一種無級變速拖拉機控制系統(tǒng)的控制方法技術(shù)方案

一種無級變速拖拉機控制系統(tǒng)的控制方法，該控制系統(tǒng)包括發(fā)動機、液壓機械無級變速器、車速傳感器、牽引力傳感器、發(fā)動機電子控制單元、變速器電子控制單元、變速器液壓控制單元；本發(fā)明專利技術(shù)采用

Stepless variable speed tractor control system and control method thereof

A tractor stepless speed control system and its control method, the control system including the engine, hydraulic machinery stepless speed regulator, speed sensor, traction force sensor, engine electronic control unit and transmission electronic control unit, transmission hydraulic control unit; the invention adopts the maximum productivity of tractor - economy comprehensive characterization of the best, through the transmission ratio optimization calculation can satisfy the productivity of tractor economical comprehensive best gear ratio and engine speed, can guarantee the tractor in the premise of obtaining greater productivity under the still good fuel economy.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及拖拉機控制系統(tǒng)，具體涉及一種無級變速拖拉機控制系統(tǒng)及其控制方法。
技術(shù)介紹
拖拉機作為農(nóng)田作業(yè)的重要工具，復(fù)雜的工作環(huán)境使得拖拉機的牽引負(fù)載和行駛車速波動較大，液壓機械無級變速器能夠適應(yīng)復(fù)雜的工況，使車輛性能得到很大提升。通常，無級變速拖拉機的工作模式分為生產(chǎn)率最大工作模式和經(jīng)濟(jì)性最佳工作模式，其中，生產(chǎn)率最大工作模式下，拖拉機燃油經(jīng)濟(jì)性較差；在經(jīng)濟(jì)性最佳模式下，拖拉機工作在燃油消耗最低點，此時如果突然增大車輛牽引負(fù)載，易導(dǎo)致發(fā)動機熄火。目前，為了獲得較大的生產(chǎn)率同時又保證拖拉機的經(jīng)濟(jì)性，在拖拉機控制方法中引入了權(quán)重系數(shù)。例如，郝允志，孫冬野等在“無級變速傳動系統(tǒng)整體優(yōu)化控制策略”一文中提出：通過駕駛員的判斷選擇合適的權(quán)重系數(shù)，從而得到一定條件下車輛傳動系統(tǒng)的整體最佳。然而經(jīng)過實際操作，各駕駛員操作的熟練程度和對復(fù)雜道路狀況的判斷不同，并不能取得良好的效果。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為了克服現(xiàn)有技術(shù)方法難以很好地解決拖拉機經(jīng)濟(jì)性與生產(chǎn)率之間矛盾的問題，提供一種無級變速拖拉機控制系統(tǒng)及其控制方法，能夠保證拖拉機在取得較大生產(chǎn)率的前提下，仍有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性。本專利技術(shù)為解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：一種無級變速拖拉機控制系統(tǒng)，包括發(fā)動機、液壓機械無級變速器、車速傳感器、牽引力傳感器、發(fā)動機電子控制單元、變速器電子控制單元、變速器液壓控制單元，所述的液壓機械無級變速器包括機械變速機構(gòu)、液壓調(diào)速機構(gòu)以及將機械和液壓動力進(jìn)行匯流合成的行星齒輪機構(gòu)，液壓調(diào)速機構(gòu)是由電液比例變量泵和定量馬達(dá)組成的閉式液壓調(diào)速機構(gòu)，電液比例變量泵包括電液比例電磁閥、油缸柱塞和斜盤；其中，牽引力傳感器和車速傳感器的輸出端與變速器電子控制單元的輸入端連接，變速器電子控制單元的輸出端與發(fā)動機電子控制單元、變速器液壓控制單元的輸入端連接，變速器液壓控制單元根據(jù)最佳變速比輸出斜盤傾角的控制信號，電液比例電磁閥接收該控制信號，經(jīng)過放大器后，控制油缸柱塞運動，推動斜盤發(fā)生偏轉(zhuǎn)，改變變量泵的排量比，實現(xiàn)無級變速。