本發(fā)明屬于大馬力拖拉機動力傳動系統(tǒng)控制領(lǐng)域，具體來說是一種針對多離合器式大馬力拖拉機動力傳動系統(tǒng)的降擋控制方法。

背景技術(shù)：

拖拉機工作有以下特點：(1)受農(nóng)藝和機具承載能力影響，一般勻速運動；(2)為了提高生產(chǎn)率，油門開度一般在80％以上；(3)工作阻力會波動，傳統(tǒng)的手動變速器難以適應(yīng)工作阻力的變化，需停車換擋；針對拖拉機的作業(yè)特點，國外提出了‘powershift’(動力換擋)傳動系統(tǒng)，配置這種傳動系統(tǒng)的拖拉機成本也比較高。該傳動系統(tǒng)有效擴大了拖拉機持續(xù)工作的工作阻力范圍，避免了傳統(tǒng)手動變速器因工作阻力變化引起的頻繁停車換擋，提高了拖拉機的生產(chǎn)效率。如何避免拖拉機在自動變速過程中因動力中斷而停車是拖拉機動力換擋控制系統(tǒng)研發(fā)過程中需要解決的關(guān)鍵問題之一，國內(nèi)目前對大馬力拖拉機動力換擋技術(shù)及其產(chǎn)品研發(fā)尚處于起步階段。

所謂動力換擋，又稱‘帶載換擋’，是在滿足一定換擋品質(zhì)要求的前提下，保證換擋過程動力不中斷的換擋。在動力降擋過程中，需要對分離、接合離合器作動壓力合理控制，由于柴油機一般工作在調(diào)速區(qū)域，當(dāng)由負載變大導(dǎo)致柴油機轉(zhuǎn)速下降時，柴油機轉(zhuǎn)矩增大，當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)矩增大，柴油機轉(zhuǎn)速回升，如果換擋控制不合理，會導(dǎo)致動力損失過大或柴油發(fā)動機熄火。

在離合器壓力控制過程中，尤其需要避免產(chǎn)生寄生功率，寄生功率也被稱之為循環(huán)功率，該功率除了造成不必要的能量損失外，還會對傳動系統(tǒng)零部件造成很大損害。

因此，大馬力拖拉機動力降檔需要在負載狀態(tài)下完成，以保證拖拉機在降擋過程中不會因動力損失過大而停車或因接合離合器作動壓力過大而導(dǎo)致柴油機超負荷熄火，需要對換擋離合器進行精確控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明從工程應(yīng)用角度考慮，提出一種考慮柴油機調(diào)速特性的大馬力拖拉機動力降擋控制方法，以期能滿足拖拉機動力降擋要求，同時降低控制的復(fù)雜程度，從而使得拖拉機能夠持續(xù)作業(yè)，提高生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種考慮柴油機調(diào)速特性的大馬力拖拉機動力降擋控制方法的特點在于：

步驟1、確定拖拉機動力降檔的控制參數(shù)，包括：接合離合器在準備階段維持的壓力p準、分離離合器在轉(zhuǎn)速同步階段維持的壓力p分、接合離合器的作動壓力上限p合、檔位重疊階段的壓力增量關(guān)系和離合器扭矩傳遞的壓力上限p終；

步驟2、將拖拉機動力降擋控制的過程分為：換擋準備階段、轉(zhuǎn)速同步階段、檔位重疊階段和接合強化階段；

在所述換擋準備階段，增大所述接合離合器的作動壓力至所述接合離合器在準備階段維持的壓力p準，使得所述接合離合器處于扭矩傳遞臨界狀態(tài)，以消除所述接合離合器的空行程；

在所述轉(zhuǎn)速同步階段，減小所述分離離合器的作動壓力至所述分離離合器在轉(zhuǎn)速同步階段維持的壓力p分并保持至所述接合離合器的主、從動盤轉(zhuǎn)速同步時刻為止；同時保持所述接合離合器的作動壓力不變；

