率輸出。由于傳動函數(shù)的復(fù)雜多變，在此我們?nèi)杂貌蓸訑M合的方法來獲得所求液壓泵排量控制函數(shù)。,；,第三階段加速：通過第二階段的加速液壓泵的輸出流量已經(jīng)達到最大，車輛進一步加速只能逐漸減少液壓馬達的排量。故此階段是通過合理設(shè)定液壓馬達的排量變化模式來維持發(fā)動機的額定功率輸出，此時液壓系統(tǒng)的工作壓力是穩(wěn)定不變的。在此仍用采樣擬合的方法來獲得所求液壓馬達排量控制函數(shù)。,；,；,靜液壓傳動軍用越野車,靜液壓傳動軍用越野車,工程車輛使用靜液壓驅(qū)動,工程車輛系統(tǒng)的個組成部分發(fā)動機、傳動系、行走機構(gòu)、工作裝置之間互相聯(lián)系和影響，工作裝置的最佳控制是極限負荷控制，行走機構(gòu)最好的方式是采用動態(tài)參數(shù)匹配方法，發(fā)動機最好的狀態(tài)是靜態(tài)工況下工作，因此對動態(tài)負荷進行最有效調(diào)控的環(huán)節(jié)只能是傳動系統(tǒng)。在機械無機調(diào)節(jié)不能奏效的情況下，尋求一種高效、可控性強、線性、成本及可靠性適宜的傳動方式是必然的途徑。 經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，到近年來，液壓傳動已具備上述全部的特征，特別是液壓元件已經(jīng)形成產(chǎn)品標準系列和規(guī)格，控制手段和產(chǎn)品均已成熟。通過這些成熟產(chǎn)品的不同組合及引入新的算法則可滿足車輛需要的各種性能，并不需要進行專門的元件研究和產(chǎn)品開發(fā)，在技術(shù)和成本方面與其他方法相比均有著很大的優(yōu)勢。,1,；,1.1,軍用越野車的發(fā)展趨勢,1,越野車的動力源將廣泛采用大功率增壓柴油發(fā)動機，可以提高車輛的最高車速和加速性和續(xù)駛里程等動力指標，同時柴油發(fā)動機具有較高的經(jīng)濟性，這也是目前世界汽車發(fā)展的大趨勢。,2,越野車多數(shù)采用先進的獨立懸掛系統(tǒng)，以改善成員的舒適性；先進的電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)使得ABS/ASR系統(tǒng)、自動化輪胎中央沖放氣系統(tǒng)、電液后橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)以及先進的全球定位系統(tǒng)等在越野車上將會得到普遍的運用，進一步提升其機動性能、操控性能和越野性能。,3,伴隨著材料技術(shù)日新月異的發(fā)展，軍用輕型越野車將會越來越多地采用質(zhì)量輕、強度高的高性能新材料，以降低越野車重量，同時也有利于為其裝備必要的裝甲防護。,4,最為明顯的一種趨勢是越野車采用的變速器越來越朝著高檔位變速方向發(fā)展。從最初的BJ-210的四檔手動變速器到后來的北京“勇士”吉普的五檔手動變速器，再到最新研制成功的東風(fēng)“猛士”的五檔手動變速器以及四檔液力自動變速器。從目前的車市上看，大量的六檔變速器在汽車上的運用已經(jīng)屢見不鮮了，一汽“奔騰”、長安馬自達6等中高檔車上都采用了六檔手自一體變速器。山西大同齒輪集團更是率先設(shè)計出了DC7J100T七擋變速器。,結(jié)合車輛傳動特性曲線圖也可看出檔位數(shù)越多，陰影部分面積越小，車輛的傳動功率損失小。,長期以來國內(nèi)外學(xué)者大都堅持這樣一種觀點：靜液壓傳動技術(shù)只適用于低速的行走機械上，至于高速行走的車輛靜液壓傳動被認為是不可取的。他們的觀點是高速車輛采用靜液壓傳動會使車輛行駛時的噪音很大，傳動效率較機械或者液力傳動低，而且靜液壓傳動始終存在漏油和發(fā)熱問題等等。也正是由于長期以來學(xué)術(shù)界的這樣一種觀點使得靜液壓傳動技術(shù)只是在低速行駛的工程機械上得到普遍運用，而在高速行駛的車輛上卻未有很大的進展。