CN104149779A - 带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统 - Google Patents

Abstract

一种带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统，能够根据驾驶员的驾驶意图和外负载的变化，自动调整变速器的传动比，以使得传动系统能够在瞬态时提供足够的动力，在稳态时发动机工作在最佳经济性曲线上，从而使系统性能达到最优。有益效果：本发明使发动机始终工作在最佳动力性和最佳经济性工况下，并在驾驶员操纵意图及外负载变化的情况下，快速平稳的实现无级变速，并在该过程中，震动噪声小，超调量小，尽可能的消除静差；并且本发明能够满足车辆运行时瞬态的动力性要求和稳态的经济性要求。

Description

带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统

技术领域

本发明涉及一种动力匹配系统，特别涉及一种带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统。

背景技术

采用传统控制策略控制的无级变速车辆，一旦选择经济性或动力性工作模式，变速器传动比和油门开度就只能按照规定的变速规律进行改变，无法及时响应外负载的变化及驾驶员的操作意图，仅能体现传动系统自身的控制要求。

当车辆控制策略为经济性模式时，驾驶员想要获得较好的动力性而踏下油门踏板时，发动机油门开度所对应的工作点经济性优于动力性，此时所需的最佳动力性就无法实现；而当车辆控制策略为动力性模式时，虽能够满足瞬态时动力性的要求，但在稳态下车辆的经济性就无法保证。

当车辆控制策略为经济性模式时，外负载突变，此时发动机提供的动力性较差，无法提供克服外负载的动力，车速突降，甚至导致发动机熄火；而当车辆控制策略为动力性模式时，虽可满足外负载突变对动力性能的要求，但如果一直在动力性控制策略下工作，车辆的经济性能就无法保证。

由此可见，单纯的经济性控制策略和动力性控制策略无法满足现代农业车辆的动力匹配要求。在保证经济性的前提下，很难满足车辆的作业时外部负载突变的要求。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统，能够根据驾驶员的驾驶意图和外负载的变化，自动调整变速器的传动比，以使得传动系统能够在瞬态时提供足够的动力，在稳态时发动机工作在最佳经济性曲线上，从而使系统性能达到最优。

技术方案：一种带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统，包括发动机、液压机械无级变速器、油门踏板和车辆本体，所述发动机、液压机械无级变速器和油门踏板分别安装在车辆本体上，所述油门踏板控制发动机的功率输出，所述发动机将动力传递给液压机械无级变速器，所述液压机械无级变速器将动力输出给车辆本体；所述发动机与油门踏板之间设有油门控制模块，所述发动机与液压机械无级变速器之间设有动力匹配模块；所述动力匹配模块采集车辆本体的负载和液压机械无级变速器的输出车速计算出实际传动比，根据油门踏板的变化量和变化率选择动力性模式或者经济性模式并计算出瞬时目标传动比，将目标传动比与实际传动比进行比较，并经PID控制调节液压机械无级变速器的传动比和发动机的实际油门开度满足所选工作模式的特性。

外负载对车辆的影响主要包括负载的变化量以及负载的变化率，最终产生的影响是车辆所受的转矩及其速度，即实际传动比的变化。而此时与之前确定的发动机的工作模式产生的目标传动比进行比较，经PID控制反馈给液压机械无级变速器，调整液压机械无级变速器传动比。使得液压机械无级变速器和车辆行走系统最终实现最优匹配，且过程平缓，超调量小，很大程度上消除了噪声和震动。本发明使车辆传动系统在稳态工况下，发动机工作在最佳经济性曲线上；在驾驶员操纵意图或外负载改变的情况下，能够自动调整传动系统，使得传动系统自动适应外界的扰动，提供足够的动力性，快速平稳的实现无级变速，并在该过程中，震动噪声小，超调量小，尽可能的消除静差。在新的平衡点，沿等功率曲线，尽快调整到新的经济性运行工况下。

