本發(fā)明屬于拖拉機動力換擋控制領域，具體來說是一種針對多離合器式大馬力拖拉機動力升擋控制方法。

背景技術：

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鍵問題之一。

所謂動力換擋，又稱‘帶載換擋’，是在滿足一定換擋品質要求的前提下，保證換擋過程動力不中斷的換擋。動力升擋屬于動力換擋技術的一部分，在動力升擋過程中，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速區(qū)域，當由負載變大導致柴油機轉速下降時，柴油機轉矩增大，當柴油機轉矩增大，柴油機轉速回升，如果換擋控制不合理，會導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，大馬力拖拉機動力升檔需要在負載狀態(tài)下完成，以保證拖拉機在升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。

技術實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發(fā)明一種考慮柴油機調速特性的大馬力拖拉機動力升擋控制方法的特點是按如下步驟進行：

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

步驟2、將拖拉機動力升擋控制的過程分為：換擋準備階段、檔位重疊階段、轉速同步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；

在所述檔位重疊階段，減小所述分離離合器的作動壓力至檔位重疊階段結束時刻所對應的離合器壓力；同時增大所述接合離合器的作動壓力至所述分離離合器在檔位重疊結束時刻所對應的接合離合器的作動壓力，使得所述分離離合器和所述接合離合器的作動壓力滿足檔位重疊的接合與分離離合器壓力增量關系；

在所述轉速同步階段，繼續(xù)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，并保持所述接合離合器的作動壓力直至接合離合器的主、從動盤轉速同步為止，所述分離離合器的壓力在轉速同步階段開始時刻降為0，并保持不變，所述分離離合器在復位彈簧作用下分離；

在所述接合強化階段，繼續(xù)增大所述接合離合器的作動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調速特性的大馬力拖拉機動力升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位彈簧的預壓縮彈簧力，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；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。

所述檔位重疊時間t分與接合離合器的壓力上升時間t合關系滿足式(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)明通過建立動力升擋過程中檔位重疊階段的分離與接合離合器作動壓力的增量關系，使檔位重疊時間與接合離合器壓力上升時間滿足一定的關系，并且分離、接合離合器作動壓力滿足一定的壓力增量關系，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壓力上限，充分考慮了柴油發(fā)動機的調速特性，避免了因接合離合器作動壓力過大而導致柴油發(fā)動機超負荷，以致熄火，保證了作業(yè)質量；

3、本發(fā)明通過設定動力升擋過程中接合離合器作動壓力上限比其傳遞扭矩對應離合器壓力的大，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)明的動力升擋控制方法不需要進行發(fā)動機的協(xié)調控制，控制相對簡單，同時能夠滿足拖拉機動力換擋要求，避免了拖拉機停車升擋，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)質量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的分離與接合離合器作動壓力示意圖；

圖2為本發(fā)明的動力換擋變速器的動力傳遞路線示意圖；

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

由于柴油機一般工作在調速區(qū)域，當由負載變大導致柴油機轉速下降時，柴油機轉矩增大，當柴油機轉矩增大，柴油機轉速回升。因此，柴油機可在調速區(qū)域能穩(wěn)定工作。在非調速區(qū)域，當負載增大時，柴油機轉速下降，柴油機轉速下降又進一步導致柴油機輸出轉矩下降，最終導致柴油機熄火，因此柴油機要避免在非調速區(qū)域。本發(fā)明的一種考慮柴油機調速特性的大馬力拖拉機動力升擋控制方法，在動力升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升擋過程中熄火。

參閱圖1-圖5，具體的說，是按如下步驟進行：

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

下面對拖拉機動力升檔的控制參數(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位彈簧的預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為所述接合離合器的復位彈簧的預壓縮彈簧力，ff為活塞摩擦力，ah為活塞有效作用面積。

當離合器處于滑摩狀態(tài)時，離合器傳遞扭矩大小與其作動壓力成正比，為了避免接合離合器作動壓力過大導致柴油機超負荷，接合離合器的作動壓力上限p合利用式(2)計算：

式(2)中，q為相鄰兩擋傳動比比值；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，則容易造成柴油機超負荷工作；反之，則換擋時間越長，離合器磨損嚴重，功率損失過大。

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)、摩擦片外徑和內徑。

2、當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節(jié)步距為δfsend、負載扭矩調節(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，檔位重疊時間t分與接合離合器的壓力上升時間t合關系滿足式(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、將拖拉機動力升擋控制的過程分為：換擋準備階段、檔位重疊階段、轉速同步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)；

在檔位重疊階段，即t2～t分階段，減小分離離合器的作動壓力至檔位重疊階段結束時刻所對應的離合器壓力；同時增大接合離合器的作動壓力至分離離合器在檔位重疊結束時刻所對應的接合離合器的作動壓力，使得分離離合器和接合離合器的作動壓力滿足檔位重疊的接合與分離離合器壓力增量關系，接合離合器與分離離合器的壓力增量關系按式(4)計算，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，此時接合離合器的作動壓力為p分3。

在轉速同步階段，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壓力p分3至接合離合器的作動壓力上限p合，并在t合～t終階段保持接合離合器的作動壓力直至接合離合器的主、從動盤轉速同步為止，分離離合器的壓力在轉速同步階段開始時刻降為0，并保持不變，分離離合器在復位彈簧作用下分離。

在轉速同步階段，接合離合器作動壓力上限根據(jù)傳遞扭矩的大小確定；接合離合器作動壓力上限越大，轉速同步所需時間越短，滑摩損失越少，但如果過大，容易導致柴油發(fā)動機因超負荷而熄火，接合離合器作動壓力上限按式(2)計算。

在接合強化階段，即t終～t3階段，繼續(xù)增大所述接合離合器的作動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；當變速器檔位從3檔升4檔時，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1.1；離合器c3作動壓力上升時間為0.5s，離合器c1壓力下降速率為6400pa/s，動力交接階段時間為為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結合；圖4為輸出扭矩變化曲線；圖5為輸入輸出軸轉速變化曲線，其中，ωe為輸入軸轉速，ωv為輸出軸轉速。

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的輸出轉速ωv曲線，該階段輸出扭矩和輸出軸轉速有所下降；在10.4～10.8s為轉速同步階段，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載扭矩大，有利于縮短轉速同步時間；參閱圖5上午輸入轉速ωe曲線，由于柴油機負載比較大，在該階段柴油發(fā)動機轉速下降比較快，但沒有超出柴油柴油發(fā)動機的調速范圍；在10.8s后離合器c3結合，離合器c1分離，至此，整個動力升擋過程完成，大馬力拖拉機動力換擋變速器在3檔升入4檔的過程中動力傳動系統(tǒng)始終保持較大的動力輸出，車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)。