在所述檔位重疊階段，增大所述接合離合器的作動壓力至所述接合離合器的作動壓力上限p合，同時減小所述分離離合器的作動壓力至0，使得分離離合器和接合離合器的作動壓力滿足檔位重疊階段的壓力增量關(guān)系；

在所述接合強化階段，繼續(xù)增大接合離合器的作動壓力至離合器扭矩傳遞壓力上限p終為止。

本發(fā)明所述的考慮柴油機調(diào)速特性的大馬力拖拉機動力降擋控制方法的特點也在于：

利用式(1)計算所述接合離合器在準備階段維持的壓力p準：

式(1)中，fpre為所述接合離合器的復(fù)位彈簧的預(yù)壓縮彈簧力，ff為活塞摩擦力，ah為活塞有效作用面積。

利用式(2)計算所述分離離合器在轉(zhuǎn)速同步階段維持的壓力p分：

式(2)中，tl為所述分離離合器傳遞的扭矩，k為一系數(shù)，由摩擦片片數(shù)、摩擦接觸面內(nèi)外徑和摩擦片材料決定，a為小于1的系數(shù)。

所述接合離合器的作動壓力開始上升時刻為所述接合離合器主、從動盤轉(zhuǎn)速同步時刻，利用式(3)計算接合離合器的作動壓力上限p合：

式(2)中，q為相鄰兩擋傳動比比值；b為大于1的系數(shù)；

利用式(4)得到檔位重疊階段的壓力增量關(guān)系：

|δp分|＝|qδp合|(4)

式(3)，δp分為所述分離離合器的壓力增量，δp合為所述接合離合器的壓力增量。

利用式(5)計算所述接合離合器扭矩傳遞的壓力上限p終：

p終＝ηp合(5)

式(5)中，η為大于1的系數(shù)。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明通過采取動力降檔過程中接合離合器在其主、從動盤轉(zhuǎn)速同步后才開始接合的控制方法，使離合器始終正向傳遞扭矩，避免了寄生功率的產(chǎn)生。

2、本發(fā)明根據(jù)動力降檔過程中接合離合器傳遞的扭矩大小確定接合離合器的作動壓力上限，充分考慮了柴油發(fā)動機的調(diào)速特性，避免了因接合離合器作動壓力過大而導(dǎo)致柴油發(fā)動機超負荷，以致熄火，保證了作業(yè)質(zhì)量；

3、本發(fā)明通過設(shè)定動力降檔過程中接合離合器作動壓力上限比其傳遞扭矩對應(yīng)離合器壓力的大，以減少換擋時間，降低了滑磨功損失，提高了發(fā)動機的功率利用率；

4、本發(fā)明通過建立動力降檔過程中動力交接接合、分離離合器作動壓力按檔位重疊壓力增量關(guān)系，完成了檔位重疊階段的動力交接問題，既保證了降檔過程中始終有較大的動力輸出，同時避免了寄生功率的產(chǎn)生。

5、本發(fā)明提出的動力降擋控制方法不考慮發(fā)動機的協(xié)調(diào)控制，控制相對簡單，同時能夠滿足拖拉機動力換擋要求，避免了拖拉機停車降擋，使得拖拉機能夠持續(xù)作業(yè)，提高了拖拉機的生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的動力換擋變速器的動力傳遞路線示意圖；

圖2為本發(fā)明的接合分離離合器作動壓力示意圖；

圖3為本發(fā)明的降擋過程中輸出扭矩變化曲線；

圖4為本發(fā)明的降擋過程中輸入輸出轉(zhuǎn)速變化曲線；

圖5為本發(fā)明的離合器狀態(tài)變化曲線。

具體實施方式

本實施例中，一種考慮柴油機調(diào)速特性的大馬力拖拉機動力降擋控制方法，可不通過對柴油機的協(xié)調(diào)反饋控制，僅通過對換擋離合器的控制實現(xiàn)大馬力拖拉機的動力降擋控制，且能滿足拖拉機動力降擋的作業(yè)要求，使得拖拉機能夠持續(xù)作業(yè)，提高作業(yè)質(zhì)量和生產(chǎn)率，同時降低控制的復(fù)雜程度，工程應(yīng)用性更強。