靜液壓傳動技術(shù)在高速行駛車輛上同樣具有適應(yīng)性；同時靜液壓傳動技術(shù)比機械傳動和液力傳動技術(shù)在軍用輕型越野車上能使其具有更優(yōu)異的機動性能。,靜液壓傳動技術(shù)在高速行駛（80Km/h)車輛上同樣具有適應(yīng)性。,1,靜液壓傳動技術(shù)比機械傳動和液力傳動技術(shù)在軍用越野車上能使其具有更優(yōu)異的機動性能。,2,；,1.2,各傳動型式在軍用越野車上的應(yīng)用可能,無級變速是人們一直追求的目標，它的優(yōu)越性能被認為是車輛理想的傳動形式，它可以根據(jù)行駛狀態(tài)和發(fā)動機工作狀態(tài)使車輛達到最佳的行駛性能,1,機械傳動中的無級變速器（Continuously Variable Transmission 簡稱CVT）可以有效地解決有級變速器存在的一些問題，盡管經(jīng)過多年的研究，機械CVT得到了長足的發(fā)展，但是摩擦式CVT由于其特定的摩擦機理和制造的高成本，使得其向大功率、高效率方向的發(fā)展空間是及其有限的，只適用于小排量車輛上，目前摩擦式機械無級變速器在1.21.6L 排量的日系轎車上使用比較多；而脈動式CVT存在的脈動度大，連桿運動時的慣性力難以完全平衡，超越離合器的承載能力和抗沖擊能力相對較低等制約因素，導(dǎo)致其機械效率不高、振動大、噪音大等缺點，目前主要應(yīng)用于中小功率、中低速以及對輸出轉(zhuǎn)動的均勻性要求不十分嚴格的場合，而不適用于軍用越野車。,2,電傳動存在著一些諸如功率密度小，在惡劣環(huán)境下的不安全以及體積、重量和集中冷卻等技術(shù)方面和經(jīng)濟性方面的一些原因，電傳動技術(shù)方興未艾，對大多數(shù)行走機械來說還只是一種“未來的技術(shù)”。特別是由于電傳動一次充電的續(xù)駛里程比較短，遠遠達不到燃油車的水平，而軍用越野車將在未來戰(zhàn)場上執(zhí)行長時間長距離的作戰(zhàn)任務(wù)，電傳動勢必將縮短越野車運輸和作戰(zhàn)的半徑。,3,液力傳動最大的弱點是傳動效率低，一般只有80%左右。世界各國的生產(chǎn)廠家都在為提高傳動效率而努力，并開發(fā)出大量的液力機械變矩器，但都結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴、傳動效率還是不高。另外由于必須帶有改變傳動比和輸出軸扭矩的機械變速器，上述純機械傳動和液力傳動的核心部分原則上都是一種整體式的裝置，其輸入、輸出軸之間必須保持一定的相對位置，在整機上的安裝位置受到較大的限制，故液力傳動越野車的越野性能很難進一步提高。,4,液壓傳動相對與液力傳動的優(yōu)點可概括為:擋位少、可實現(xiàn)多種傳動方式、有動剎車能力節(jié)約能源、換向方便、司機勞動強度小、高效區(qū)寬、變矩比大并可任意變換轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、加速性好、低速性好等。 根據(jù)現(xiàn)有發(fā)展趨勢，未來汽車將越來越向高檔位方向發(fā)展，六檔、七檔變速箱甚至更高檔將普遍運用于汽車領(lǐng)域，從某種程度上也可以說未來汽車將向無級變速方向發(fā)展。而目前研制出來的大部分是機械無級變速器，由于其特定的無級變速機理，使得它無法廣泛運用于汽車領(lǐng)域，特別是對于大功率汽車更不合適。而液力傳動雖然能夠在其變矩比范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，但由于其變矩比范圍太小，必須搭配機械變速箱，因此不能實現(xiàn)真正意義上的無級變速。電傳動雖具備無級變速等優(yōu)良的性能，但要在汽車領(lǐng)域真正普遍運用還尚需時日。靜液壓傳動經(jīng)過多年的發(fā)展，其技術(shù)水平已經(jīng)達到了汽車領(lǐng)域所要求的高度，特別是其優(yōu)異的無級變速能力，更將是其在汽車領(lǐng)域得到發(fā)展的根本保證。