本發(fā)明屬于拖拉機(jī)動(dòng)力換擋控制領(lǐng)域，具體來說是一種針對(duì)多離合器式大馬力拖拉機(jī)動(dòng)力升擋控制方法。

背景技術(shù)：

拖拉機(jī)工作有以下特點(diǎn)：(1)受農(nóng)藝和機(jī)具承載能力影響，一般勻速運(yùn)動(dòng)；(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(huì)波動(dòng)，傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器難以適應(yīng)工作阻力的變化，需停車換擋；針對(duì)拖拉機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)，國(guó)外提出了‘powershift’(動(dòng)力換擋)傳動(dòng)系統(tǒng)，配置這種傳動(dòng)系統(tǒng)的拖拉機(jī)成本也比較高。該傳動(dòng)系統(tǒng)有效擴(kuò)大了拖拉機(jī)持續(xù)工作的工作阻力范圍，避免了傳統(tǒng)手動(dòng)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(jī)的生產(chǎn)效率。如何避免拖拉機(jī)在自動(dòng)變速過程中因動(dòng)力中斷而停車是拖拉機(jī)動(dòng)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。

所謂動(dòng)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(dòng)力不中斷的換擋。動(dòng)力升擋屬于動(dòng)力換擋技術(shù)的一部分，在動(dòng)力升擋過程中，需要對(duì)分離、接合離合器作動(dòng)壓力合理控制，由于柴油機(jī)一般工作在調(diào)速區(qū)域，當(dāng)由負(fù)載變大導(dǎo)致柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩增大，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩增大，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速回升，如果換擋控制不合理，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力損失過大或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)零部件造成很大損害。

因此，大馬力拖拉機(jī)動(dòng)力升檔需要在負(fù)載狀態(tài)下完成，以保證拖拉機(jī)在升擋過程中不會(huì)因動(dòng)力損失過大而停車或因接合離合器作動(dòng)壓力過大而導(dǎo)致柴油機(jī)超負(fù)荷熄火，需要對(duì)換擋離合器進(jìn)行精確控制。

技術(shù)實(shí)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(jī)調(diào)速特性的大馬力拖拉機(jī)動(dòng)力升擋控制方法，以期能滿足拖拉機(jī)動(dòng)力升擋要求，同時(shí)降低控制的復(fù)雜程度，從而使得拖拉機(jī)能夠持續(xù)作業(yè)，提高了生產(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(jī)調(diào)速特性的大馬力拖拉機(jī)動(dòng)力升擋控制方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行：

步驟1、確定拖拉機(jī)動(dòng)力升檔的控制參數(shù)，包括：接合離合器在換擋準(zhǔn)備階段維持的壓力p準(zhǔn)、接合離合器的作動(dòng)壓力上限p合、檔位重疊階段的接合與分離離合器壓力增量關(guān)系、檔位重疊時(shí)間t分與接合離合器的壓力上升時(shí)間t合關(guān)系、接合離合器扭矩傳遞的壓力上限p終；

步驟2、將拖拉機(jī)動(dòng)力升擋控制的過程分為：換擋準(zhǔn)備階段、檔位重疊階段、轉(zhuǎn)速同步階段和接合強(qiáng)化階段；

在所述換擋準(zhǔn)備階段，增大所述接合離合器的作動(dòng)壓力至所述接合離合器在換擋準(zhǔn)備階段維持的壓力p準(zhǔn)，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；

在所述檔位重疊階段，減小所述分離離合器的作動(dòng)壓力至檔位重疊階段結(jié)束時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的離合器壓力；同時(shí)增大所述接合離合器的作動(dòng)壓力至所述分離離合器在檔位重疊結(jié)束時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的接合離合器的作動(dòng)壓力，使得所述分離離合器和所述接合離合器的作動(dòng)壓力滿足檔位重疊的接合與分離離合器壓力增量關(guān)系；

