一种无级变速拖拉机控制系统的控制方法技术方案

一种无级变速拖拉机控制系统的控制方法，该控制系统包括发动机、液压机械无级变速器、车速传感器、牵引力传感器、发动机电子控制单元、变速器电子控制单元、变速器液压控制单元；本发明专利技术采用

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.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及拖拉机控制系统，具体涉及一种无级变速拖拉机控制系统及其控制方法。
技术介绍
拖拉机作为农田作业的重要工具，复杂的工作环境使得拖拉机的牵引负载和行驶车速波动较大，液压机械无级变速器能够适应复杂的工况，使车辆性能得到很大提升。通常，无级变速拖拉机的工作模式分为生产率最大工作模式和经济性最佳工作模式，其中，生产率最大工作模式下，拖拉机燃油经济性较差；在经济性最佳模式下，拖拉机工作在燃油消耗最低点，此时如果突然增大车辆牵引负载，易导致发动机熄火。目前，为了获得较大的生产率同时又保证拖拉机的经济性，在拖拉机控制方法中引入了权重系数。例如，郝允志，孙冬野等在“无级变速传动系统整体优化控制策略”一文中提出：通过驾驶员的判断选择合适的权重系数，从而得到一定条件下车辆传动系统的整体最佳。然而经过实际操作，各驾驶员操作的熟练程度和对复杂道路状况的判断不同，并不能取得良好的效果。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术方法难以很好地解决拖拉机经济性与生产率之间矛盾的问题，提供一种无级变速拖拉机控制系统及其控制方法，能够保证拖拉机在取得较大生产率的前提下，仍有良好的燃油经济性。本专利技术为解决上述问题所采用的技术方案为：一种无级变速拖拉机控制系统，包括发动机、液压机械无级变速器、车速传感器、牵引力传感器、发动机电子控制单元、变速器电子控制单元、变速器液压控制单元，所述的液压机械无级变速器包括机械变速机构、液压调速机构以及将机械和液压动力进行汇流合成的行星齿轮机构，液压调速机构是由电液比例变量泵和定量马达组成的闭式液压调速机构，电液比例变量泵包括电液比例电磁阀、油缸柱塞和斜盘；其中，牵引力传感器和车速传感器的输出端与变速器电子控制单元的输入端连接，变速器电子控制单元的输出端与发动机电子控制单元、变速器液压控制单元的输入端连接，变速器液压控制单元根据最佳变速比输出斜盘倾角的控制信号，电液比例电磁阀接收该控制信号，经过放大器后，控制油缸柱塞运动，推动斜盘发生偏转，改变变量泵的排量比，实现无级变速。本专利技术中，一种无级变速拖拉机控制系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一、分别将发动机的输入转速范围设定为1300~2300r/min，发动机的输入转矩设定为0~1200N·m，其中，公式（1）变速器的变速比，，为发动机的输入角速度，单位为rad/s，为变速器的输出角速度，单位为rad/s；为变速器的输出转矩，单位为N·m；设定拖拉机的牵引力的范围为0.01~80kN，每步骤的增量=1kN；步骤二、利用车速传感器和力传感器分别测得拖拉机的行驶速度和牵引阻力，根据公式（2）和公式（3），分别求得变速器的输出角速度和输出转矩，其中，滑转率；滚动摩擦力，单位为N，其中，为摩擦系数，=0.05~0.75，m为拖拉机整车质量，单位为kg；为拖拉机的行驶速度，单位为m/s；为拖拉机的驱动轮半径，单位为m；为拖拉机主传动比；；；设定=0.01~40km/h，每步骤的增量；步骤三、利用步骤二求得的变速器的输出转速和输出转矩，若，则进行下一步骤；否则，最佳变速比，将该最佳变速比存储后，并返回至步骤二利用优化计算设定的增量重新计算；其中，为发动机额定转矩，单位为N·m；为发动机最大输出功率，单位为W；步骤四、将变速器的变速比设定为0.01~2.24，每步骤的增量，利用公式（1），由设定的变速比和变速器的输出转速，计算，并判断是否满足1300≤≤2300，若满足，则进行下一步骤；否则，根据每步骤的增量重新选取变速比；（1）、若循环结束，则根据步骤二设定的增量重新选取，否则，返回步骤三；（2）、若循环结束，则根据步骤一设定的增量=1重新选取，否则，返回步骤二；（3）、若循环结束，则全部结束，否则，返回步骤一；步骤五、利用公式（4），根据步骤四计算的求发动机对应的极限转矩，并设定每步骤的增量；利用公式（5）和公式（6）求得拖拉机比油耗，其中，为发动机燃油消耗率，，为变速器传动效率；；；利用公式（7）计算拖拉机牵引功率，单位为W；判断是否最大，若最大，则对应变速比即是最佳变速比；否则，返回步骤四。本专利技术利用拖拉机牵引功率（）最大表征最大生产率，利用拖拉机比油耗（）最小表征经济性最佳，以生产率-经济性综合最佳为控制目标，采用最大表征拖拉机生产率-经济性综合最佳。在任意牵引负载和车速下，保证拖拉机最大，是实现拖拉机生产率-经济性综合最佳的基本要求。当拖拉机在生产率-经济性综合最佳条件下工作，牵引负载出现变化时，为满足工作需要，拖拉机可以按设定的目标车速稳定行驶，以保证工作质量。本专利技术制定的变速规律为在负载特性场中，根据拖拉机行驶车速和牵引负载，在变速器输出特性场中确定变速器工作点，根据最佳变速比确定发动机工作转速。拖拉机在行驶过程中任一车速和牵引负载，对应变速器输出特性场中的一个转速和转矩。通过连续调整变速器变速比，可以得到无数个发动机转速、转矩与其对应。通过优化计算，求出使最大对应的变速器变速比即为最佳变速比。根据变速器转速和最佳变速比可以求出发动机工作转速。有益效果：本专利技术在二元调节方式下，采用最大表征拖拉机生产率-经济性综合最佳；通过对变速器变速比优化计算得到满足拖拉机生产率-经济性综合最佳的最佳变速比和发动机转速；采用车速、牵引阻力、最佳变速比和发动机转速作为控制参数，变速电子控制单元根据车速和牵引负载确定最佳变速比和发动机转速，通过发动机电子控制单元和变速器液压控制单元调节发动机转速和变速器变速比，使拖拉机生产率-经济性达到综合最佳，保证拖拉机有较好的牵引性能、燃油经济性和驾驶舒适性，提高拖拉机的自动化操作水平。附图说明图1为本专利技术无级变速拖拉机变速控制系统的控制方法流程图；图2为无级变速拖拉机生产率-经济性综合最佳变速时发动机、变速器协同控制原理图；图3为无级变速拖拉机生产率-经济性综合最佳控制系统原理图；图4为无级变速拖拉机生产率-经济性综合最佳时发动机、变量泵-定量马达液压调速机构的控制原理图。附图标记：附图4中，1、电液比例电磁阀，2、油缸柱塞，3、溢流阀，4、高压溢流阀，5、稳压溢流阀，6、过滤器，7、油箱。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。一种无级变速拖拉机控制系统，包括发动机、液压机械无级变速器、车速传感器、牵引力传感器、发动机电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无级变速拖拉机控制系统，包括发动机、液压机械无级变速器、车速传感器、牵引力传感器、发动机电子控制单元、变速器电子控制单元、变速器液压控制单元，其特征在于：所述的液压机械无级变速器包括机械变速机构、液压调速机构以及将机械和液压动力进行汇流合成的行星齿轮机构，液压调速机构是由电液比例变量泵和定量马达组成的闭式液压调速机构，电液比例变量泵包括电液比例电磁阀、油缸柱塞和斜盘；其中，牵引力传感器和车速传感器的输出端与变速器电子控制单元的输入端连接，变速器电子控制单元的输出端与发动机电子控制单元、变速器液压控制单元的输入端连接，变速器液压控制单元根据最佳变速比输出斜盘倾角的控制信号，电液比例电磁阀接收该控制信号，经过放大器后，控制油缸柱塞运动，推动斜盘发生偏转，改变变量泵的排量比，实现无级变速。

