CN108458099B - 一种拖拉机双流传动系统变速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拖拉机双流传动系统变速控制方法，所述变速控制方法包括以下步骤：获取拖拉机状态信号参数，并设置初始参数，其中发动机状态参数包括发动机转速信号、实际车速信号、油门开度信号和档位信号，初始参数包括容许滑转率；根据拖拉机状态信号参数计算当前滑转率和利用附着系数；通过将当前滑转率与容许滑转率进行比较以及附着利用系数的变化率计算最佳滑转率；通过最佳滑转率计算最佳传动比，并根据最佳传动比做出变速决策，本发明的有益效果是：本发明可以使拖拉机始终保持在最佳滑转率进行作业，提高了拖拉机的作业质量，进而避免了因负载变化对作业质量的影响。

Description

一种拖拉机双流传动系统变速控制方法

技术领域

本发明涉及拖拉机动力传输控制技术领域，具体是一种拖拉机双流传动系统变速控制方法。

背景技术

拖拉机在作业过程中，受土壤环境复杂、负载波动较大等的影响，工作阻力变化范围较大，极易产生过大的轮胎滑转。研究表明，如果拖拉机驱动轮滑转率超过20％，将严重破坏土壤结构，降低发动机的作业效率，因此控制滑转率对保证拖拉机的工作质量有重要意义。现有的拖拉机驱动防滑控制多通过控制拖拉机机组装置使得滑转率保持在固定阈值，而所设置的阈值多由经验确定，未考虑到在不同的土壤环境下轮胎的最佳滑转率不尽相同。

增加拖拉机机具作业幅宽是提高生产率的有效方法，但是增加机具作业幅宽则容易增加牵引阻力变化范围。如果传动系统采用传统的手动固定挡位变速器，如遇土地质地或收割作物密度不均而引起工作阻力变化，则需要频繁停车换挡，这将增加驾驶员的劳动强度，同时也将大大降低拖拉机的生产率和作业质量。通过采用动力换挡技术，可以克服由于工作阻力变化引起的频繁停车换挡问题，使拖拉机能够持续作业，从而保障生产率和作业质量。

但是仅仅依靠动力换挡是不够的，由于拖拉机工作阻力越大，轮胎滑转率越大，滑转率过大会增加拖拉机的滑转功率损失、破坏土壤结构、加剧轮胎磨损、耕作质量下降。在大的工作阻力下，单独的变速器换挡虽然能够保证发动机工作在有利区间，但不能保证轮胎滑转率始终维持在使作业效率最高的最佳滑转率值。

发明内容

本发明针对拖拉机耕作作业的高效持续问题，提出一种用于拖拉机耕作作业的自动变速控制方法，根据拖拉机作业时不同的轮胎滑转率，进行机械-液压双流传动系统变速控制，以期保证拖拉机能够适应工作阻力变化，持续耕作作业，并且使发动机工作在高效区，提高生产率和作业质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种拖拉机双流传动系统变速控制方法，所述变速控制方法包括以下步骤：

获取拖拉机状态信号参数，并设置初始参数，其中发动机状态参数包括发动机转速信号、实际车速信号、油门开度信号和档位信号，初始参数包括容许滑转率；

根据拖拉机状态信号参数当前计算滑转率和利用附着系数；

通过将当前滑转率与容许滑转率进行比较以及附着利用系数的变化率计算最佳滑转率；

通过最佳滑转率计算最佳传动比，并根据最佳传动比做出变速决策；

所述最佳滑转率的计算方法包括以下步骤：

1)获取当前滑转率和利用附着系数；

2)判断当前滑转率是否小于容许滑转率，若小于则执行步骤3)，否则将容许滑转率作为当前最佳滑转率并执行步骤1)；

3)判断利用附着系数随滑转率的变化率是否大于或等于0，若成立则执行步骤4)，否则执行步骤1)；

4)保存当前滑转率和利用附着系数为第K次滑转率和利用附着系数；

5)计算第K+1次滑转率与利用附着系数，并判断第K+1次利用附着系数是否大于第K次利用附着系数，若大于，则取第K+1次利用附着系数对应的第K+1次滑转率为最佳滑转率，否则，取第K次附着利用系数对应的第K次滑转率为最佳滑转率。