,1.系統(tǒng)發(fā)熱量大、油溫高的問題 系統(tǒng)發(fā)熱量大、油溫高一直是閉式液壓系統(tǒng)的難以解決的問題。本論文在設(shè)計液壓系統(tǒng)原理時采取了以下措施： （1）在閉式液壓泵自帶沖洗閥進行殼體沖洗的同時，采用了大流量的沖洗閥進行回路沖洗，有效地散熱； （2）由于泄油口處油溫較高，對泄油口進行冷卻效果更加明顯； （3）加大補油泵的流量，也就加大了系統(tǒng)沖洗油流量，能起到較好的冷卻作用。,1.2,高速越野車靜液壓傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),2、高速行駛時泵的比例電磁鐵突然掉電的問題 軍用越野車是高速行駛的車輛，一旦電比例泵電磁鐵掉電，在對中彈簧的作用下變量伺服閥將回到中位，液壓泵的排量很快減小為零，此時馬達變成了泵工況，將會對液壓系統(tǒng)造成很大的損壞甚至使系統(tǒng)癱瘓，在高速行駛時的突然掉電很有可能造成行車事故，這也是目前靜液壓車輛無法實現(xiàn)高速的一個重要原因。本論文在系統(tǒng)設(shè)計時在回路的A、B口中間增設(shè)了一個行走控制單元。 行走控制單元3的兩端與回路的A、B口連接，將電磁鐵YV3與液壓泵的比例變量電磁鐵YV1和YV2電氣互鎖。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，電磁鐵YV3的工作位如圖所示。此時，梭閥引入A、B口中的高壓油，使插裝閥關(guān)閉，A、B口互不相通。一旦比例泵電磁鐵YV1或YV2掉電時，YV3斷開，插裝閥的控制油口通油箱，插裝閥開啟，液壓馬達A、B口連通，由于插裝閥流量比較大，油流可以在插裝閥和馬達之間構(gòu)成回路，故可以有效地避免系統(tǒng)反拖柴油機現(xiàn)象發(fā)生，同時也有效地保護了系統(tǒng)。,3、HA馬達控制變量的問題 HA自動變量馬達有兩種控制方式，分別為HA1和HA2控制，輸出特性分別如前所述 比較二者的特性圖可以知道，HA1馬達排量變化區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)壓力變化量為1MPa，而HA2馬達為10MPa。輕型越野車在惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境下負載變化非常大，系統(tǒng)壓力變化很快，HA1變量馬達因系統(tǒng)壓力變化很快超過1MPa，而導(dǎo)致馬達排量過快變化，出現(xiàn)車速急劇變化甚至失控，使得系統(tǒng)很容易發(fā)生故障。而HA2馬達由于排量變化區(qū)間系統(tǒng)壓力變化量有10MPa，一般系統(tǒng)壓力變化不會在很短暫的時間內(nèi)超過這個值，而避免出現(xiàn)類似用HA1馬達時車速失控的問題。目前靜液壓傳動車輛由于速度較低，大都采用HA1控制變量馬達，而忽視了HA2馬達的存在，錯誤的認為靜液壓傳動車輛不能實現(xiàn)高速。,4、四輪不同時著地導(dǎo)致的瞬時失速問題 越野車在高速行駛時，由于路面等因素造成某個驅(qū)動輪離地，此時這個驅(qū)動輪因突然沒有了地面摩擦阻力而高速旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)的流量大部分甚至全部流進這一回路的馬達，其他回路上的流量大大減少甚至為零，導(dǎo)致車輛失速。很顯然這種情況是高速車輛必須避免的，故在系統(tǒng)設(shè)計時，本論文在左右兩側(cè)馬達上分別設(shè)置了一個分流閥6。根據(jù)分流閥的特性，當(dāng)某側(cè)的一個馬達離地時，同側(cè)的另一個馬達仍舊有相同于離地車輪馬達相同的流量通過，從而有效地避免了瞬時失速狀況的發(fā)生。,5、空檔滑行和拖啟動的問題 高速車輛一般都需要具備空檔滑行功能。