优先项，所述油门控制模块包括踏板变化采样装置、模糊计算模块、推理机解模糊模块和油门控制装置，所述踏板变化采样装置同时采集油门踏板的变化量和变化率，踏板变化采样装置将采集的值输入给模糊计算模块，模糊计算模块根据输入量转化为模糊值并输出给推理机解模糊模块，推理机解模糊模块根据模糊值和事先编辑好的规则库得到最终的精确控制量，并通过油门控制装置对发动机的油门进行控制。驾驶员对车辆的控制意图主要体现在控制手柄和踏板上，控制手柄一旦选定相应作业模式，短时间内无法改变，很难适应车辆复杂的运行工况，驾驶员主要通过对踏板的控制实现瞬态的操纵意图。对踏板变化量及变化率采用模糊控制，通过推理机解模糊，将驾驶员意图与车辆系统更好的进行结合。将推理机解模糊得到的结果与车辆系统相结合，得到变速器的实际传动比。同时与实际油门开度对应的工作模式经行比较，经PID控制调节，将结果反馈到液压机械无级变速器，调整车速，以适应驾驶员要求的车辆运行状况。

优先项，所述液压机械无级变速器包括液压调速机构、换挡机构和行星排同步机构，发动机的动力分别通过液压调速机构和换挡机构分流，再通过行星排同步机构合流后输出给车辆本体。本发明通过换挡机构和行星排同步机构实现档位间粗调，通过液压调速机构实现档位内微调，从而实现整个变速箱的无级变速以满足动力匹配的要求。

优先项，液压调速机构包括斜盘式变量泵、定量马达、电液比例阀、执行油缸、角位移传感器、转速传感器和放大器；所述电液比例阀通过执行油缸控制斜盘式变量泵的排量从而调节定量马达的转速，角位移传感器采集执行油缸活塞杆的位移量从而得出斜盘式变量泵的理论排量以及定量马达的理论转速，转速传感器采集定量马达的实际转速；所述角位移传感器采集的信号与转速传感器采集的信号进行比较，并通过PID控制调节通过放大器将信号放大后传递给电液比例阀，通过电液比例阀对斜盘式变量泵的排量进行调节从而调节定量马达的转速。本发明通过速度传感器将定量马达转速反馈到液压调速回路输入端，与液压回路输入转速进行比较，经PID控制调节，消除静差，减小系统超调，克服振荡。将调整后的信号与变量泵通过角位移传感器传递的信号进行比较，进一步减小瞬态响应对系统的影响，通过放大器将信号经放大，经电液比例阀控液压缸，将信号传递到变量泵，通过改变流量，带动定量马达的转动，实现液压系统的无级调速，从而实现整个变速箱的档位内的微调。

优先项，所述液压机械无级变速器包括换挡控制模块，所述换挡控制模块数据采集模块、单片机、功率放大器、驱动器、电磁阀、液压缸、换挡机构离合器和行星排同步离合器，所述数据采集模块采集车辆参数反馈给单片机，单片机根据动力匹配模块的控制要求发出控制信号，控制信号经过功率放大器控制驱动器，驱动器驱动电磁阀控制液压缸，液压缸通过控制换挡机构离合器和行星排同步离合器的不同组合实现换挡。通过单片机对目标传动比进行分析，信号经功率放大器，驱动电磁阀带动液压缸进退，实现离合器的接合和断开，从而实现实现档位间粗调。

有益效果：本发明使发动机始终工作在最佳动力性和最佳经济性工况下，并在驾驶员操纵意图及外负载变化的情况下，快速平稳的实现无级变速，并在该过程中，震动噪声小，超调量小，尽可能的消除静差；并且本发明能够满足车辆运行时瞬态的动力性要求和稳态的经济性要求。

附图说明

图1为本发明的控制原理图；

图2为本发明液压机械无级变速器的控制原理图；

图3为本发明液压调速机构的控制原理图；

图4为本发明换挡控制模块的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统，包括发动机1、液压机械无级变速器2、油门踏板3和车辆本体4，所述发动机1、液压机械无级变速器2和油门踏板3分别安装在车辆本体4上，所述油门踏板3控制发动机1的功率输出，所述发动机1将动力传递给液压机械无级变速器2，所述液压机械无级变速器2将动力输出给车辆本体4；所述发动机1与油门踏板3之间设有油门控制模块5，所述发动机1与液压机械无级变速器2之间设有动力匹配模块6；所述动力匹配模块6采集车辆本体4的负载和液压机械无级变速器2的输出车速计算出实际传动比，根据油门踏板3的变化量和变化率选择动力性模式或者经济性模式并计算出瞬时目标传动比，将目标传动比与实际传动比进行比较，并经PID控制调节液压机械无级变速器2的传动比和发动机1的实际油门开度满足所选工作模式的特性。