本專利技術(shù)中，一種無級變速拖拉機控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：步驟一、分別將發(fā)動機的輸入轉(zhuǎn)速范圍設(shè)定為1300~2300r/min，發(fā)動機的輸入轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0~1200N·m，其中，公式（1）變速器的變速比，，為發(fā)動機的輸入角速度，單位為rad/s，為變速器的輸出角速度，單位為rad/s；為變速器的輸出轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；設(shè)定拖拉機的牽引力的范圍為0.01~80kN，每步驟的增量=1kN；步驟二、利用車速傳感器和力傳感器分別測得拖拉機的行駛速度和牽引阻力，根據(jù)公式（2）和公式（3），分別求得變速器的輸出角速度和輸出轉(zhuǎn)矩，其中，滑轉(zhuǎn)率；滾動摩擦力，單位為N，其中，為摩擦系數(shù)，=0.05~0.75，m為拖拉機整車質(zhì)量，單位為kg；為拖拉機的行駛速度，單位為m/s；為拖拉機的驅(qū)動輪半徑，單位為m；為拖拉機主傳動比；；；設(shè)定=0.01~40km/h，每步驟的增量；步驟三、利用步驟二求得的變速器的輸出轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩，若，則進(jìn)行下一步驟；否則，最佳變速比，將該最佳變速比存儲后，并返回至步驟二利用優(yōu)化計算設(shè)定的增量重新計算；其中，為發(fā)動機額定轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；為發(fā)動機最大輸出功率，單位為W；步驟四、將變速器的變速比設(shè)定為0.01~2.24，每步驟的增量，利用公式（1），由設(shè)定的變速比和變速器的輸出轉(zhuǎn)速，計算，并判斷是否滿足1300≤≤2300，若滿足，則進(jìn)行下一步驟；否則，根據(jù)每步驟的增量重新選取變速比；（1）、若循環(huán)結(jié)束，則根據(jù)步驟二設(shè)定的增量重新選取，否則，返回步驟三；（2）、若循環(huán)結(jié)束，則根據(jù)步驟一設(shè)定的增量=1重新選取，否則，返回步驟二；（3）、若循環(huán)結(jié)束，則全部結(jié)束，否則，返回步驟一；步驟五、利用公式（4），根據(jù)步驟四計算的求發(fā)動機對應(yīng)的極限轉(zhuǎn)矩，并設(shè)定每步驟的增量；利用公式（5）和公式（6）求得拖拉機比油耗，其中，為發(fā)動機燃油消耗率，，為變速器傳動效率；；；利用公式（7）計算拖拉機牽引功率，單位為W；判斷是否最大，若最大，則對應(yīng)變速比即是最佳變速比；否則，返回步驟四。本專利技術(shù)利用拖拉機牽引功率（）最大表征最大生產(chǎn)率，利用拖拉機比油耗（）最小表征經(jīng)濟(jì)性最佳，以生產(chǎn)率-經(jīng)濟(jì)性綜合最佳為控制目標(biāo)，采用最大表征拖拉機生產(chǎn)率-經(jīng)濟(jì)性綜合最佳。在任意牽引負(fù)載和車速下，保證拖拉機最大，是實現(xiàn)拖拉機生產(chǎn)率-經(jīng)濟(jì)性綜合最佳的基本要求。當(dāng)拖拉機在生產(chǎn)率-經(jīng)濟(jì)性綜合最佳條件下工作，牽引負(fù)載出現(xiàn)變化時，為滿足工作需要，拖拉機可以按設(shè)定的目標(biāo)車速穩(wěn)定行駛，以保證工作質(zhì)量。本專利技術(shù)制定的變速規(guī)律為在負(fù)載特性場中，根據(jù)拖拉機行駛車速和牽引負(fù)載，在變速器輸出特性場中確定變速器工作點，根據(jù)最佳變速比確定發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速。拖拉機在行駛過程中任一車速和牽引負(fù)載，對應(yīng)變速器輸出特性場中的一個轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。通過連續(xù)調(diào)整變速器變速比，可以得到無數(shù)個發(fā)動機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩與其對應(yīng)。通過優(yōu)化計算，求出使最大對應(yīng)的變速器變速比即為最佳變速比。根據(jù)變速器轉(zhuǎn)速和最佳變速比可以求出發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速。