由于柴油機一般工作在調(diào)速區(qū)域，當(dāng)由負載變大導(dǎo)致柴油機轉(zhuǎn)速下降時，柴油機轉(zhuǎn)矩增大，當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)矩增大，柴油機轉(zhuǎn)速回升。因此，柴油機可在調(diào)速區(qū)域能穩(wěn)定工作。在非調(diào)速區(qū)域，當(dāng)負載增大時，柴油機轉(zhuǎn)速下降，柴油機轉(zhuǎn)速下降又進一步導(dǎo)致柴油機輸出轉(zhuǎn)矩下降，最終導(dǎo)致柴油機熄火，因此柴油機要避免在非調(diào)速區(qū)域。本發(fā)明的一種考慮柴油機調(diào)速特性的大馬力拖拉機動力降擋控制方法，在動力降擋過程中通過對離合器作動壓力的控制實現(xiàn)動力不中斷，且避免了柴油機在動力降擋過程中熄火。

參閱圖1-圖5，具體的說，是按如下步驟進行：

步驟1、當(dāng)動力降擋開始時，首先確定動力降擋的控制參數(shù)，根據(jù)控制參數(shù)確定接合、分離離合器的作動壓力變化曲線，然后完成動力降擋。拖拉機動力降檔的控制參數(shù)包括：接合離合器在準備階段維持的壓力p準、分離離合器在轉(zhuǎn)速同步階段維持的壓力p分、接合離合器的作動壓力上限p合、檔位重疊階段的壓力增量關(guān)系和離合器扭矩傳遞的壓力上限p終；

下面對拖拉機動力降檔的控制參數(shù)的計算依據(jù)進行說明，如下：

由于接合離合器消除空行程需要克服復(fù)位彈簧的預(yù)壓縮力以及活塞摩擦力，接合離合器在準備階段維持的壓力p準利用式(1)計算：

式(1)中，fpre為接合離合器的復(fù)位彈簧的預(yù)壓縮彈簧力，ff為活塞摩擦力，ah為活塞有效作用面積。

動力降擋開始時，接合離合器從動盤轉(zhuǎn)速大于主動盤轉(zhuǎn)速，此時若對接合離合器施加作動壓力，則接合離合器反向傳遞扭矩產(chǎn)生寄生功率。為了避免產(chǎn)生寄生功率，則需要通過降低分離離合器壓力降低輸出軸轉(zhuǎn)速，即接合離合器從動盤轉(zhuǎn)速，使得接合離合器主從動盤轉(zhuǎn)速同步，分離離合器在轉(zhuǎn)速同步階段維持的壓力p分利用式(2)計算：

式(2)中，tl為分離離合器傳遞的扭矩，k為摩擦特性系數(shù)，由摩擦片片數(shù)、摩擦接觸面內(nèi)外徑和摩擦片材料決定，a為小于1的系數(shù)；a的取值范圍為[0.6,0.9]，若a的取值過大，則分離離合器不會滑摩或者滑摩時間很長；反之，則動力損失過大。

摩擦特性系數(shù)k的計算按照以下方法進行：

1、當(dāng)離合器為干式離合器時，摩擦特性系數(shù)k利用式(3)計算：

式(3)中，μ、s、z、r0、r1分別為離合器摩擦系數(shù)、接觸面積、摩擦片片數(shù)、摩擦片外徑和內(nèi)徑。

2、當(dāng)離合器為濕式離合器時，摩擦特性系數(shù)k可通過臺架實驗得到，具體按照以下實驗方法進行：

將濕式離合器接入離合器試驗臺，試驗臺的輸出端接入負載，離合器的作動壓力fsend和負載扭矩tload通過電動液壓油泵提供，定義離合器作動壓力調(diào)節(jié)步距為δfsend、負載扭矩調(diào)節(jié)步距為δtload。

