我国拥有大量的水田,这些水田主要用于水稻的种植。由于水稻种植对水田有平整度要求,因此通常水田以小地块的形式存在。同时,我国南方受到丘陵地形的影响,南方水田又主要以不规整的小地块形式存在。小地块水田机械需要有较好的机动性与操纵性,因此我国仍然大量使用手扶拖拉机作为水田耕整机械。但采用手扶拖拉机进行水田作业仍然存在效率低和劳动强度高等问题,因此研究一种具有较好工作特性的水田四驱底盘,对提高水田作业效率和降低水田劳动强度有重要意义。为此华南农业大学工程学院项目组通过借鉴手扶拖拉机的转向形式,提出一种前桥摆转转向式四驱底盘,并为其配备了简单的液压动力系统。到目前为止,该底盘可以在水田作业时直接作倒U形转弯调头进入下一畦,具有结构简单、转弯半径小等特点,有望作为我国小地块行走机械的一种重要补充。为了实现摆转底盘的控制,需要为该底盘配备相应的液压控制系统。本文对摆转底盘的操纵力学进行研究。构建了底盘的数学模型,得出可通过对前桥液压马达的流量控制,可以实现摆转转向底盘的运动控制,包括底盘前后桥速度控制,前后桥横摆角速度控制以及底盘姿态控制。在底盘方向控制上,提出一种通过前桥液压马达并联,分别控制前桥液压马达回油背压实现马达差速的转向方案。通过分别调整安装在液压马达回油路上的溢流阀开启压力,实现两液压马达流量控制,从而使底盘摆转转向;通过转向主销前置,使得前桥获得回正力矩,实现底盘的直走。通过对背压式转向方案的仿真建模分析可知,主销前移能使得前桥获得回正力矩;车速越小,底盘所能获得的稳态转向角度越大;溢流阀的控制信号与底盘的转向角构成正相关关系;通过模拟控制信号的突变得出新液压转向方案能较好地避液压冲击现象的发生。在底盘制动控制上,提出一种背压式制动方案。通过提高每个马达的回油背压,使得马达的回油背压大于进油压力,从而产生制动力矩。通过对背压式制动方案仿真建模分析可知,底盘制动时,回油压力越大,底盘获得的反向加速度越大;回油压力越大线性增大时,底盘获得的反向加速度也呈现线性增大趋势;在坡道制动仿真中,对于某一个特定的坡度,当回油背压某个值时,底盘能在坡道上静止。当回油背压小于某个值时,回油背压不足以抗衡外力力矩,底盘会在外力作用下运动。在底盘负值负载控制上,提出一种通过调整回油背压实现负值负载控制的策略。通过仿真分析,底盘在正负载工况时,回油路无论有没有液阻,马达都处于安全工况,此时回油液阻越大无用功越多。底盘在负负载工况时,若回油路液阻不足,泵供油量小于马达需油量,此时因马达呈现泵效应,液压部件会因缺油而不能正常工作。综合考虑到,底盘行驶的平顺性和易操控性,提出三段式背压控制策略。根据马达进油压力,在马达可能做正功区间,线性降低溢流阀开启压力,增加压力能利用;马达只做负功区间,保持溢流阀开启压力,获取稳定的制动力;马达超速区间,线性提高溢流阀开启压力,限制马达超速。根据提出的背压式转向、制动与平衡方案进行样机的试制。系统原件包括:2.4G航模遥控器以及接收器,Atmega328芯片,扩散硅压力变送器,PWM转换电路,比例阀功率放大电路,EBG-03比例阀等,并对样机进行了试验研究。试验结果表明:1、前桥摆转式底可以采用开式液压系统—轮边液压马达技术实现底盘转向、制动以及负载平衡的控制。采用前桥两马达并联后桥两马达并联或浮动可以实现底盘的两、四驱的切换。对比前桥马达串联断流的摆转方式,采用前桥马达并联控流的摆转方式更有利于底盘的方向控制。2、摆转底盘方向的控制可以通过分别控制前桥两并联马达的回油背压实现。通过仿真试验和样机试验可知,在前桥轮边马达的回油路串接比例溢流阀,通过调整比例溢流阀的开启压力,可以实现摆转底盘方向的连续可调。与串联断流摆转方式相比,并联控压的转向方式有效地降低了转向造成的液压冲击。3、为了使得采用马达并联的摆转底盘具有一定的直线行驶能力,采用摆转主销前置的方式,使底盘在行驶时获得回正力矩。通过仿真试验,验证了摆转主销前置可以使底盘获得回正力矩,实现直走。通过样机试验,采用摆转主销前置,可以使底盘行走偏转率不超5%。4、摆转底盘的行车制动可以通过提高液压系统的总回油背压实现。仿真试验和样机试验表明,通过控制串接在总回油路上的比例溢流阀开启压力的大小,能获得相应的行车制动力,符合车辆制动的设计准则。5、摆转底盘采用发动机-CVT-定量泵为动力源的开式液压系统,需要配备负载平衡系统,防止底盘在负负载的工况下出现超速失控。综合考虑到,底盘行驶的平顺性和易操控性,提出三段式背压控制策略。根据马达进油压力,在马达可能做正功区间,线性降低溢流阀开启压力,增加压力能利用;马达只做负功区间,保持溢流阀开启压力,获取稳定的制动力;马达超速区间,线性提高溢流阀开启压力,限制马达超速。样机试验表明,通过监测系统进油压力,控制用于行车制动的比例溢流阀的开启压力,可以实现底盘在正负载的情况下降低回油背压,负负载时可以提供相应的制动力防止马达超速。6、对摆转底盘进行非铺装路面行驶试验,试验结果表明,底盘具备一定的非路面行走能力。水田行驶试验中,摆转转向底盘在四驱的状态下,能较平稳地在水田行驶。底盘水田行驶时,能以内侧轮为圆心作倒U型掉头。