【技术特征摘要】
1.一种无级变速拖拉机控制系统，包括发动机、液压机械无级变速器、车速传感器、牵
引力传感器、发动机电子控制单元、变速器电子控制单元、变速器液压控制单元，其特征在
于：所述的液压机械无级变速器包括机械变速机构、液压调速机构以及将机械和液压动力
进行汇流合成的行星齿轮机构，液压调速机构是由电液比例变量泵和定量马达组成的闭式
液压调速机构，电液比例变量泵包括电液比例电磁阀、油缸柱塞和斜盘；
其中，牵引力传感器和车速传感器的输出端与变速器电子控制单元的输入端连接，变
速器电子控制单元的输出端与发动机电子控制单元、变速器液压控制单元的输入端连接，
变速器液压控制单元根据最佳变速比输出斜盘倾角的控制信号，电液比例电磁阀接收该控
制信号，经过放大器后，控制油缸柱塞运动，推动斜盘发生偏转，改变变量泵的排量比，实现
无级变速。
2.使用如权利要求1所述的一种无级变速拖拉机控制系统的控制方法，其特征在于，包
括以下步骤：
步骤一、分别将发动机的输入转速范围设定为1300~2300r/min，发动机的输入转
矩设定为0~1200N·m，其中，公式（1）变速器的变速比，，为发动机的输入角速度，单位为rad/s，为变速器的输出角速度，单位为rad/s；为变
速器的输出转矩，单位为N·m；设定拖拉机的牵引力的范围为0.01~80kN，每步骤的增量
=1kN；
步骤二、利用车速传感器和力传感器分别测得拖拉机的行驶速度和牵引阻力，根据公
式（2）和公式（3），分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明柱，郝晓阳，尹玉鑫，王婷婷，崔明明，王全胜，白东洋，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41