在車輛本身發(fā)生故障導(dǎo)致不能行駛時，需要借助外力移動車輛，此時如果沒有空檔滑行的功能，外力將很難移動車輛。靜液壓傳動的越野車同樣也要具備空檔滑行的功能。當(dāng)出現(xiàn)車輛不能行駛故障時，通過行走控制單元7系統(tǒng)的A口和B口溝通，油流就可以在馬達和插裝閥之間流動，從而可以借助外力實現(xiàn)空檔滑行功能。同時，當(dāng)越野車柴油機不能正常啟動而需要拖啟動時，YV3接通，系統(tǒng)流量在泵和馬達之間組成回路，此時只要給泵一個電信號使其具有排量輸出，就可能順利地拖啟動柴油機。,1 四輪獨立輪邊對稱驅(qū)動 2 閉式回路傳動 3 電比例泵+HA2馬達,2.1 靜液壓傳動越野車總體方案的確定,2.1.1 四輪獨立輪邊對稱驅(qū)動,越野車輛采用液壓四輪傳動技術(shù)具有如下優(yōu)點,（1）整機布局靈活，輪邊驅(qū)動的車輪之間無須傳統(tǒng)的傳動橋，驅(qū)動輪可以直接安裝在車架的兩側(cè)，更便于以模塊的方式在兩輪之間省出的空間中靈活布置動力裝置（液壓傳動馬達、減速器）。 （2）提高轉(zhuǎn)向和制動性能：兩側(cè)馬達并聯(lián)組成油路時具有差速器功能，可實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)車輪或車架轉(zhuǎn)向。液壓輪邊驅(qū)動的導(dǎo)向輪可以獲得很大的轉(zhuǎn)向偏角，從而使車輛轉(zhuǎn)向半徑顯著減小。通過減速器上的停車制動器或行車制動器有效制動。 （3）提高越野性能：輪邊驅(qū)動可以顯著提高車輛底盤的離地間隙，便于優(yōu)化輪載分布，這些都有力于改善車輛在越野條件下的通過性和牽引性能，對于軍用越野車輛來說顯得尤為重要。這是相對于傳統(tǒng)的機械液壓傳動最大的優(yōu)點之一。 （4）簡化多輪傳動車輛的傳動系統(tǒng)：傳統(tǒng)的純機械傳動或液力傳動要為多輪傳動的行走裝置布置大量的傳動軸、分動器和裝備十分繁瑣的輪間、橋間機械差速系統(tǒng)。而采用輪邊液壓傳動系統(tǒng)則僅需用液壓管道連接各個車輪馬達。在許多情況下，需要傳動的車輪越多，采用輪邊液壓傳動技術(shù)的優(yōu)越性就越明顯。,1、變量閉式泵；2、變量馬達；3、安全閥；4、單向閥； 5、補油泵；6、補油溢流閥；7、沖洗閥,2.1.2閉式回路傳動,電比例泵和HA高壓自動變量馬達的行駛傳動控制方案在滿足柴油機、泵和馬達的良好匹配下，在車輛啟動加速階段，可以通過控制柴油機油門和泵的排量來實現(xiàn)快速平穩(wěn)地加速，使靜液壓傳動的車輛具有相對于傳統(tǒng)液力機械傳動更大的優(yōu)勢。在車輛加速到高速平穩(wěn)行駛階段后，路面狀況的變化就可以通過高壓自動變量的馬達自適應(yīng)負載的變化，當(dāng)車輛行駛阻力增加時，馬達排量增大，車速降低；當(dāng)行駛阻力下降時，馬達排量減小，車速升高。,2.1.3 電比例泵+HA2馬達,2.2 靜液壓傳動越野車的主要參數(shù),傳動系統(tǒng)主參數(shù),A4VG180EP2閉式變量泵,A6VM55HA2變量馬達,道依茨226B系列132Kw柴油機,車身主要參數(shù),整車空載質(zhì)量： 3250 Kg 整車滿載質(zhì)量： 5000 Kg 長寬高： 470022002420mm 車輪滾動半徑：0.45m,2.4 靜液壓傳動越野車性能校核,2.4.1 最高車速 力士樂A6VM馬達資料顯示，A6VM55馬達允許的最高持續(xù)轉(zhuǎn)速為7000rpm。越野車能到達的最高車速為： 此速度已經(jīng)高于國產(chǎn)東風(fēng)猛士越野車135Km/h的車速。,2.4.2 爬坡能力 最大驅(qū)動力：,30度坡度時的阻力：,最大驅(qū)動力大于坡道阻力，能輕松克服30度的坡度。,最大驅(qū)動力小于附著力，越野車不打滑。