(1)施加離合器作動壓力fsend＝δfsend，并保持不變，同時施加負載扭矩為δtload，并不斷調(diào)整負載扭矩大小直至離合器開始滑摩且離合器的從動端勻速運動，記錄當(dāng)下施加的負載扭矩大小δtload1，保存離合器作動壓力fsend＝δfsend和負載扭矩tload＝δtload1；

(2)以離合器作動壓力調(diào)節(jié)步距δfsend增大加離合器的作動壓力fsend＝2δfsend，并保持不變，同時施加負載扭矩為δtload，并不斷調(diào)整負載扭矩大小直至離合器開始滑摩且離合器的從動端勻速運動，記錄當(dāng)下施加的負載扭矩大小δtload2，保存離合器作動壓力fsend＝2δfsend和負載扭矩tload＝δtload1；

(3)重復(fù)上述試驗步驟，得到離合器的作動壓力與其傳遞扭矩的散點圖，然后采用線性擬合方法擬合離合器的作動壓力與其傳遞扭矩曲線，即可得到摩擦特性系數(shù)k。

為了避免柴油發(fā)動機因超負荷而熄火，同時盡快地完成換擋，接合離合器的作動壓力上限p合利用式(4)計算：

式(4)中，q為相鄰兩擋傳動比比值；b為大于1的系數(shù)；b取值可為1.1～1.2，該值若取過大，容易導(dǎo)致柴油發(fā)動機超負荷，若取過小，則換擋時間越長。

為了避免動力中斷，檔位重疊階段的接合、分離離合器的壓力增量關(guān)系滿足式(5)：

|δp分|＝|qδp合|(5)

式(5)，δp分為分離離合器的壓力增量，δp合為接合離合器的壓力增量。

接合離合器扭矩傳遞的壓力上限p終利用式(6)計算：

p終＝ηp合(6)

式(6)中，η為大于1的系數(shù)。η的取值根據(jù)離合器傳遞扭矩大小的波動范圍而定，其取值范圍為[1.1,1.5]，若η的取值過大，則容易造成液壓管路泄漏；反之，則容易引起接合離合器打滑。

步驟2、將拖拉機動力降擋控制的過程分為：換擋準備階段、轉(zhuǎn)速同步階段、檔位重疊階段和接合強化階段，參閱圖1，具體地說：

在換擋準備階段，即t1～t2階段，增大接合離合器的作動壓力至接合離合器在換擋準備階段維持的壓力p準，使接合離合器處于扭矩傳遞臨界狀態(tài)，以消除接合離合器的空行程，接合離合器在準備階段維持的壓力p準可利用式(1)計算，在該階段分離離合器保持壓力不變，處于接合狀態(tài)。

在轉(zhuǎn)速同步階段，即t2～t3階段，減小分離離合器的作動壓力至分離離合器在轉(zhuǎn)速同步階段維持的壓力p分并保持至接合離合器的主、從動盤轉(zhuǎn)速同步時刻為止，分離離合器在轉(zhuǎn)速同步階段維持的壓力p分按式(2)計算，p分不能過小，否則動力損失很大；p分也不能過大，否則轉(zhuǎn)速同步時間過長，導(dǎo)致滑摩損失過大；同時接合離合器的作動壓力不變，仍舊處于扭矩傳遞臨界狀態(tài)。

在檔位重疊階段，即t3～t5階段，在t3～t4階段增大接合離合器的作動壓力至接合離合器的作動壓力上限p合，同時減小分離離合器的作動壓力，使得分離離合器和接合離合器的作動壓力滿足檔位重疊階段的壓力增量關(guān)系，接合離合器與分離離合器的壓力增量關(guān)系需要滿足式(5)，以避免產(chǎn)生動力中斷和寄生功率；在檔位重疊階段，接合離合器的作動壓力逐步上升，使得傳遞的扭矩逐步從分離離合器過渡到接合離合器；在t4時刻分離離合器壓力降至0，在t4～t5階段接合離合器壓力繼續(xù)上升至接合離合器的作動壓力上限p合后保持，直至接合離合器再次轉(zhuǎn)速同步，以避免柴油發(fā)動機因超負荷熄火。

