工程车辆用大扭矩无级变速传动控制器的开发与实验研究

摘要

工程车辆通常指自行式施工机械，广泛应用于矿山、建筑、铁路、公路、国防和港口等各项工程中，既降低了工程成本、又缩短了工程周期等。工程车辆主要是在非公路上进行牵引作业，其工作环境较恶劣，载荷变换大且不均匀，发动机功率得不到充分发挥，传动机构的强度有限。而且，司机在驾驶车辆的同时，还要完成对工作装置的操纵，增加了劳动强度。因此，充分发挥工程车辆的工作性能及自动操作性就显得很是重要。
　　本文的主要研究对象是来自沈阳越士达汽车无级变速器有限公司和东风农机的合作项目。以东风农机的产品——轮式拖拉机1804为研究对象，了解机械部分性能，搭建一个满足控制要求的以STC单片机为微处理控制器的驱动系统，测得实验数据，分析处理，最后研究开发出一款纯电控的可以传递大扭矩的无级变速控制器。
　　本文介绍的变速箱目前只用于功能测试和实验研究，并未产品化，以其为基础，开发与其匹配的控制器，也是作为控制器产品化的先行探索，因此，对其进行实验研究，若能研究成功并实现应用，其意义将是深远重大的。
　　对该控制器进行研究开发，先明确机械部分结构功能，传动机理，动作过程，再确定控制策略。该控制思想核心是将软件控制与硬件驱动控制充分有效结合，软件部分以keil软件为程序编译环境，用c语言编程，控制机械主体完成目标动作，实现动作的有效性、灵活性及可控制性;硬件部分则以STC12C5A60S2单片机为微处理器，构建控制系统，搭建后向通道，连接驱动电路，使输入信号有效无误的被微处理器接收，围绕控制要求及控制目的，配合前、后向驱动电路，驱动电动机，控制无级变速器，实现多档及自动变速。控制主体完成后，进行标定实验:搭建实验台架，现场实验，获得实验数据，再利用测得的实验数据，准确描绘出速比变化的连续曲线;将测得的速比变化曲线转换成数字量，准确修改程序语言，使其与档位变换要求相一致，以达到控制要求。整个实验过程，需要软件、硬件相互配合，直接采集控制信号，应用反馈逻辑思想，控制驱动电机，完成纯电动控制的拖拉机传动控制器的开发与实验研究。
　　该变速箱利用摩擦传动实现了大扭矩的传输，该控制器亦具有良好的控制响应能力和控制跟随能力，实现了多档控制与连续控制的功能要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 车辆自动变速器的发展历史

1．2．1 车辆传动技术的种类

1．2．2 车辆自动变速技术的发展及应用现状

1．3 大扭矩无级变速器的研究现状及发展历史

1．3．1 国内研究现状及发展历史

1．3．2 国外研究现状及发展历史

1．4 开发与实验研究的目的及意义

第2章 轮式拖拉机传动系统的构成及整体控制方案

2．1 轮式拖拉机的结构特点及发展趋势

2．1．1 轮式拖拉机的结构特点

2．1．2 轮式拖拉机的发展趋势

2．2 柴油发动机的特性分析

2．3 传动控制的整体方案

2．4 软件控制与硬件搭建的模型分析

2．5 本章小结

第3章 轮式拖拉机传动系统的控制策略及模型设计

3．1 链式无级变速器的工作原理及性能分析

3．1．1 链式CVT的机械结构及工作原理

3．1．2 链式CVT的性能分析

3．2 链式无级变速器速比模型的建立与分析

3．2．1 变速箱传动过程中各部件受力情况

3．2．2 推力比的计算方法

3．2．3 速比模型的建立

3．3 本章小结

第4章 轮式拖拉机多档及自动变速的硬件系统设计

4．1 控制芯片的介绍

4．1．1 STC单片机功能介绍

4．1．2 STC12C5A60S2单片机的内部结构及引脚说明

4．1．3 控制策略的整体介绍

4．2 电子元件的种类及功能

4．2．1 前向调理电路的组成

4．2．2 后向驱动电路的组成

4．3 调速电机的性能分析

4．3．1 直流调速电机的工作原理

4．3．2 直流调速电机的调速方法

4．4 控制原理

4．4．1 前向调理电路的控制原理

4．4．2 后向驱动电路的控制原理

4．5 控制过程

4．5．1 前向调理电路的控制过程

4．5．2 后向驱动电路的控制过程

4．6 本章小结

第5章 轮式拖拉机多档及自动控制的软件系统设计

5．1 具体的控制策略

5．2 轮式拖拉机的档位控制

5．3 轮式拖拉机的显示及报警功能

5．4 轮式拖拉机自动变速的实现

5．5 本章小结

第6章 现场实验与数据分析

6．1 现场实验过程

6．2 实验数据分析处理

6．2．1 第一次实验数据整理

6．2．2 第二次实验数据整理

6．3 实验数据分析处理

6．3．1 第一次实验数据分析处理

6．3．2 第二次实验数据分析处理

6．4 台架实验

6．5 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间获奖及发表论文情况