如图1所示，所述油门控制模块5包括踏板变化采样装置51、模糊计算模块52、推理机解模糊模块53和油门控制装置54，所述踏板变化采样装置51同时采集油门踏板3的变化量和变化率，踏板变化采样装置51将采集的值输入给模糊计算模块52，模糊计算模块52根据输入量转化为模糊值并输出给推理机解模糊模块53，推理机解模糊模块53根据模糊值和事先编辑好的规则库得到最终的精确控制量，并通过油门控制装置54对发动机1的油门进行控制。

如图2所示，所述液压机械无级变速器2包括液压调速机构21、换挡机构22和行星排同步机构23，发动机1的动力分别通过液压调速机构21和换挡机构22分流，再通过行星排同步机构23合流后输出给车辆本体4。

如图3所示，液压调速机构21包括斜盘式变量泵211、定量马达212、电液比例阀213、执行油缸214、角位移传感器215、转速传感器216和放大器217；所述电液比例阀213通过执行油缸214控制斜盘式变量泵211的排量从而调节定量马达212的转速，角位移传感器215采集执行油缸214活塞杆的位移量从而得出斜盘式变量泵211的理论排量以及定量马达212的理论转速，转速传感器216采集定量马达212的实际转速；所述角位移传感器215采集的信号与转速传感器216采集的信号进行比较，并通过PID控制调节通过放大器217将信号放大后传递给电液比例阀213，通过电液比例阀213对斜盘式变量泵211的排量进行调节从而调节定量马达212的转速。

如图4所示，所述液压机械无级变速器2包括换挡控制模块，所述换挡控制模块数据采集模块241、单片机242、功率放大器243、驱动器244、电磁阀245、液压缸246、换挡机构离合器247和行星排同步离合器248，所述数据采集模块241采集车辆参数反馈给单片机242，单片机242根据动力匹配模块6的控制要求发出控制信号，控制信号经过功率放大器243控制驱动器244，驱动器244驱动电磁阀245控制液压缸246，液压缸246通过控制换挡机构离合器247和行星排同步离合器248的不同组合实现换挡。

当驾驶员没有改变油门踏板3开度，外负载没有明显变化时，传动系统的液压机械无级变速器2与发动机1相匹配，使得发动机1运行在最佳经济性曲线上，即最佳经济性匹配策略。

当驾驶员改变油门踏板3，导致油门开度变化，传动系统采用基于驾驶员意图的控制策略，根据采集装置51采集到的踏板变化量和变化率精确的数值，转化到模糊论域中，根据模糊集合的隶属函数，得到输入量的模糊值，模糊控制器根据此模糊值和事先编辑好的规则库，进行模糊推理得到模糊输出集合，其对应的输出模糊隶属函数，选择适当计算方法得到模糊控制量，再根据事先设定的量化因子得到系统最终的精确控制量，对应了实际的油门开度，结合发动机和车辆行驶状况，将实际传动比与最佳动力性传动比进行比较。并与变速器构成带有PID控制的闭环系统，调整变速器的传动比及油门开度，在实现无级变速的情况下，得到发动机的最佳动力性工作点，满足运行工况。

当驾驶员不再对油门踏板3进行操作，油门开度不再变化，发动机转速趋于稳定，瞬态动力性匹配策略阶段结束，基于驾驶员意图的稳态过渡阶段开始，该阶段以发动机在瞬态动力性匹配阶段的末端点为起点，与该末端工作点功率相等的发动机经济性曲线上的工作点为目标工作点，连续改变油门开度，使发动机工作点沿等功率曲线回归到经济性曲线上，由于此时对应的油门开度一定大于驾驶员踏下的油门踏板3开度，因此要缓慢的改变油门踏板3开度，最终使油门踏板3开度与油门开度相同。

