无人驾驶拖拉机电控液压转向系统的可靠性测试本科毕业设计(编辑修改稿)

无人驾驶拖拉机电控液压转向系统的可靠性测试本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

油阀功能是当过载阀开启时，为了防止油液产生气蚀，补油阀打开从组合阀块的回油口吸油，及时将压力油补充到转向油缸的左或右油腔；单向阀是转向器进油时打开，在低转速时防止由于外部载荷的冲击，高压油倒流，造成方向盘的抖动。 随着时代的发展，除了开芯无反应转向器和闭芯无反应（或有反应）转向器外，现在也出现了负荷传感全液压转向系统，它具有无论负荷压力大小、方向盘转速快慢，均能按转向油路要求，优先分配相应流量，保证转向可靠、灵敏、轻便；油泵输出的流量 ，除向转向系统供给所需的流量外，剩余部分可供给辅助油路使用，从而消除转向油路供油过多而造成的功率损失，提高了系统效率。 拖拉机电控液压转向系统的工作原理 本文中电控液压转向机构的设计是，在原转向油路并联安装一个转向控制机构，即并联一个用于电路控制的“转向器”。 这个便于控制的“转向器”是一套电控液压阀，即把原来手动控制转向的方向盘及其联带的液压转向器，转为电控的液压电磁阀机构。 6 如图 4 所示，改动上并联安装了 O 型的三位四通比例换向阀，为了油路油压的安全，还需要安装一个安全溢流阀，油管路上，加多了油管和 3 个同原来油路转换的切换阀。 电控液压转向系统原理图如图 4 所示： 3458901276 16 2ab1 05PTABA 1B 1控 制 器G P S 、 A H R SC A N人 工 / 自 动 （ 模式 选 择 开 关 ）装 在 拖拉 机 上S aS yS b传 感 器PT AB开 芯 无 反 应 式 转 向 器 0过滤器 1定量泵 2二位三通电磁阀 3转向器（开芯无反应） 4转向油缸 5单向阀 6 压力表 7溢流阀 8三位四通比例电磁换向阀（ O 型） 9平衡阀 10液压油箱 图 4 优化的液压转向系统原理图 上图 4 系统在油缸与电磁换向阀之间连接入两个平衡阀 9，它们实际上并联有单向阀的背压阀，分别接在电磁阀的 A、 B 口至转向油缸的两个液压油接口之间。 液压油可以经过单向阀无约束地从平衡阀正向（液压缸进油）通过（图中 A→ A1 或 B→ B1），但从反向通过（液压缸回油）时需要克服平衡阀设定的开启压力，该压力构成回油背压压力。 下面进行换向阀换向瞬间系统动力学分析。 设定两个平衡阀开启压力略大于一般情况下回正力矩 Tz对应的压力（本机经试验验证约 4MPa 即可）。 在这种情况下，阀芯由中位切换至任一侧位时，阀 A、 B 口一个接通油泵 P，另一个接通回油口 T。 设 A 口接通 P， B 口接通 T，现在 A 口压力油经过上面的平衡阀的单向阀可以通至 A1，但在压力 7 小于下面的平衡阀设定压力之前，下面这个平衡阀不会开通，即油缸无法回油，转向轮不会转动，直到 A 口压力大于设定的背压压力（ 4MPa），如前所述此时该压力已大于克服回正力矩需要的压力，故在电磁比例换向阀换向的短时间内，不会出现驱动力矩小于地面回正力矩的情况，车轮不会发生回摆现象。 同时结合东方红 X804 拖拉机开芯无反应转向器的特性，加入了二位三通电磁阀 2，用三位四通比例电磁换向阀代替原来分散的流量比例阀和三位四通电磁换向阀，使系统更加严密。 为了保证拖拉机原来全液压转向系统完整性，二位三通电磁阀 2 常通位置是定量泵 与转向器相连，即在电磁阀 2 不通电的状态下系统与原装的全液压转向系统一模一样。 在自动导航过程中，给二位三通电磁阀通电，液压泵出来的液压油立刻流向电控液压转向系统。 此外，还在系统的关键部位留了油压口，方便测试系统的压力特性。 测压口分别位于总进油口 P 处、电控液压转向进油口 P1 处、油缸两测的压力 A 处及 B 处。 改进的电控液压转向系统有一个“人工 /自动”模式开关，系统的工作原理是“人工/自动”模式开关断开时，拖拉机的转向方式与拖拉机原来的转向方式一样，通过手动转动方向盘实现拖拉机转向，液压油流向 :过滤器→定量泵→二位三 通电磁阀左位→转向器→转向油缸→转向器→油箱；当需要电控转向时，“人工 /自动”模式开关接通，有左转、右转和卸荷三种工作方式： （一）左转：二位三通电磁阀和三位四通比例电磁换向阀 a 位得电时，即 Sy 和 Sa有电信号，液压油流向 : 过滤器→定量泵→二位三通电磁阀右位→单向阀→三位四通比例电磁换向阀左位→平衡阀→转向油缸→平衡阀→三位四通比例电磁换向阀左位→油箱，车轮左转； （二）右转：二位三通电磁阀和三位四通比例电磁换向阀 b 位得电时，即 Sy 和 Sb有电信号，液压油流向 : 过滤器→定量泵→二位三通电磁阀右位→单向阀→三 位四通比例电磁换向阀右位→平衡阀→转向油缸→平衡阀→三位四通比例电磁换向阀右位→油箱，车轮右转； （三）卸荷：电控模式下车轮不需要转向时（实际转角达到目标角度要求）液压油通过转向器卸荷，二位三通电磁阀和三位四通比例电磁换向阀都不得电，液压油流向 :过滤器→定量泵→二位三通电磁阀左位→转向器→油箱。 