CN105862949B - 一种推土机电控调压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电控调压技术领域，尤其涉及一种推土机电控调压控制方法。推土机电控调压控制方法包括以下步骤：换挡时离合器的充油达到设定时间T时，开始调压；在调压过程中，控制离合器内压力达到设定压力Ps，然后进行保压；保压时间t后，控制离合器内的压力升至系统压力。本发明通过对离合器内压力的控制，提高了控制的准确性，并且具有操作简单，成本低的优点，能有效解决推土机电控换挡过程中冲击大，操纵舒适性差的问题。

Description

一种推土机电控调压控制方法

技术领域

本发明涉及电控调压技术领域，尤其涉及一种推土机电控调压控制方法。

背景技术

目前，国外推土机已实现电控变速，其电控换挡的调压曲线基本与机械换挡调压曲线相似，换挡冲击小，操纵舒适性较好；而国内推土机电控系统的发展尚处于起步阶段，虽已有电控变速样机，但由于制造、比例阀、控制器等方面与国外存在不小的差距，同时系统内各元件之间匹配存在一定问题，因此，国内电控变速推土机很难控制离合器内压力与机械换挡调压曲线完全一致。

此外，电控换挡对操作舒适性要求比机械换挡高，因此，电控换挡对调压曲线与整机的匹配要求更高。

针对上述问题，提出一种推土机电控调压控制方法，能够解决现有电控调压方法存在的舒适性差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种推土机电控调压控制方法，能够解决现有电控调压方法存在的舒适性差的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种推土机电控调压控制方法，其包括以下步骤：

步骤A：换挡时离合器的充油达到设定时间T时，开始调压；

步骤B：在调压过程中，控制离合器内压力达到设定压力Ps，然后进行保压；

步骤C：保压时间t后，控制离合器内的压力升至系统压力。

作为上述推土机电控调压控制方法的一种优选方案，在步骤A中；充油的设定时间T分为两部分，两部分分别为Ta和Tb；

主阀芯由静止位置运动至开口即将打开位置，所需时间为Ta，主阀芯由开口即将打开位置运动至离合器内压力达到启调点,所需时间为Tb，其中，Ta和Tb通过充油阶段比例阀、主阀芯、离合器相关参数及计算确定。

作为上述推土机电控调压控制方法的一种优选方案，所述Ta和Tb的取值确定后，还通过实验进行微调。

作为上述推土机电控调压控制方法的一种优选方案，所述Ta的参数曲线由以下公式确定：

作为上述推土机电控调压控制方法的一种优选方案，所述Tb包括两部分，两部分分别为T_b1和T_b2，其中，T_b1为Q_cr达到系统最大流量所需时间，T_b2为Q_cr达到系统最大流量至离合器压力达到启调点所需时间；

所述T_b1和T_b2的参数曲线分别由以下公式确定：

作为上述推土机电控调压控制方法的一种优选方案，在步骤B中，通过计算得出设定压力Ps对应的牵引力F。

作为上述推土机电控调压控制方法的一种优选方案，在步骤C中，作出各档牵引特性曲线，确定牵引力F与牵引特性曲线的交点，保压时间t为调压开始到牵引力F与牵引特性曲线相交所用的时间。

作为上述推土机电控调压控制方法的一种优选方案，所述牵引特性曲线由以下公式确定：

其中：

M_Z为整车重量；为整车加速度。

作为上述推土机电控调压控制方法的一种优选方案，在步骤C之后还包括通过实车感受对设定的各档离合器压力进行微调。

作为上述推土机电控调压控制方法的一种优选方案，还包括控制器，该控制器用于对充油、调压和保压的过程进行控制。

本发明的有益效果为：本发明通过对离合器内压力的控制，提高了控制的准确性，并且具有操作简单，成本低的优点，能有效解决推土机电控换挡过程中冲击大，操纵舒适性差的问题。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的推土机电控调压控制方法的流程示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的推土机电控变速系统原理图；

