使用主动限滑差速器的轮式装载机驱动性能仿真

摘要

差速器是车辆驱动桥中的重要部件,目前使用在轮式装载机上的主要有普通式和被动限滑式两种,而技术先进的主动限滑式则未见使用。主动限滑差速器能够根据路面条件的变化,及时调节限滑作用,使车辆处于较好的驱动状态,如果将其应用到轮式装载机上,必将对整机的驱动性能有较大幅度的提升。
　　 本文对比了国内外主动限滑差速器发展状况,以ZL50装载机为研究对象,在分析普通差速器和摩擦片式被动限滑差速器的基础上,根据低速大扭矩的传动特点,完成了电液式主动限滑差速器的选型、结构设计、控制系统规划和传动过程分析。根据ZL50装载机驱动系统中动力产生和传递的顺序,依次考察了发动机的输出特性、液力变矩器的传动特性以及两者的匹配特性,建立了变速器模型、驱动桥模型和轮胎模型。综合发动机、液力变矩器和各传动件的动力学关系,推导了ZL50装载机四驱的动态微分方程,建立了直线行驶的驱动系统动力学模型。由于转向中整机的重心、轮荷随转向角变化,相应的轮胎侧偏角也随转向角变化,因此,分析了铰接转向的运动学特征,考虑轮胎的侧偏角,建立了转向行驶的驱动系统动力学模型。将差速器从驱动系统中独立出来,作为控制模型,设计了控制器的内部结构和控制算法。全面分析了需要差速器产生限滑作用的行驶工况,选择附着系数分离路面作为仿真路面,建立了ZL50装载机驱动过程的仿真系统。在分析轮胎力学性能的基础上,确定了初始稳定行驶的动力学参数,设定了求解动态微分方程的迭代流程。在Matlab软件中设计相关程序,进行前驱直线行驶、前驱转向行驶、四驱直线行驶、四驱转向行驶的驱动性能仿真,对比分析了使用主动限滑器和使用普通差速器、被动限滑差速器的仿真结果。仿真结果表明：电液式主动限滑差速器克服了被动限滑差速器的缺点,能够在路面附着条件变化后,迅速调节限滑作用,控制轮胎的滑转状态,使轮式装载机具有较高的驱动力和侧向附着力;从侧面证明了所使用的电液式主动限滑差速器的结构参数、系统组成、控制策略、控制方法的合理性和适用性。