驾驶员在车辆在负载变化之前确定的车速为目标车速，当车速超过该车速的范围，根据瞬时传动比和目标车速计算出此时刻保持稳定车速所需的发动机转速，并与瞬时发动机1转速进行比较，通过控制发动机1油门开度与液压机械无级变速器2传动比，最终使得车辆速度恢复到目标车速。而后以瞬态动力控制策略的末端工作点的功率为目标功率，以该功率所对应的经济性曲线上的油门开度为目标油门开度，沿等功率曲线连续改变油门开度，使发动机工作点回归到最佳燃油经济性曲线上。

Claims (5)

1.一种带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统，包括发动机（1）、液压机械无级变速器（2）、油门踏板（3）和车辆本体（4），所述发动机（1）、液压机械无级变速器（2）和油门踏板（3）分别安装在车辆本体（4）上，所述油门踏板（3）控制发动机（1）的功率输出，所述发动机（1）将动力传递给液压机械无级变速器（2），所述液压机械无级变速器（2）将动力输出给车辆本体（4）；其特征在于：所述发动机（1）与油门踏板（3）之间设有油门控制模块（5），所述发动机（1）与液压机械无级变速器（2）之间设有动力匹配模块（6）；所述动力匹配模块（6）采集车辆本体（4）的负载和液压机械无级变速器（2）的输出车速计算出实际传动比，根据油门踏板（3）的变化量和变化率选择动力性模式或者经济性模式并计算出瞬时目标传动比，将目标传动比与实际传动比进行比较，并经PID控制调节液压机械无级变速器（2）的传动比和发动机（1）的实际油门开度满足所选工作模式的特性。

2.根据权利要求1所述的带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统，其特征在于：所述油门控制模块（5）包括踏板变化采样装置（51）、模糊计算模块（52）、推理机解模糊模块（53）和油门控制装置（54），所述踏板变化采样装置（51）同时采集油门踏板（3）的变化量和变化率，踏板变化采样装置（51）将采集的值输入给模糊计算模块（52），模糊计算模块（52）根据输入量转化为模糊值并输出给推理机解模糊模块（53），推理机解模糊模块（53）根据模糊值和事先编辑好的规则库得到最终的精确控制量，并通过油门控制装置（54）对发动机（1）的油门进行控制。

3.根据权利要求1或2所述的带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统，其特征在于：所述液压机械无级变速器（2）包括液压调速机构（21）、换挡机构（22）和行星排同步机构（23），发动机（1）的动力分别通过液压调速机构（21）和换挡机构（22）分流，再通过行星排同步机构（23）合流后输出给车辆本体（4）。

4.根据权利要求3所述的带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统，其特征在于：液压调速机构（21）包括斜盘式变量泵（211）、定量马达（212）、电液比例阀（213）、执行油缸（214）、角位移传感器（215）、转速传感器（216）和放大器（217）；所述电液比例阀（213）通过执行油缸（214）控制斜盘式变量泵（211）的排量从而调节定量马达（212）的转速，角位移传感器（215）采集执行油缸（214）活塞杆的位移量从而得出斜盘式变量泵（211）的理论排量以及定量马达（212）的理论转速，转速传感器（216）采集定量马达（212）的实际转速；所述角位移传感器（215）采集的信号与转速传感器（216）采集的信号进行比较，并通过PID控制调节通过放大器（217）将信号放大后传递给电液比例阀（213），通过电液比例阀（213）对斜盘式变量泵（211）的排量进行调节从而调节定量马达（212）的转速。

5.根据权利要求3所述的带液压机械无级变速器的车辆动力匹配系统，其特征在于：所述液压机械无级变速器（2）包括换挡控制模块，所述换挡控制模块数据采集模块（241）、单片机（242）、功率放大器（243）、驱动器（244）、电磁阀（245）、液压缸（246）、换挡机构离合器（247）和行星排同步离合器（248），所述数据采集模块（241）采集车辆参数反馈给单片机（242），单片机（242）根据动力匹配模块（6）的控制要求发出控制信号，控制信号经过功率放大器（243）控制驱动器（244），驱动器（244）驱动电磁阀（245）控制液压缸（246），液压缸（246）通过控制换挡机构离合器（247）和行星排同步离合器（248）的不同组合实现换挡。