一种基于容积效率补偿的双流传动变速系统的调速控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于容积效率补偿的双流传动变速系统的调速控制方法，是车辆作业过程中阻力发生小范围波动时，在不改变发动机工作状态下，通过对泵控马达调速模块的容积效率损失进行补偿，使车辆作业速度维持恒定；首先定性判断出阻力波动的方向，其次根据双流传动变速系统当前传动模式与阻力波动的方向对变量泵排量调节方向进行划分，再次通过模型预测算法计算出变量泵补偿输入的电压，最后双流传动变速系统控制器根据计算的电压去控制脉宽调制模块输出的占空比。本发明专利技术能解决车辆在遭遇小范围阻力波动时，及时补偿泵控马达调速模块的容积效率损失，使车辆作业速度维持不变，提高了调速控制的精度，保证了车辆作业效率。保证了车辆作业效率。保证了车辆作业效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于容积效率补偿的双流传动变速系统的调速控制方法


[0001]本专利技术涉及车辆变速控制研究设计领域，具体是一种基于容积效率补偿的双流传动变速系统的调速控制方法。

技术介绍

[0002]双流传动变速系统既有机械支路传递功率，也有液压支路传递功率，而液压支路传递功率的方式为泵控马达调速方式，属于容积调速类型。泵控马达系统在机械能
‑
液压能
‑
机械能转换过程会出现不同程度的容积损失，损失量大小与外部负载有直接关系，即泵控马达系统容积效率随负载波动而变化。
[0003]现有技术大多将泵控马达系统容积效率视为定值，采取定容积效率的方式对双流传动变速系统进行调速时，当外界阻力波动，造成容积效率变化，使得实际车速低于或高于目标车速，影响作业质量和效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服现有技术的不足之处，提出一种基于容积效率补偿的双流传动变速系统的调速控制方法，以期能在外部阻力发生变化小范围波动时，在不改变发动机的工作状态下，通过补偿容积效率的变化，使实际车速维持在目标车速附近，从而保证车辆作业质量和作业效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术一种基于容积效率补偿的双流传动变速系统的调速控制方法的特点在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1、利用式(1)获取双流传动变速系统的目标输出转速与实际输出转速的差值Δω，从而确定阻力变化方向，所述阻力变化方向包括：阻力增大方向和阻力减小方向；<br/>[0008]Δω＝ω
obj
‑
ω
ꢀꢀꢀ
(1)
[0009]式(1)中，ω
obj
表示车辆行驶时在设定的目标车速v下，所述双流传动变速系统输出的目标输出转速；ω表示转速传感器采集的双流传动变速系统的实际输出转速；
[0010]步骤2、根据阻力变化方向与传动模式对变量泵的排量调节方向进行划分，包括：
[0011]当所述传动模式处于纯液压传动模式HST，且阻力变化方向为阻力增大方向时，增大所述变量泵的排量；
[0012]当所述传动模式处于纯液压传动模式HST，且阻力变化方向为阻力减小方向时，减小所述变量泵的排量；
[0013]当所述传动模式处于液压
‑
机械双流传动模式HMT，且阻力变化方向为阻力增大方向时，减小所述变量泵的排量；
[0014]当所述传动模式处于液压
‑
机械双流传动模式HMT，且阻力变化方向为阻力减小方向时，增大所述变量泵的排量；
[0015]步骤3、建立考虑容积效率的变量泵控马达系统模型，利用模型预测控制算法MPC
对所述变量泵控马达系统模型进行计算，得到变量泵的排量调节机构的输入电压U；
[0016]步骤4、根据所述电压U，根据式(2)计算出所述双流传动变速系统的控制器中脉宽调制模块输出的占空比dty，从而根据所述占空比dty对所述双流传动变速系统进行调速控制；
[0017]dty＝U/U
max
ꢀꢀꢀ
(2)
[0018]式(2)中，U
max
是变量泵的排量调节机构中比例电磁铁的最大工作电压。
[0019]本专利技术所述的基于容积效率补偿的双流传动变速系统的调速控制方法的特也在于，所述步骤1中的阻力变化方向是按照以下方法确定的：
[0020]根据目标车速v和双流传动变速器的传动比计算出所述双流传动变速系统的目标输出转速ω
obj
；
[0021]当外界阻力波动时，若双流传动变速系统的实际输出转速ω低于目标输出转速ω
obj
时，即Δω＞0时，则令阻力变化方向为阻力增大方向；反之，令阻力变化方向为阻力减小方向。
[0022]利用式(3)建立变量泵
‑
定量马达系统的状态空间模型：
[0023][0024]式(3)中，x＝[V
p p
s ω
m
]T
表示状态向量，V
p
表示变量泵排量，p
s
表示变量泵控马达系统管路高、低压侧的压力差，ω
m
表示定量马达轴转速，u＝[U T
L
]T
表示输入向量，T
L
表示作用在马达轴上的负载扭矩，y＝ω
m
表示输出量，U表示变量泵的输入电压，k
s
表示变量泵排量到输入电压的增益，t
s
表示变量泵斜盘倾角的时间常数，β