在所述轉(zhuǎn)速同步階段，繼續(xù)增大所述接合離合器的作動(dòng)壓力至所述接合離合器的作動(dòng)壓力上限p合，并保持所述接合離合器的作動(dòng)壓力直至接合離合器的主、從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速同步為止，所述分離離合器的壓力在轉(zhuǎn)速同步階段開始時(shí)刻降為0，并保持不變，所述分離離合器在復(fù)位彈簧作用下分離；

在所述接合強(qiáng)化階段，繼續(xù)增大所述接合離合器的作動(dòng)壓力至所述接合離合器扭矩傳遞的壓力上限p終為止。

本發(fā)明所述的考慮柴油機(jī)調(diào)速特性的大馬力拖拉機(jī)動(dòng)力升擋控制方法的特點(diǎn)也在于：

利用式(1)計(jì)算所述接合離合器在準(zhǔn)備階段維持的壓力p準(zhǔn)：

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(jì)算所述接合離合器的作動(dòng)壓力上限p合：

式(2)中，q為相鄰兩擋傳動(dòng)比比值；tl為所述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為大于1的系數(shù)。

檔位重疊階段的接合與分離離合器壓力增量關(guān)系滿足式(3)：

式(3)中，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。

所述檔位重疊時(shí)間t分與接合離合器的壓力上升時(shí)間t合關(guān)系滿足式(4)：

t分＝ct合(4)

式(4)中，c為小于1的系數(shù)，且c＜1/a，a為大于1的系數(shù)；

利用式(5)計(jì)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)明通過建立動(dòng)力升擋過程中檔位重疊階段的分離與接合離合器作動(dòng)壓力的增量關(guān)系，使檔位重疊時(shí)間與接合離合器壓力上升時(shí)間滿足一定的關(guān)系，并且分離、接合離合器作動(dòng)壓力滿足一定的壓力增量關(guān)系，使得離合器始終正向傳遞扭矩，避免了在升檔過程中的產(chǎn)生寄生功率；

2、本發(fā)明根據(jù)動(dòng)力升擋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(dòng)壓力上限，充分考慮了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性，避免了因接合離合器作動(dòng)壓力過大而導(dǎo)致柴油發(fā)動(dòng)機(jī)超負(fù)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(dòng)力升擋過程中接合離合器作動(dòng)壓力上限比其傳遞扭矩對(duì)應(yīng)離合器壓力的大，以減少換擋時(shí)間，降低了滑磨功損失，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率；

4、本發(fā)明的動(dòng)力升擋控制方法不需要進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制，控制相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)能夠滿足拖拉機(jī)動(dòng)力換擋要求，避免了拖拉機(jī)停車升擋，使得拖拉機(jī)能夠持續(xù)作業(yè)，提高了拖拉機(jī)的生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的分離與接合離合器作動(dòng)壓力示意圖；

圖2為本發(fā)明的動(dòng)力換擋變速器的動(dòng)力傳遞路線示意圖；

圖3為本發(fā)明的升擋過程中輸出扭矩變化曲線；

圖4為本發(fā)明的升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(shí)施方式

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

由于柴油機(jī)一般工作在調(diào)速區(qū)域，當(dāng)由負(fù)載變大導(dǎo)致柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩增大，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩增大，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速回升。因此，柴油機(jī)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(fù)載增大時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降又進(jìn)一步導(dǎo)致柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降，最終導(dǎo)致柴油機(jī)熄火，因此柴油機(jī)要避免在非調(diào)速區(qū)域。本發(fā)明的一種考慮柴油機(jī)調(diào)速特性的大馬力拖拉機(jī)動(dòng)力升擋控制方法，在動(dòng)力升擋過程中通過對(duì)離合器作動(dòng)壓力的控制實(shí)現(xiàn)動(dòng)力不中斷，且避免了柴油機(jī)在動(dòng)力升擋過程中熄火。

