第 1 章 绪论
行走驱动系统是越野车辆的核心系统，决定着整车的牵引力大小，行走控制系统决定动力系统的输出特性，底盘结构形式则直接影响车辆的越野通过性能。本文在国家高技术研究发展计划（863计划）项目“面向复杂非结构地形具有二自由度铰接车体的轮式机器人”（编号：A2007AA04Z208）和校企合作项目——“面向复杂非结构地形轮式越野工程车辆开发”（编号：2012220101000057）的资助下，在研究分析国内外轮式越野车辆研究成果的基础上，设计研制了双铰接轮式越野工程车辆样机，重点对机液复合驱动系统的特性进行分析，并对其行驶方向稳定性进行研究，最后通过实验验证理论分析的正确性。因此,该项目的研究具有十分显著的经济效益和广阔的应用前景。越野车辆获取驱动力主要有两种类型：破坏型和适应型[5]。破坏型是通过对地面的破坏获得驱动力；适应型是通过改变自身机械结构来适应地势的起伏变化，获得充足的行驶驱动力，使整车的越障性能得到提高[6]。铰接越野车辆就属于适应型的越野车辆，它由两个或者更多的车体或车架构成，车体各自成为车辆的一部分，铰接点可以有一个，两个或者三个自由度，所有的轮子在行驶过程中输出驱动力[7]。
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第 2 章 双铰接轮式越野工程车结构及液压驱动系统分析
2.1 双铰接轮式越野工程车基本结构及原理分析
本文以具有两个自由度铰接车体的轮式越野工程车辆作为研究对象，如图2.1所示。该车底盘分为三部分：前车体、后车体以及连接前后车体的中间双铰接机构，如图2.2所示。中间双铰接机构具有两个方向的回转自由度：绕铅垂方向的旋转自由度，由液压缸驱动改变转向角的大小，实现整车铰接式动力转向，减小车辆的转弯半径，以提高该车的机动性和灵活性；绕前进方向的旋转自由度，其旋转角度达到±40°，车身能够被动地跟随地形的起伏而变化，使车辆具有良好的地形包容特性，轮胎能时刻与地面保持接触，为车辆提供足够的牵引力，整车的越障性能得到显著提高。车辆通过前后车体之间的双铰接机构改变自身姿态，被动适应地形，使其在复杂的地面环境中仍然具有良好的通过性和抗倾翻性。
2.2 双铰接轮式越野工程车辆驱动总体方案
双铰接轮式越野工程车辆样机总体驱动方案如图 2.8所示。发动机输出的动力传递到变量泵-变量马达调速系统，变量马达输出轴直接与二档动力换挡变速箱相连，动力经变速箱传至中间传动轴和后传动轴，中间传动轴通过铰接机构传递动力给分动箱-前桥总成，后传动轴直接传递动力给分动箱-后桥总成，实现车辆四轮驱动[106]。变量泵-变量马达调速系统中，驾驶员通过脚踏阀控制行走换向阀阀芯位移来达到控制进入平衡阀和马达的流量大小的目的，从而控制车辆的行驶速度[107]。
第3 章 双铰接轮式越野工程车辆液压驱动系统建模 ....................... 37
3.1 开式液压驱动系统各元件数学模型 ............................ 37
3.2 液压驱动系统特性分析 .................................. 47
3.3 越障状态下车辆行驶方向稳定性分析 ............. 50
3.4 铰接转向负载理论研究 .............................. 51
第4 章双铰接轮式越野工程车辆液压驱动系统仿真分析 ................. 57
4.1 基于 AMESIM 的车辆驱动系统模型建立与仿真分析 ............. 57
4.2 基于 AMESIM 的车辆转向系统模型建立与仿真分析 ............. 69
第5 章 双铰接轮式越野车驱动系统实验研究 ......................... 83
5.1 实验方案 .............. 83
5.2 实验结果分析....................... 86
第6章 双铰接轮式越野工程车辆液压驱动系统联合仿真分析
6.1 联合仿真概述
LMS Virtual Lab Motion 的突出特点之一是提供系统级的建模流程，能够直接导入或者建立不同零件的细化模型，并能对不同构件之间创建约束，保证整个系统具有正确的运动学性能，并且用户可以定义摩擦阻尼、刚度惯量、质量重力和弹簧力等等各种属性及作用力，进而很好地反映其动力学特性；同时，该软件提供深入精细的建模，对于轮胎力、衬套力、齿轮接触、弹性体接触、液力轴承、发动机等多种复杂力学模型提供详细的建模模板[149]；其与主流的软件AMESim、MATLAB等具有接口，能够很好地进行联合仿真，特别是与 AMESim 软件具有完善的接口，对于模型中含有液压、电磁、作动器等详细的控制和力的作用时，可以利用具有完备机电分析功能的 AME-Sim 和具有优异多体多力学性能的 Virtual Lab Motion 进行联合仿真，从而更好地分析系统的性能。此外，该软件还有集成性、二次开发等多种优点，因此广泛地应用于航空航天、工程机械、汽车、船舶、家电等多种领域。
6.2 基于 LMS Virtual Lab Motion 的系统机构模型建立
由于液压系统的模型在 AMESim 软件中建立，在Virtual Lab Motion 软件中主要是对转向机构及轮胎与地面作用情况进行仿真，因此建立模型时主要保证机构模型的准确，并考虑轮胎与地面的影响。首先建立机构、轮胎及整车的模型，然后对其施加各种运动副。转向机构主要构成部件为两个转向油缸，建立该机构的模型需要保证其各个铰接点位置及两个转向油缸的尺寸准确，这样在仿真过程中才能保证油缸的运动情况与实际相符。对于整机，主要考虑其质量与重心位置，其关系到转向时的惯量大小，但由于只是简单的进行外形建模，因此重心位置只能大致确定，和实物必然会存在一定差距。整个工程车辆模型建立如图 6.1所示。
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第 7 章 结论与展望
本文所做的主要工作如下：
1). 开发出双铰接轮式越野工程车辆的机液复合传动系统，通过组合铰接机构将前、后车体连接在一起，实现了铰接转向和绕车身纵轴摆动，可以大大提高适应地形的能力，以及增强自身的越野能力及越野稳定性。同时，该越野车采用机械-液压复合传动形式，极大地提高发动机与液压系统的工作效率，增强车辆适应载荷的能力。
2). 利用传递函数法建立了液压驱动系统中各主要元件的数学模型，包括主泵及其变量控制机构、多路换向阀、平衡阀、变量马达及其变量控制机构等，并对影响系统性能的主要参数进行分析。
3). 利用 AMESim 软件建立驱动系统及转向系统的仿真模型。针对行走系统平路行走工况、下坡工况及越野工况不同的负载特性，对液压驱动系统仿真进行行走系统性能分析；通过对转向系统以及其主要元件单稳阀和液压转向器仿真，分析转向器所需的流量及转向器进口流量和进出口压差。此外，根据仿真分析以及计算发现，车辆在转向过程中左右转向缸运动位移和速度的变化规律。
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参考文献（略）