,附著力：,2.4.3 傳動效率 根據(jù)論文第三章關(guān)于越野車加速性能的計算可得，當(dāng)越野車在30148Km/h速度行駛時，馬達的排量處于0.281倍最大排量，且馬達排量越小時，車速越高，就避免出現(xiàn)馬達在小排量低轉(zhuǎn)速工作，效率較高。 系統(tǒng)高壓力只處于越野車最初起步階段，不會對系統(tǒng)的壽命產(chǎn)生很大的影響。在正常車速下行駛時，系統(tǒng)壓力一直處于中壓區(qū)，效率較高。 泵的排量也處于中高排量區(qū)間，效率較高。 閉式傳動也保證了效率。,2.4.4 加速性能校核詳見第三章,3.1 靜液壓驅(qū)動加速過程分析,根據(jù)HA2馬達輸出特性圖，結(jié)合柴油機的原理分析，對整個加速過程計算劃分為三個階段。,1、第一階段，柴油機啟動加速階段 2、第二階段，柴油機恒功率輸出，電比例泵變量，HA2馬達排量不變階段 3、第三階段，柴油機恒功率輸出，電比例泵變量，HA2馬達排量變量階段,3.2、第一階段加速過程計算,3.2.1、柴油機的外特性曲線,3.2.2、柴油機怠速轉(zhuǎn)速處加速時間計算,柴油機在這一轉(zhuǎn)速處，扭矩從零增大到此轉(zhuǎn)速處的最大值，只要柴油機有輸出扭矩，系統(tǒng)壓力理論上可以達到最大壓力值。,3.2.3、柴油機900rpm到2500rpm額定轉(zhuǎn)速階段加 速時間計算,為使越野車0100Km/h能獲得最短的加速時間,需要柴油機以最快的速度達到額定功率輸出，這一點不同于其他傳動方式車輛的加速。限制柴油機不能很短時間加速到額定功率的原因，主要是柴油機自身在加速過程中要消耗大量的能量。故本文從能量的角度對這一區(qū)段加速進行計算。,對柴油機從900rpm到2500rpm每隔100rpm分段，加速每一段柴油機的轉(zhuǎn)速線性增加。根據(jù)柴油機外特性曲線圖擬合出功率隨時間的變化方程，在結(jié)合能量計算方程， 分段計算出了每段的加速時間，總時間為1.024s, 故柴油機第一階段加速總時間為1.024+0.264=1.288s,3.3、第二和第三階段加速計算分析,由于靜液壓傳動車輛加速過程中，不僅要滿足車輛動力學(xué)原理，同時還要滿足系統(tǒng)流量匹配原理。對第二和第三階段的加速過程進行仔細分析后，決定采用分段采樣的方法，最大限度地滿足車輛動力學(xué)和系統(tǒng)流量匹配的原則。,根據(jù)整個系統(tǒng)壓力、泵排量、馬達排量、車速、加速度之間相互的函數(shù)關(guān)系式， 得到最終決定系統(tǒng)變化的主要參數(shù)是泵的排量。根據(jù)每個階段加速結(jié)束時的狀態(tài)，可以求得各變量的具體數(shù)值。對這兩個階段泵的排量進行分段采樣，利用MATLAB計算工具對這兩個階段的加速過程進行了定量計算，得出了后面的結(jié)果圖。,3.3.1、第二階段加速結(jié)果,速度隨時間變化圖,加速度隨時間變化圖,泵排量隨時間變化圖,從圖中可以看出第三階段加速時間為0.62s,3.3.2、第三階段加速結(jié)果,速度隨時間變化圖,加速度隨時間變化圖,泵排量隨時間變化圖,從圖中可以看出第三階段加速時間為14.6s，從而得出0100Km/h總計算時間為16.368s。,4.1 AMESim軟件建模仿真,1、液壓泵模型的創(chuàng)建,2、液壓馬達模型的創(chuàng)建,3、靜液壓傳動越野車走行系統(tǒng)模型的創(chuàng)建,4、簡化后的液壓走行系統(tǒng)模型,4.2 AMESim仿真結(jié)果分析,從仿真結(jié)果圖可以看出，車輛加速時間的計算和 理論分析計算比較接近。雖然存在一定的誤差， 但壓力變化和速度變化仿真結(jié)果與理論分析相仿。,5 越野車加速性能實驗研究,5.1 實驗?zāi)康?驗證柴油機在空載的情況下，從怠速狀態(tài)到額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)所需的最短時間，即本文關(guān)于越野車第一階段加速過程計算的合理性。 2. 