图3是本发明具体实施方式提供的机械变速阀换挡调压曲线；

图4是本发明具体实施方式提供的某机型驱动机构简化模型；

图5是本发明具体实施方式提供的某机型电控变速阀1档结构及部分参数；

图6是本发明具体实施方式提供的充油阶段主阀芯位置；

图7是本发明具体实施方式提供的Ta段内1档简化模型；

图8是本发明具体实施方式提供的Ta段内各参数曲线；

图9是本发明具体实施方式提供的Tb段内1档简化模型；

图10是本发明具体实施方式提供的Tb段内各参数曲线；

图11是本发明具体实施方式提供的推土机前进挡牵引特性曲线；

图12是本发明具体实施方式提供的力1情况下换挡过程整车参数曲线；

图13是本发明具体实施方式提供的力2情况下换挡过程整车参数曲线；

图14是本发明具体实施方式提供的机械换挡调压过程整车参数曲线。

其中：

1：离合器；2：变矩器；3：驱动轮。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本实施方式提供了一种推土机电控调压控制方法，其包括以下步骤：

步骤A：换挡时离合器的充油达到设定时间T时，开始调压；

步骤B：在调压过程中，控制离合器内压力达到设定压力Ps，然后进行保压；

步骤C：保压时间t后，控制离合器内的压力升至系统压力。

具体的，在步骤A中；充油的设定时间T分为两部分，两部分分别为Ta和Tb；

主阀芯由静止位置运动至开口即将打开位置，所需时间为Ta，主阀芯由开口即将打开位置运动至离合器内压力达到启调点,所需时间为Tb，其中，Ta和Tb通过充油阶段比例阀、主阀芯、离合器相关参数及计算确定。

上述Ta和Tb的取值确定后，还通过实验进行微调。

Ta的参数曲线由以下公式确定：

Tb包括两部分，两部分分别为T_b1和T_b2，其中，T_b1为Q_cr达到系统最大流量所需时间，T_b2为Q_cr达到系统最大流量至离合器压力达到启调点所需时间；

所述T_b1和T_b2的参数曲线分别由以下公式确定：

在步骤B中，通过计算得出设定压力Ps对应的牵引力F。

在步骤C中，作出各档牵引特性曲线，确定牵引力F与牵引特性曲线的交点，保压时间t为调压开始到牵引力F与牵引特性曲线相交所用的时间。

牵引特性曲线由以下公式确定：

其中：

M_Z为整车重量；为整车加速度。

在步骤C之后还包括通过实车感受对设定的各档离合器压力进行微调。

推土机电控调压方法，还包括控制器，该控制器用于对充油、调压和保压的过程进行控制。

为了对上述推土机电控调压控制方法进行进一步的说明，在本实施方式中还提供了上述推土机电控方法具体的运算过程，具体的如以下所示：

本实施方式中，所述控制方法与国外电控系统类似于机械式换挡调压控制方法完全不同，该控制方法是在合理分析电控变速系统各主阀运动特性的基础上，结合推土机固有的牵引特性而提出的。本发明所述推土机电控变速系统原理如图2所示。机械变速阀换挡调压曲线如图3所示。

1档、2档、3档、前进档、倒档原理相同，当比例阀断电时先导油经比例阀泄油，主阀液控先导部分无压力，主阀芯关闭，主油路油液无法通过主阀进入相应档位离合器；当比例阀通电时，先导油路断开，主阀液控先导部分建立压力，主阀芯开启，主油路油液通过主阀进入相应档位离合器。各档位比例阀控制电流的变化会影响离合器内压力变化。

本实施方式为叙述方便，以某机型推土机为例，主要阐述前进1档中1档充油及调压控制方法。图4为该机型驱动机构简化模型，图5为该机型电控变速阀1档结构图及部分参数。

设定时间T具体的确定过程为：图6是充油阶段主阀芯位置，参照图6，首先，将充油阶段分为两部分：(1)主阀芯由静止位置运动至开口即将打开位置，所需时间为Ta；

(2)主阀芯由开口即将打开位置运动至离合器内压力达到启调点,所需时间为Tb。

图7所示为主阀芯由静止位置运动至开口即将打开位置时1档简化模型，该区段S≤L_o，经历时间为T_a。

图7中Q_o为变速泵最大流量，L/min；Prelief为变速系统溢流压力，kg/cm²；D_sp为阀芯直径，mm；D_sm为阀芯最小直径，mm；D_spp为阀芯直径，mm；D_s1为节流孔直径，mm；D_s2为节流孔直径，mm；D_s3为节流孔直径，mm；L_o为主阀芯与阀体重合长度，mm；P_o为系统压力，kg/cm²；P_cro为离合器内克服弹簧安装载荷所需压力，kg/cm²；V_o为离合器最大容积，L；W为阀芯的重量，kg；G为重力加速度，cm/s²；C为系数，取0.633；S_max为主阀芯最大开口位移，mm；K为弹簧刚度，kg/mm；L_free为弹簧自由长度，mm；L_set为弹簧安装长度，mm；S为主阀芯移动位移，mm；Q_p为先导腔流量，L/min；P_p为先导腔压力，kg/cm²；P_c为主阀A腔压力，kg/cm²；P_f为反馈腔压力，kg/cm²；F为反馈压力对主阀芯作用力，kg；F_o为安装载荷压力，kg；Q_cr为进离合器的流量，L/min。