在接合強化階段，即t5～t6階段，當(dāng)接合離合器的主從動盤轉(zhuǎn)速同步時，繼續(xù)增大接合離合器作動壓力至離合器扭矩傳遞的壓力p終為止，離合器扭矩傳遞的壓力p終按照式(6)計算，以使其保持結(jié)合狀態(tài)有一定的裕度，避免由于傳遞扭矩波動而引起其滑摩。

實施例：本實施例使用本發(fā)明的拖拉機升檔控制方法對某型號大馬力拖拉機動力換擋變速器進行4檔降3檔控制。

參閱圖2，c1、c2、c3和c4分別為換擋離合器，當(dāng)離合器c1、c2分離，離合器c3、c4接合時，動力換擋變速器檔位為4檔；當(dāng)離合器c1、c4接合，離合器c2、c3分離時，動力換擋變速器檔位為3檔；當(dāng)變速器檔位從4檔降3檔時，離合器c1從分離狀態(tài)變?yōu)榻雍蠣顟B(tài)，離合器c3從接合狀態(tài)變?yōu)榉蛛x狀態(tài)，功率流逐步從離合器c3過渡到離合器c1；

大馬力拖拉機動力系統(tǒng)參數(shù)如下：離合器傳遞的最大扭矩為380n.m；發(fā)動機為柴油發(fā)動機，額定功率100kw，油門開度為80％；k為0.098n.m/pa，q為1.2；a為0.8；b為1.1；離合器c1作動壓力上升時間為0.5s。

參閱圖3-圖5，大馬力拖拉機動力換擋變速器在4檔降為3檔的過程中動力傳動系統(tǒng)始終保持較大的動力輸出，在降擋過程中輸出轉(zhuǎn)速稍微有所下降后回升，沒有因動力中斷而降為0，實現(xiàn)了順利換擋，保證了拖拉機持續(xù)作業(yè)，離合器c3從結(jié)合狀態(tài)逐步變?yōu)榉蛛x狀態(tài)，離合器c1從分離狀態(tài)逐步變?yōu)榻Y(jié)合狀態(tài)。至此，整個動力降擋過程完成。

圖3為離合器狀態(tài)變化曲線，其中1表示離合器c1結(jié)合、離合器c3滑摩；2表示離合器c1滑摩、離合器c3滑摩；3表示離合器c1滑摩、離合器c3結(jié)合；圖4為輸出扭矩變化曲線；圖5為輸入輸出軸轉(zhuǎn)速變化曲線，其中，ωe為輸入軸轉(zhuǎn)速，ωv為輸出軸轉(zhuǎn)速。

參閱圖3，在10～10.3s為轉(zhuǎn)速同步階段，在該階段分離離合器處于滑摩狀態(tài)，接合離合器不傳遞扭矩，參閱圖4的輸出扭矩和圖5的輸出轉(zhuǎn)速ωv曲線，該階段輸出扭矩和輸出軸轉(zhuǎn)速有所下降；在10.3～10.6s為檔位重疊階段，在該階段離合器c1滑摩、離合器c3滑摩，參閱圖4的輸出扭矩曲線，該階段輸出扭矩維持不變；參閱圖5的輸出轉(zhuǎn)速ωv曲線，由于動力輸出有所損失，輸出轉(zhuǎn)速ωv轉(zhuǎn)速下降，但沒有降至0；在10.6～11.8s，離合器c3滑摩，離合器c1分離，離合器c3傳遞扭矩大于其傳遞的負載扭矩，有利于縮短換擋時間；在11.8s離合器c3結(jié)合，其傳遞的扭矩等于負載扭矩，至此整個動力降擋完成，大馬力拖拉機動力換擋變速器在4檔降為3檔的過程中動力傳動系統(tǒng)始終保持較大的動力輸出，在降擋過程中輸出轉(zhuǎn)速稍微有所下降后回升，沒有因動力中斷而降為0，實現(xiàn)了順利換擋，保證了拖拉機持續(xù)作業(yè)。