參閱圖1-圖5，具體的說，是按如下步驟進(jìn)行：

步驟1、當(dāng)動(dòng)力升擋開始時(shí)，首先確定動(dòng)力升擋的控制參數(shù)，根據(jù)控制參數(shù)確定接合、分離離合器的作動(dòng)壓力變化曲線，然后完成動(dòng)力升擋，需要確定拖拉機(jī)動(dòng)力升檔的控制參數(shù)包括：接合離合器在換擋準(zhǔn)備階段維持的壓力p準(zhǔn)、接合離合器的作動(dòng)壓力上限p合、檔位重疊階段的接合與分離離合器壓力增量關(guān)系、檔位重疊時(shí)間t分與接合離合器的壓力上升時(shí)間t合關(guān)系、接合離合器扭矩傳遞的壓力上限p終；

下面對(duì)拖拉機(jī)動(dòng)力升檔的控制參數(shù)的計(jì)算依據(jù)進(jìn)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(zhǔn)備階段維持的壓力p準(zhǔn)利用式(1)計(jì)算：

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。

當(dāng)離合器處于滑摩狀態(tài)時(shí)，離合器傳遞扭矩大小與其作動(dòng)壓力成正比，為了避免接合離合器作動(dòng)壓力過大導(dǎo)致柴油機(jī)超負(fù)荷，接合離合器的作動(dòng)壓力上限p合利用式(2)計(jì)算：

式(2)中，q為相鄰兩擋傳動(dòng)比比值；tl為所述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為大于1的系數(shù)，a的取值范圍為[1.1,1.2]，若a的取值過大，則容易造成柴油機(jī)超負(fù)荷工作；反之，則換擋時(shí)間越長(zhǎng)，離合器磨損嚴(yán)重，功率損失過大。

摩擦特性系數(shù)k的計(jì)算按照以下方法進(jìn)行：

1、當(dāng)離合器為干式離合器時(shí)，摩擦特性系數(shù)k利用式(3)計(jì)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(shí)，摩擦特性系數(shù)k可通過臺(tái)架實(shí)驗(yàn)得到，具體按照以下實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行：

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

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

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

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

為了減少不必要的滑摩損失，分離離合器在檔位重疊階段保持結(jié)合狀態(tài)，雖然分離合器仍舊處于接合狀態(tài)，但因接合離合器開始傳遞扭矩，若總的輸出扭矩大致不變，則分離離合器傳遞扭矩逐步減小，動(dòng)力從分離離合器逐步過渡到接合離合器，則檔位重疊階段的接合與分離離合器壓力增量關(guān)系滿足式(4)：

式(4)中，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。。

為了避免寄生功率的產(chǎn)生，檔位重疊時(shí)間t分與接合離合器的壓力上升時(shí)間t合關(guān)系滿足式(5)：

t分＝ct合(5)

式(5)中，c為小于1的系數(shù)，且c＜1/a，a為大于1的系數(shù)；

c的取值范圍為[0.6,0.9]，若c的取值太小，則動(dòng)力損失過大；反之，則容易產(chǎn)生寄生功率。

接合離合器扭矩傳遞的壓力上限p終；

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(dòng)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(jī)動(dòng)力升擋控制的過程分為：換擋準(zhǔn)備階段、檔位重疊階段、轉(zhuǎn)速同步階段和接合強(qiáng)化階段，參閱圖1，具體地說：

在換擋準(zhǔn)備階段，即t1～t2階段，增大接合離合器的作動(dòng)壓力至接合離合器在換擋準(zhǔn)備階段維持的壓力p準(zhǔn)，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(zhǔn)備階段維持的壓力p準(zhǔn)可利用式(1)計(jì)算，在該階段分離離合器保持壓力不變，處于接合狀態(tài)；