e
表示液压油液的体积弹性模量，ω
p
表示变量泵轴转速，V0表示变量泵
‑
定量马达系统工作容积，V
m
表示定量马达的排量，f
m
表示定量马达的粘性阻尼系数，J
t
表示定量马达的转动惯量与负载转动惯量之和，T
L
表示作用在马达轴上的负载扭矩，p
s
表示变量泵控马达系统管路高、低压侧的压力差，ω
m
表示定量马达轴转速；C
s
表示泵或马达的层流泄露系数，V
pmax
表示变量泵的最大排量，μ表示工作油液动力粘度；K2＝C
f
V
m
，C
f
表示机械阻力系数。
[0025]所述步骤3中模型预测控制算法MPC是按如下步骤进行：
[0026]步骤3B1、确定模型预测控制算法MPC中模型预测控制器的采样时间T
s
，且T
s
∈[T
r
/Δ1,T
r
/Δ2]，T
r
表示考虑容积效率的泵控马达系统的开环响应的上升时间，Δ1表示采样时间的下限值系数，Δ2表示采样时间的上限值系数，且Δ2＜Δ1；
[0027]步骤3B2、确定所述模型预测控制器的预测区间δ，δ∈[λ1T
s
,λ2T
s
]；λ1表示预测区间的下限系数，λ2表示预测区间的上限系数，且λ1＜λ2；
[0028]步骤3B3、确定所述模型预测控制器的控制区间，令控制区间是预测区间δ的χ倍，χ∈[10％,20％]；
[0029]步骤3B4、利用式(4)确定模型预测控制器的约束条件，包括：一个采样时间内泵控马达系统电压输入的范围约束U、电压变化率的约束泵控马达系统输出转速的约束ω
t
；
[0030][0031]式(4)中，U
sp
为变量泵输入电压额定值，ω
sp
为发动机最高输出转速；
[0032]步骤3B5、确定模型预测控制器的权重系数，包括：设置泵控马达系统输出转速权重系数为w1，w1∈[0.9,1]；变量泵电压输入权重系数为w2，w2∈[0.4,0.5]；变量泵电压输入变化率权重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于容积效率补偿的双流传动变速系统的调速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用式(1)获取双流传动变速系统的目标输出转速与实际输出转速的差值Δω，从而确定阻力变化方向，所述阻力变化方向包括：阻力增大方向和阻力减小方向；Δω＝ω
obj
‑
ω
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中，ω
obj
表示车辆行驶时在设定的目标车速v下，所述双流传动变速系统输出的目标输出转速；ω表示转速传感器采集的双流传动变速系统的实际输出转速；步骤2、根据阻力变化方向与传动模式对变量泵的排量调节方向进行划分，包括：当所述传动模式处于纯液压传动模式HST，且阻力变化方向为阻力增大方向时，增大所述变量泵的排量；当所述传动模式处于纯液压传动模式HST，且阻力变化方向为阻力减小方向时，减小所述变量泵的排量；当所述传动模式处于液压
‑
机械双流传动模式HMT，且阻力变化方向为阻力增大方向时，减小所述变量泵的排量；当所述传动模式处于液压
‑
机械双流传动模式HMT，且阻力变化方向为阻力减小方向时，增大所述变量泵的排量；步骤3、建立考虑容积效率的变量泵控马达系统模型，利用模型预测控制算法MPC对所述变量泵控马达系统模型进行计算，得到变量泵的排量调节机构的输入电压U；步骤4、根据所述电压U，根据式(2)计算出所述双流传动变速系统的控制器中脉宽调制模块输出的占空比dty，从而根据所述占空比dty对所述双流传动变速系统进行调速控制；dty＝U/U
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式(2)中，U
max
是变量泵的排量调节机构中比例电磁铁的最大工作电压。2.根据权利要求1所述的基于容积效率补偿的双流传动变速系统的调速控制方法，其特征在于，所述步骤1中的阻力变化方向是按照以下方法确定的：根据目标车速v和双流传动变速器的传动比计算出所述双流传动变速系统的目标输出转速ω
obj
；当外界阻力波动时，若双流传动变速系统的实际输出转速ω低于目标输出转速ω
obj
时，即Δω＞0时，则令阻力变化方向为阻力增大方向；反之，令阻力变化方向为阻力减小方向。3.根据权利要求1所述基于容积效率补偿的双流传动变速系统的调速控制方法，其特征在于，利用式(3)建立变量泵
‑
定量马达系统的状态空间模型：y＝[0 0 1]
T
x式(3)中，x＝[V
p p
s ω
m
]
T
表示状态向量，V
p
表示变量泵排量，p
s
表示变量泵控马达系统管路高、低压侧的压力差，ω
m
表示定量马达轴转速，u＝[U T
L
]
T
表示输入向量，T
L
表示作用
在马达轴上的负载扭矩，y＝ω
m
表示输出量，U表示变量泵的输入电压，k
s
表示变量泵排量到输入电压的增益，t<...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏光，李涛，张晨昊，周大洋，刘贤阳，施展，魏志祥，汪韶杰，孙保群，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：