主阀芯右侧作用面积：

主阀芯左侧作用面积：

最大开口面积：

节流孔面积：

节流孔面积：

节流孔面积：

重量：

安装载荷压力：F_o＝K×(L_free-L_set)

根据阀芯受力平衡得

进入先导油腔的流量Q_P为：

先导油腔的流量等于单位时间内阀芯移过的空间体积，即Q_P为

将式(2)、(3)联立后整理得：

根据阀芯移动速度知：

由于A_sp＝A_spp

所以，Q_cr＝Q_p

根据阀腔A口处压力与离合器内压力关系得：

根据阀腔A口处压力与反馈压力关系得：

将式(5)(6)(7)联立后解得：

将式(3)代入式(9)得：

将式(1)、(4)、(10)联立整理得：

根据上述分析，可以做出各参数随时间变化曲线，具体的，如图8所示。

图9为主阀芯由开口即将打开至离合器内压力达到启调点时1档简化模型。该阶段S＞L_o，经历时间为T_b。

图9中P_po为主阀芯开口即将打开时先导腔压力，kg/cm²；Q_po为主阀芯开口即将打开时先导腔流量，L/min。

该过程设初始时T＝0，S＝0，开口没打开，从反馈腔流入离合器流量很小，即经过D_s2，D_s3后压差降低很小，为简化计算认为P_cro＝P_c，则可得如下关系式：

T＝0时，主阀芯速度为：

阀芯最大开口面积A_max，及阀芯开口未达到最大时，面积A分别为：

A＝π×D_sp×S×10 (15)

由图9知，T_b时间段内，主阀A腔内流量Q_cr和压力P_c为：

当A≤A_max时

将式(15)代入式(18)得：

由图8知阀芯此时加速度为0，即所受外力为0，则有：

P_p×A_spp＝P_c×A_sp+(F₀+K×(L_o+S×10)) (20)

整理得：

式(4)(19)(21)联立后整理得：

当A＞A_max时

将代入上式整理得：

根据力平衡关系：

P_p×A_spp＝P_c×A_sp+(F₀+K×(L_o+S×10)) (25)

整理得：

式(4)(24)(26)联立后整理得：

根据上述分析，可以做出该时间段内各参数随时间变化曲线，具体的，如图10所示。

图中T_b1为Q_cr达到系统最大流量所需时间；T_b2为Q_cr达到系统最大流量至离合器压力达到启调点所需时间。

根据以上分析计算得到该机型1档充油时间为0.09611S。

根据图4可知随着离合器1内压力的升高，将使离合器1摩擦片逐渐结合，发动机动力通过变矩器2、变速箱、机械传动机构传递至驱动轮3，驱动力将逐渐增加。调压t S后，整车驱动力F_Q表达式为：

而

上式中F_tr为整机最大驱动力，K_safe为安全系数，设为1.2；P_max为变速系统最大压力；P_min为调压过程开始时压力；P_m为系统实时压力；M_Z为整车重量；为整车加速度，s_Z为整车位移。

图11为前进档牵引特性曲线。1档充油完成后进行调压，通过控制电流使1档比例阀关闭，打开主阀芯使1档离合器内压力瞬时达到某一设定压力Ps，该压力会使离合器部分结合，通过齿轮等机械结构的传递作用，整车将获得一定的牵引力F，保持离合器内压力不变，整车牵引力F也将恒定不变，恒定牵引力F会因设定压力Ps不同而不同，最终将与1档牵引特性曲线相交，交点如图11中点D或点E所示。图11中点A、B、C为前进1档牵引特性曲线拐点。

恒定牵引力F与1档牵引特性曲线相交后，只要离合器内压力不减小，则离合器内压力无论如何变化，整车牵引力都将以交点为起点，随牵引特性曲线变化。因此，为简化控制程序，随着车速增加，离合器设定压力对应的牵引力与前进1档牵引特性曲线相交后，离合器内压力瞬间调至系统压力，并保持不变。