在檔位重疊階段，即t2～t分階段，減小分離離合器的作動(dòng)壓力至檔位重疊階段結(jié)束時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的離合器壓力；同時(shí)增大接合離合器的作動(dòng)壓力至分離離合器在檔位重疊結(jié)束時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的接合離合器的作動(dòng)壓力，使得分離離合器和接合離合器的作動(dòng)壓力滿足檔位重疊的接合與分離離合器壓力增量關(guān)系，接合離合器與分離離合器的壓力增量關(guān)系按式(4)計(jì)算，該階段分離離合器的扭矩容量大于其傳遞的扭矩，處于結(jié)合狀態(tài)，以減小不必要的滑摩損失，在該階段接合離合器壓力逐步上升，使得傳遞的扭矩逐步從分離離合器過渡到接合離合器，在檔位重疊階段完成時(shí)刻，完全釋放分離離合器壓力p分1至0，以避免產(chǎn)生寄生功率，此時(shí)接合離合器的作動(dòng)壓力為p分3。

在轉(zhuǎn)速同步階段，即t分～t終階段，在t分～t合階段繼續(xù)增大接合離合器的作動(dòng)壓力p分3至接合離合器的作動(dòng)壓力上限p合，并在t合～t終階段保持接合離合器的作動(dòng)壓力直至接合離合器的主、從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速同步為止，分離離合器的壓力在轉(zhuǎn)速同步階段開始時(shí)刻降為0，并保持不變，分離離合器在復(fù)位彈簧作用下分離。

在轉(zhuǎn)速同步階段，接合離合器作動(dòng)壓力上限根據(jù)傳遞扭矩的大小確定；接合離合器作動(dòng)壓力上限越大，轉(zhuǎn)速同步所需時(shí)間越短，滑摩損失越少，但如果過大，容易導(dǎo)致柴油發(fā)動(dòng)機(jī)因超負(fù)荷而熄火，接合離合器作動(dòng)壓力上限按式(2)計(jì)算。

在接合強(qiáng)化階段，即t終～t3階段，繼續(xù)增大所述接合離合器的作動(dòng)壓力至所述接合離合器扭矩傳遞的壓力上限p終為止，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(dòng)而引起其滑摩。

實(shí)施例：本實(shí)施例使用本發(fā)明的拖拉機(jī)升檔控制方法對(duì)某型號(hào)大馬力拖拉機(jī)動(dòng)力換擋變速器進(jìn)行3檔升4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、c4接合，離合器c2、c3分離時(shí)，動(dòng)力換擋變速器檔位為3檔；當(dāng)離合器c1、c2分離，離合器c3、c4接合時(shí)，動(dòng)力換擋變速器檔位為4檔；當(dāng)變速器檔位從3檔升4檔時(shí)，離合器c1從接合狀態(tài)變?yōu)榉蛛x狀態(tài)，離合器c3從分離變狀態(tài)為接合狀態(tài)，功率流逐步從離合器c1過渡到離合器c3；

大馬力拖拉機(jī)動(dòng)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(dòng)機(jī)為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，額定功率100kw，油門開度為80％；k為0.098n.m/pa，q為1.2；a為1.1；離合器c3作動(dòng)壓力上升時(shí)間為0.5s，離合器c1壓力下降速率為6400pa/s，動(dòng)力交接階段時(shí)間為為0.4s。

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10～10.4s為檔位重疊階段，在該階段分離離合器保持結(jié)合狀態(tài)，接合離合器滑摩消耗部分功率，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10.4～10.8s為轉(zhuǎn)速同步階段，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，該階段輸出扭矩比離合器傳遞的負(fù)載扭矩大，有利于縮短轉(zhuǎn)速同步時(shí)間；參閱圖5上午輸入轉(zhuǎn)速ωe曲線，由于柴油機(jī)負(fù)載比較大，在該階段柴油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降比較快，但沒有超出柴油柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍；在10.8s后離合器c3結(jié)合，離合器c1分離，至此，整個(gè)動(dòng)力升擋過程完成，大馬力拖拉機(jī)動(dòng)力換擋變速器在3檔升入4檔的過程中動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)始終保持較大的動(dòng)力輸出，車速稍微有所下降后回升，沒有因動(dòng)力中斷而降為0，實(shí)現(xiàn)了順利換擋，保證了拖拉機(jī)持續(xù)作業(yè)。