有益效果：本專利技術(shù)在二元調(diào)節(jié)方式下，采用最大表征拖拉機生產(chǎn)率-經(jīng)濟(jì)性綜合最佳；通過對變速器變速比優(yōu)化計算得到滿足拖拉機生產(chǎn)率-經(jīng)濟(jì)性綜合最佳的最佳變速比和發(fā)動機轉(zhuǎn)速；采用車速、牽引阻力、最佳變速比和發(fā)動機轉(zhuǎn)速作為控制參數(shù)，變速電子控制單元根據(jù)車速和牽引負(fù)載確定最佳變速比和發(fā)動機轉(zhuǎn)速，通過發(fā)動機電子控制單元和變速器液壓控制單元調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和變速器變速比，使拖拉機生產(chǎn)率-經(jīng)濟(jì)性達(dá)到綜合最佳，保證拖拉機有較好的牽引性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛舒適性，提高拖拉機的自動化操作水平。附圖說明圖1為本專利技術(shù)無級變速拖拉機變速控制系統(tǒng)的控制方法流程圖；圖2為無級變速拖拉機生產(chǎn)率-經(jīng)濟(jì)性綜合最佳變速時發(fā)動機、變速器協(xié)同控制原理圖；圖3為無級變速拖拉機生產(chǎn)率-經(jīng)濟(jì)性綜合最佳控制系統(tǒng)原理圖；圖4為無級變速拖拉機生產(chǎn)率-經(jīng)濟(jì)性綜合最佳時發(fā)動機、變量泵-定量馬達(dá)液壓調(diào)速機構(gòu)的控制原理圖。附圖標(biāo)記：附圖4中，1、電液比例電磁閥，2、油缸柱塞，3、溢流閥，4、高壓溢流閥，5、穩(wěn)壓溢流閥，6、過濾器，7、油箱。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本專利技術(shù)并能予以實施，但所舉實施例不作為對本專利技術(shù)的限定。一種無級變速拖拉機控制系統(tǒng)，包括發(fā)動機、液壓機械無級變速器、車速傳感器、牽引力傳感器、發(fā)動機電本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種無級變速拖拉機控制系統(tǒng)，包括發(fā)動機、液壓機械無級變速器、車速傳感器、牽引力傳感器、發(fā)動機電子控制單元、變速器電子控制單元、變速器液壓控制單元，其特征在于：所述的液壓機械無級變速器包括機械變速機構(gòu)、液壓調(diào)速機構(gòu)以及將機械和液壓動力進(jìn)行匯流合成的行星齒輪機構(gòu)，液壓調(diào)速機構(gòu)是由電液比例變量泵和定量馬達(dá)組成的閉式液壓調(diào)速機構(gòu)，電液比例變量泵包括電液比例電磁閥、油缸柱塞和斜盤；其中，牽引力傳感器和車速傳感器的輸出端與變速器電子控制單元的輸入端連接，變速器電子控制單元的輸出端與發(fā)動機電子控制單元、變速器液壓控制單元的輸入端連接，變速器液壓控制單元根據(jù)最佳變速比輸出斜盤傾角的控制信號，電液比例電磁閥接收該控制信號，經(jīng)過放大器后，控制油缸柱塞運動，推動斜盤發(fā)生偏轉(zhuǎn)，改變變量泵的排量比，實現(xiàn)無級變速。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種無級變速拖拉機控制系統(tǒng)，包括發(fā)動機、液壓機械無級變速器、車速傳感器、牽
引力傳感器、發(fā)動機電子控制單元、變速器電子控制單元、變速器液壓控制單元，其特征在
于：所述的液壓機械無級變速器包括機械變速機構(gòu)、液壓調(diào)速機構(gòu)以及將機械和液壓動力
進(jìn)行匯流合成的行星齒輪機構(gòu)，液壓調(diào)速機構(gòu)是由電液比例變量泵和定量馬達(dá)組成的閉式
液壓調(diào)速機構(gòu)，電液比例變量泵包括電液比例電磁閥、油缸柱塞和斜盤；
其中，牽引力傳感器和車速傳感器的輸出端與變速器電子控制單元的輸入端連接，變
速器電子控制單元的輸出端與發(fā)動機電子控制單元、變速器液壓控制單元的輸入端連接，
變速器液壓控制單元根據(jù)最佳變速比輸出斜盤傾角的控制信號，電液比例電磁閥接收該控
制信號，經(jīng)過放大器后，控制油缸柱塞運動，推動斜盤發(fā)生偏轉(zhuǎn)，改變變量泵的排量比，實現(xiàn)
無級變速。
2.使用如權(quán)利要求1所述的一種無級變速拖拉機控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包
括以下步驟：
步驟一、分別將發(fā)動機的輸入轉(zhuǎn)速范圍設(shè)定為1300~2300r/min，發(fā)動機的輸入轉(zhuǎn)
矩設(shè)定為0~1200N·m，其中，公式（1）變速器的變速比，，為發(fā)動機的輸入角速度，單位為rad/s，為變速器的輸出角速度，單位為rad/s；為變
速器的輸出轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；設(shè)定拖拉機的牽引力的范圍為0.01~80kN，每步驟的增量
=1kN；
步驟二、利用車速傳感器和力傳感器分別測得拖拉機的行駛速度和牽引阻力，根據(jù)公
式（2）和公式（3），分別...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張明柱，郝曉陽，尹玉鑫，王婷婷，崔明明，王全勝，白東洋，
申請(專利權(quán))人：河南科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：河南;41