根据式(28)和(29)，及图11牵引特性曲线，通过计算可作出换挡过程整车参数曲线。图12和图13分别为力1情况下和力2情况下换挡过程整车参数曲线。图14为机械换挡调压过程整车参数曲线。图12至图14中P为1档离合器内压力，V为整车速度，S为整车位移，F为整车牵引力，a为整车加速度。

本实施方式以操纵舒适性作为整车控制的目标，通过加速度变化来判断操纵舒适性，加速度越大，变化越多，操纵舒适性越差，加速度较小，变化较少，操纵舒适性越好。当加速度太小时，离合器内压力对应的牵引力与牵引特性曲线相交时间变长，调压过程变长，将会产生等档现象。因此，调压初始阶段离合器内压力不能过小。

图13中加速度a比图12和图14中加速度a小且变化趋势少，因此，保证离合器内设定压力对应的牵引力与牵引特性曲线交点位于牵引特性曲线拐点下方合适位置，将保证良好的操纵舒适性。不同档位离合器内设定压力不同，通常为8bar左右。

综上所述，本发明所述控制方法是以操纵舒适性为控制目标，通过判断加速度大小及变化，对各档离合器内调压曲线进行设置。具体实施方法如下：(1)作出充油各阶段相应参数曲线及计算所需时间，根据试验微调启调点；(2)做出整机各档牵引特性曲线；(3)设定各档离合器内压力Ps，通过计算得到该压力对应的整机牵引力F；(4)在牵引特性曲线上找到离合器压力对应牵引力F与牵引特性曲线交点；(5)通过计算得到调压初始至达到交点所需时间t；(6)设定控制程序，保证调压初始时，离合器内压力P保持t秒后，瞬间升至系统压力；(7)通过实车感受对设定的各档离合器压力进行微调。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种推土机电控调压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：换挡时离合器的充油达到设定时间T时，开始调压；

步骤B：在调压过程中，控制离合器内压力达到设定压力Ps，然后进行保压；

在步骤B中，通过计算得出设定压力Ps对应的牵引力F；步骤C：保压时间t后，控制离合器内的压力升至系统压力；

在步骤C中，作出各档牵引特性曲线，确定牵引力F与牵引特性曲线的交点，保压时间t为调压开始到牵引力F与牵引特性曲线相交所用的时间；

所述牵引特性曲线由以下公式确定：

其中：

M_Z为整车重量；为整车加速度；

在步骤C之后还包括通过实车感受对设定的各档离合器压力进行微调。

2.根据权利要求1所述的推土机电控调压控制方法，其特征在于，在步骤A中；充油的设定时间T分为两部分，两部分分别为Ta和Tb；

主阀芯由静止位置运动至开口即将打开位置，所需时间为Ta，主阀芯由开口即将打开位置运动至离合器内压力达到启调点,所需时间为Tb，其中，Ta和Tb通过充油阶段比例阀、主阀芯、离合器相关参数及计算确定。

3.根据权利要求2所述的推土机电控调压控制方法，其特征在于，所述Ta和Tb的取值确定后，还通过实验进行微调。

4.根据权利要求2所述的推土机电控调压控制方法，其特征在于，所述Ta的参数曲线由以下公式确定：

其中：

A_spp为主阀芯左侧作用面积；C为为系数，取0.633；A_s1为节流孔面积；A_sp为主阀芯右侧作用面积；A_s3为节流孔面积；A_s2为节流孔面积；K为弹簧刚度；S为主阀芯移动位移；P₀为系统压力；F₀为安装载荷压力；P_cro为离合器内克服弹簧安装载荷所需压力。

5.根据权利要求2所述的推土机电控调压控制方法，其特征在于，所述Tb包括两部分，两部分分别为T_b1和T_b2，其中，T_b1为Q_cr达到系统最大流量所需时间，T_b2为Q_cr达到系统最大流量至离合器压力达到启调点所需时间；

所述T_b1和T_b2的参数曲线分别由以下公式确定：

其中：

Q_cr为进离合器的流量；P₀为系统压力；P_cro为离合器内克服弹簧安装载荷所需压力；C为为系数，取0.633；D_sp为阀芯直径；A_s3为节流孔面积；S为主阀芯移动位移；A_sp为主阀芯右侧作用面积；A_spp为主阀芯左侧作用面积；F₀为安装载荷压力；A_s1为节流孔面积；L₀为主阀芯与阀体重合长度；D_sm为阀芯最小直径。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的推土机电控调压控制方法，其特征在于，还包括控制器，该控制器用于对充油、调压和保压的过程进行控制。