8 待测试二位三通换向阀的工作特性 本设计中电控液压转向系统使用的电磁阀型号为 SV1031N24VDC。 生产此电磁阀的公司为美国的 HYDRAFORCE。 该 电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔连 接不同的油管，腔中间是活塞，两面是两块 电磁铁 ，哪面的磁铁线圈通电 阀体 就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来开启或关闭不同的排油孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的 活塞 ，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置。 这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。 如下图所示，当断电时，电磁阀中的液压油从位置②流到位置①，当电磁阀被阻断时，液压油流向位置③。 当通电时，电磁阀打开位置①到位置③之间的通路，阻塞位置②。 而港口➀ 可能完全加压，这是不打算被用来作为入口。 手动操作的选项：重 写，按钮和扭曲逆时针旋转 180176。 内部的弹簧将按钮了。 在这个位置，阀门可能只是部分地转移。 为了保证全覆盖的转变，把按钮要充分扩展和保持这个位置。 恢复正常瓣膜功能，按钮，顺时针旋转 180176。 扭曲，并释放。 覆盖将被拘禁在这个位置。 该电磁阀的尺寸如下： 9 图 5 电磁阀的尺寸图 3 液压转向系统测试电路设计 本次设计的测试电路由 3 个部分组成，分别是 ARM 主控电路、驱动电路和电磁阀。 其中 ARM 主控电路的功能是输出 PWM 控制信号。 驱动电路的作用是放大 PWM 控制信号，以达到驱动和控制电磁阀工作的目的。 ARM 主控电路使用的是 SBC6300X 开发板。 驱动电路通过三极管和 MOSFET 场效应管进行电流的放大，使用 IRFR9540 芯片对电磁阀进行控制。 测试的电磁阀为美国 HYDRAFORCE 公司生产的 SV1031N24VDC 电磁阀。 电路的原理图如下。 10 A R M 主 控电 路P W M 信 号驱 动 电 路驱 动 电 流电 池 阀 图 6 液压转向系统测试电路原理框图 ARM 主控电路 本设计中使用的主控电路 为深圳市天漠科技有限公司生产的 SBC6300X 开发板。 开发板包括两个部分，分别为主板（ 94*）和核心板（ 52*52mm）。 开发板的实物图及总体系统结构框图如下图所示： 图 7 SBC6300X 开发板实物图 SBC6300X开发板 CPU 规格 处理器： AT91SAM9263， ARM926EJSTM ARM 处理器 － 扩展 DSP 指令， ARM Jazelle 技术提供了 Java 加速功能 － 16K 字节数据缓存， 16K 字节指令缓存， 200MHz 时性能高达 220 MIPS － 存储器管理单元，嵌入式 ICE ，支持调试信道 － 中等规模的嵌入式宏单元结构，附加的嵌入式存储器 － 128K 字节片内 ROM,最大总线速率下单周期访问 － 80K 字节片内 SRAM，最大处理器或总线速率下单周期访问 11 SBC6300X开发板主板功能接口 SBC6300X 开发板主板功能接口如下表所示： 表 1 SBC6300X 开发板主板功能接口说明表 类别 功能 参数 存储接口 SD card SDIO 模 式，支持热插拔 电源 输入电源 宽电压范围 8~20V，默认提供 12V电源输入 输出电源 5V和 Vin 输入输出接口 触摸屏接口 4线电阻式触摸屏接口 阵列键盘接口 6x6矩阵键盘（也可作为 12个独立 IO使用） Audio In 支持音频录入 Audio Out 支持 MP3播放，提供 ，排针引出 AD转换接口 8路 12bitAD转换输入接口，输入参考电压可外引入，默认参考电压 5V 通用接口 GPIO 41个独立 GPIO，其中包括有如下复用功能： ISI接口 、 4路 PWM、 1路 SDIO接口 、 1路 SPI1接口（ 4个片选） Buzzer 一个 GPIO控制的 BUZZER JTAG 标准 JTAG接口 20PIN 按键 2个 GPIO按键， 1个 WKUP按键， 1个 RESET按键 面板及指示灯 电源插入指示、主板供电指示，提供排针引出形式的 WKUP、 IO、复位、电源开关面板接口 其它 看门狗控制器 内置 实时时钟 外扩精准 RTC，板载可充电钮扣电池 SBC6300X开发板核心板功能 SBC6300X 开发板核心板功能如下表所示： 12 表 2 SBC6300X 开发板核心板功能说明表 类别 功能 参数 处理器 CPU Atmel AT91SAM9263, ARM9,200MHz 存储器 SDRAM 64MB NandFlash 128MB EEPROM 2Kb 其它 LED 1 个 LED 系统状态指示 核心板尺寸： 52*52mm ，主连接器使用： tyco 51790304 驱动电路 测得二位三通电磁阀的内部线圈电阻为 欧姆，施加 24V 电压，线圈通电。