商用车新型轮毂液压驱动控制系统研究

Commercial vehicles, especially medium duty or heavy trucks, usually run off road or in the bad conditions such as mining driving on gradient etc.. And the traditional mechanical driving system of multi-axle drive or all wheel drive, is adopted to enhance the whole driving force from the all wheels in order to improve its passing capability directly. However, the traditional multi-axle mechanical driving system, such as 4WD or nWD，has many disadvantages including complex structure, heavy vehicle weight, insider power circulation, lower transmission efficiency and greater energy loss than the 2WD。In this project, a new type of driving system - in-wheel hydraulic driving control system for commercial vehicles, is put forward, which can monitor the vehicle driving status and automatically shift the 2WD or Nwd to 4WD or AWD to ensure the low speed drivability and grade ability of the commercial vehicles when running in the bad conditions by equipping the in-wheel hydraulic driving mechanism inside the non-driving wheel hubs. Thus the passing capability and road-condition adaptability of the commercial vehicles are improved with this technology. At the same time, obvious advantages,such as structure simplification, light vehicle weight and good driving performance,have been found for the in-wheel hydraulic driving control system, compared with the traditional multi-axle mechanical driving mechanism. In this project the key technology including the configurations analysis, parameter matching of the key components, driving force coordinated control strategy considering the response characteristic of the actuation mechanism, and the software and hardware in the loop test platforms, will be studied based on the existing research basis and equipment. The study will certainly provide the indigenous R&D of the in-wheel hydraulic driving control system with the basic and general research.

商用车，尤其中重型卡车,经常需要越野行驶或在恶劣条件下作业，而传统的多轴或全轮机械式驱动系统存在诸多缺点，如结构复杂、车重大，容易产生寄生功率而增大了能量损失及降低了动力传动效率； 项目提出一种新型的商用车轮毂液压驱动控制系统，通过在原有机械式传动系的基础上增加一套非驱动轮轮毂液压驱动系统，车辆行驶过程中根据车辆行驶状态自动实现车辆的多轴或全轮驱动，有助于保证车辆坏路行驶的低速驱动力及爬坡能力，提高车辆的通过性能和路况适应能力。与传统多轴或全轮机械式驱动系统相比，该技术在结构、重量及性能上均有重大进步。项目对商用车轮毂液压驱动控制系统的驱动构型，关键部件参数匹配方法，考虑液驱执行机构响应特性的液驱与机械驱动综合驱动力协调控制策略及软硬件在环试验平台开展研究，为我国自主研发商用车轮毂液压驱动控制系统关键技术提供共性的基础研究工作。

重型商用车对动力性要求很高，且运行工况复杂，当车辆行驶于低附着路面时易出现打滑，导致牵引力不足。四驱构型具有大幅提高车辆动力性的潜能，但机械四驱构型有自重大、易产生寄生功率等缺点。本项目采用功率密度高、体积小及质量轻的轮毂马达液压驱动系统（简称为“轮毂液驱系统”），在重型商用车机械传动系统的基础之上，增加一套静液前桥辅助驱动系统，将车辆改装为四驱构型，力图解决系统驱动力协调控制等关键技术。.为满足不同行驶工况要求，轮毂液驱系统中变量泵的排量控制是本项目的研究重点之一。项目组通过建立机械传动和液压传动的动力学模型，提出了前馈 + 反馈复合控制策略，并基于Simulink和AMESim 软件建立了系统控制策略模型和车辆系统模型，进行了联合仿真，实现了对液压辅助驱动重型卡车的牵引力和爬坡性能的仿真验证。同时利用所开发的样车进行了实车试验测试，验证了该复合控制策略的可行性和有效性。.轮毂液驱系统中的液压控制阀组结构设计是本项目的另一个重要研究内容。系统中液压控制阀组分别与液压泵、液压轮毂马达、蓄能器连接，控制三者之间的连接关系，以接通或隔断不同的液压传动回路。同时，液压控制阀组应能准确满足液压轮毂马达系统在自由轮、辅助驱动和辅助制动三种工作状态的切换。故液压控制阀组是轮毂液驱控制系统的重要部件之一，对其结构进行分析与设计是自主研发该系统的关键。项目组搭建了轮毂液驱控制系统的样车试验平台，通过样车试验及分析，研究了系统中液压控制阀组的结构，并进行了自主结构设计。.本项目针对重型商用车的使用特点及性能要求，提出了一套轮毂液驱系统，并对其结构构型、驱动力协调控制算法及关键部件的结构自主分析与设计开展了研究，有助于提升我国重型商用车的技术储备及装备。项目运行期间发表相关论文8篇，其中SCI检索论文1篇，期刊EI检索论文5篇，会议EI论文2篇(其中SAE年会论文1篇)，2篇中文EI期刊待发表。获得发明专利授权7项，培养博士生5名，硕士生10名(其中已获学位4名)，一篇硕士生学位论文被评为吉林省优秀学位论文。项目组以本研究成果为基础，正面向轮毂液压混动系统多功能集成设计、多模式优化与动态协调、参数摄动及外界扰动不确定系统的非线性控制等问题开展后续的研究。