小型纯电动田间转运车驱动系统的参数匹配与优化研究

发布时间：2020-09-03 09:09

　　在全球化石能源逐渐匮乏和科学技术不断发展的背景下,电动农业机械由于其能量来源多样化、结构相对简化、低噪声、无污染等特点而逐渐发展起来。本文选题基于重庆市科委的“小型轻便田间转运机械产品开发”项目和某企业的“纯电动转运平台自适应变速电驱动系统”项目,设计了一款适用于丘陵山区果园运输的小型纯电动履带式田间转运车(简称“田间转运车”)。按照设计方案,这款田间转运车是纯电动型运输车辆。纯电动车辆的驱动系统主要包括动力电池、驱动电机和传动系统等部件。与传统柴、汽油车相比,纯电动方案在续航里程上具有劣势,这个问题一方面与动力电池组的容量、驱动电机的性能等相关,另一方面与驱动系统的参数匹配设计是否合理也密切相关。本文针对田间转运车驱动系统开展参数匹配设计及优化研究。论文在分析丘陵山区果园运输机械发展现状、电动农业机械研究进展、电动车辆驱动系统参数匹配优化研究方法和现状等的基础上,确定了论文研究的技术路线。根据项目任务要求,结合对市场现有果园运输机械的考察情况,综合考虑用户的需求,以及相关配套作业工具的尺寸规格,完成了对田间转运车的基础参数和结构布局设计;在此基础上对田间转运车进行了整车动力学分析和性能评价指标的定义;在动力学分析中针对履带式行走机构进行了整车运行效率分析。然后,根据基础参数和定义的性能指标初步完成了对驱动系统参数的理论匹配,以及电机、电池的选型和传动系统的设计。在此基础上运用Cruise软件搭建了整车仿真建模,并进行了样车试制和试验测试,对比仿真与样车实测结果,可以看出样车各项测试结果与仿真结果偏差较小,最高速度偏差在0.4~1.5%之间,功率偏差在7.9~9.2%之间。分析得出3点结论:1)使用Flange模块和Function模块结合轮胎模块模拟履带式行走机构的方案可行;2)所建立的整车模型可信;3)初步匹配方案满足设计指标的要求。同时,为了使得所建模型更准确更具有实际意义,利用样车测试结果,进一步修正了模型。最后,针对田间转运车在使用过程中,载重量和道路情况变化较大的实际,为了获得更好的整车动力和经济性能,同时降低载重量变化对整车输出性能产生的影响,本文采用田口鲁棒优化设计方法优化了驱动系统的部分参数,根据田口正交试验的结果预测最优参数组合,并对其进行仿真分析,对比初步匹配方案的结果,最高车速下降6.5%,在三种载荷状态下的百公里能耗分别比原方案下降了5.63%、5.86%、6.05%;在总体性能目标均值方面,比原方案提高了3.30%;在输出SN比方面,更是比原方案有了较大的提高。对比初步匹配方案的结果,说明了优化方案是有效的、可行的。
【学位单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S229.1
【部分图文】：

结构布局,转运车,样车,三维设计

2）理论匹配设计与选型。综合考虑田间转运车的工作需求完成对整车基础参数、结构布局的设计和性能评价指标的规划选择，对田间转运车的动力学以及运行效率进行理论分析；根据性能参数和动力学分析情况对驱动电机、动力电池和传动系统等部件的主要参数进行理论上的匹配计算，对驱动电机和动力电池的常用类型及特性进行介绍并选型，对传动系统进行设计。3）Cruise 建模仿真与样车测试。在理论匹配计算的基础上，运用 Cruise 软件搭建田间转运车的各子系统模型，进行机械连接、数据连接建立整车模型，设置仿真任务，运行仿真，得出仿真结果；仿真内容包括田间转运车在三种载荷状态下的最高车速，满载最大爬坡度和续航里程等。参考相关国家和地方标准结合实际条件对试制车进行整车性能试验，试验项目包括三种载荷状态下的动力性能和经济性能试验等。对比分析仿真和样车实测结果，检验所搭建模型的可信度。4）“田口方法”优化参数。基于田间转运车不同于一般车辆的两个特点，为了提高整车动力性、经济性和输出的稳定性，即整车的综合稳定性。通过引入载荷这一噪声因子，利用田口鲁棒优化设计方法寻求一组传动系统的传动比参数和驱动轮半径参数的优组合，使得整车的综合稳定性能较优。

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第 2 章绪论2.4 小结本章简要介绍了丘陵山区果园机械化发展的现状和田间最后一公里机械化运输的重要性，传统内燃机动力面临的两大难题，以及农用机械电动化的发展趋势；基于有关项目设计一款纯电动型田间转运车，指出电动型车辆当前最大的问题——续航里程短，结合第 1 章中介绍的田间转运车的两个特点，引出本文研究的内容，并确定论文研究的技术路线。

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履带式行走机构区别于轮式行走机构主要在受力情况和效率问题[36]，为此本章会在 3.2 节进行田间转运车的动力学分析和运行效率分析。3.1 整车设计简述3.1.1 整车基础参数对于田间转运车整车尺寸的考虑基于两点：1）整车的田间通过性；2）常见果品标准框、植保设备等配套工具的尺寸。根据对潜在用户的问卷调查和对市场现有果园运输车的考察情况，以及装果品用常见标准框的尺寸等，初步设计田间转运车车厢两侧不扩展拉开时能够放下个标准框（如图 3-1，左侧图所示），两侧车厢扩展拉开时能够发放下 6 个标准框（如图 3-1，右侧图所示）。本设计基于 530×390×230 的标准框计算田间转运车车厢尺寸，以此为基础，估算整车载重量，设计机架，对履带等结构件的进行选型及结构布置。经过初步计算、规划确定田间转运车的总体设计参数，如表 3-1 所示其中，载重量，是按照车厢不扩展时平装满车厢沙子（密度：1.6×103kg/m3）的载重量估算的。

【参考文献】