檢測靜液壓傳動系統(tǒng)加速過程中飛輪的轉(zhuǎn)速以及系統(tǒng)壓力的變化，以獲得靜液壓傳動車輛加速的特點。,5.2 實驗內(nèi)容,本文研究的靜液壓傳動軍用越野車為一項創(chuàng)新性研究，目前國內(nèi)還沒有完備的此種實驗平臺，而自身開發(fā)出這樣一種實驗平臺需要較長的時間和較多的經(jīng)費投入。由于實驗條件的限制，故此實驗只能以閉式靜液壓傳動車輛試驗臺為實驗平臺，測量柴油機在空載情況下從怠速最高轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速所需的最短時間。另外通過設(shè)定柴油機的不同轉(zhuǎn)速以及加載不同轉(zhuǎn)動慣量飛輪，測出試驗臺系統(tǒng)飛輪的轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)的壓力等變化情況。,5.3 實驗裝置,5.4 實驗結(jié)果,從實驗記錄的數(shù)據(jù)可知，道依茨132Kw增壓中冷柴油機從怠速最高轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速的時間大致為1.5秒，而本文對靜液壓傳動軍用越野車第一階段加速過程進行理論計算時得到的這一段時間約為1.3秒。之所以形成0.2秒的差別，估計與主泵的空載損耗和補油泵工作要消耗一部分的輸出扭矩有關(guān)，從而導(dǎo)致加速時間延長。在今后的實驗研究中，可以用去除油泵來精確測量柴油機自身的加速時間。,根據(jù)對飛輪轉(zhuǎn)速以及系統(tǒng)壓力隨時間變化的數(shù)據(jù)可得到以下結(jié)論： （1）加速過程開始時飛輪轉(zhuǎn)速為零，系統(tǒng)輸出的流量很快將系統(tǒng)壓力建立到最高壓力40MPa，馬達輸出最大扭矩使飛輪獲得最大的加速度起步，符合本文在計算加速過程的分析結(jié)論。 （2）當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)速逐步升高后，飛輪的角加速度逐漸減小，系統(tǒng)壓力值逐漸降低。當(dāng)飛輪加速結(jié)束時，系統(tǒng)壓力降低到2.3MPa，此壓力正好與本文所取的系統(tǒng)背壓值接近。 （3）不同的飛輪轉(zhuǎn)動慣量條件下，飛輪的加速時間不同。轉(zhuǎn)動慣量大時，時間較長，但二者的加速時間比值不同于飛輪的轉(zhuǎn)動慣量比值，說明靜液壓傳動加速過程不能簡單地從動力學(xué)方面考慮，同時還需要滿足本文中強調(diào)的流量匹配。,突破傳統(tǒng)觀念認為靜液壓傳動無法實現(xiàn)高速，分析了制約靜液壓傳動在高速發(fā)面的運用的相關(guān)因素，并提出了相應(yīng)的對策，設(shè)計出了靜液壓傳動越野車原理圖。,對靜液壓加速的特性進行了分析，定量計算出了越野車0100公里的加速時間，并通過AMESim軟件對加速過程計算進行了仿真，仿真結(jié)果證明了加速過程計算方法的準確性。,綜述,0832搗固車屬于軌道車輛，軍用越野車屬于輪式車輛，隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，靜液壓傳動技術(shù)無輪是軌道車輛還是在輪式車輛上都具有其他傳動方式所沒有的優(yōu)點。在設(shè)計過程中，他們有許多的共同點：,1、采用閉式液壓系統(tǒng) 2、液壓系統(tǒng)設(shè)計過程和步驟相同,1、具有自導(dǎo)向性，無需設(shè)計轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng) 2、采用通軸驅(qū)動，具有獨特的底盤（轉(zhuǎn)向架）構(gòu)造，每根軸只需一個馬達驅(qū)動 3、軌道車輛重量大，運行慣性大，功率大,由于軌道車輛不同于輪式車輛的特點，軌道車輛靜液 壓系統(tǒng)的設(shè)計具有與輪式車輛不同的特點：,