作为本发明进一步的方案：所述变速决策包括以下步骤：

若最佳传动比在当前机械档位下液压系统可调节传动比范围内，通过调节液压系统实现变速；

若最佳传动比大于当前机械档位下液压系统可调节的最大传动比值，则当前机械档位需要降档；反之，当前机械档位需要升档。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过计算最佳滑转率，并以此为根据进行变速控制，使拖拉机始终保持在最佳滑转率进行作业，提高了拖拉机的作业质量。

2、本发明通过进行变速控制维持拖拉机滑转率，避免了调整作业机具耕深，进而避免了因耕深调整对作业质量的影响。

3、本发明依据滑转率和附着系数变化规律进行最佳滑转率识别，并实时更新拖拉机状态信号对最佳滑转率进行更新，识别方法简单，实用性较强，并且可以根据土壤条件的变化进行调整，适应性较强。

附图说明

图1为本发明最佳滑转率识别过程。

图2为利用附着系数-滑移率曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明实施例中，一种拖拉机双流传动系统变速控制方法，所述变速控制方法包括以下步骤：

1.获取拖拉机状态信号参数，并设置初始参数，其中发动机状态参数包括发动机转速信号、实际车速信号、油门开度信号和档位信号，初始参数包括容许滑转率值s_max：

发动机转速信号、油门开度信号和档位信号通过拖拉机车体上现有传感器进行获取，实际车速信号则通过外接测速传感器进行测量，以避免因车轮滑转或主轴磨损带来的实际车速测量误差；容许滑转率根据《农业拖拉机试验规程第9部分:牵引功率试验》(GB-T3871-9-2006)规定，对不同类型拖拉机，其正常工作时最大容许滑转率规定为：(1)轮式拖拉机：15％；(2)橡胶履带式拖拉机：15％；(3)钢履带式拖拉机：7％。

2.根据拖拉机状态信号参数当前计算滑转率和利用附着系数：

由实际车速信号，档位信号和发动机转速信号计算滑转率；由发动机转速信号、油门开度信号和档位信号获得轮胎与路面之间的利用附着系数；

滑转率与利用附着系数按如下方法进行计算：

滑转率定义为车辆的理论速度与实际速度的差与理论速度的比值，因此，计算如下：

利用附着系数定义为轮胎驱动力与轮胎垂向载荷的比值，因此，计算如下：

式(1)中，s是滑转率；v_d是理论车速；v是实际车速；i是档位传动比；n是发动机转速；r是驱动轮半径。

式(2)中，μ为附着利用系数；F_d是轮胎驱动力；F_N是轮胎垂直载荷；α是油门开度；I_ω是车轮转动惯量；f(n,α)是发动机转速、转矩与节气门开度关系，可由发动机MAP图得知，不同的发动机型号对应不同的转速转矩油门开度MAP图，当发动机型号确定后，其MAP图也随之确定。

3.通过将当前滑转率与容许滑转率进行比较以及附着利用系数的变化率计算最佳滑转率：

滑转率与利用附着系数变化规律是：随着滑转率的增大，利用附着系数先逐渐增大，后逐渐减小，最后趋于平稳，所以利用附着系数随滑转率的变化曲线是一个单峰值曲线，当利用附着系数处于峰值时，拖拉机的驱动力最大，作业效率最高，因此，利用附着系数峰值对应的滑转率即为最佳滑转率，

所以获取最佳滑转率的方法包括以下步骤

1)获取当前滑转率s_k和利用附着系数μ_k：

2)判断滑转率s_k是否小于容许滑转率值s_max，若小于，则处于滑移率与利用附着系数曲线的B或C段，此时的滑转率s_k未超过国家规定值，不会造成土壤结构破坏、耕作质量下降等后果，因此可以继续判断最佳滑转率，并执行步骤3)；否则，滑转率s_k超过国家规定值，即位于滑移率与利用附着系数值位于曲线的A段，此时会造成土壤结构破坏、耕作质量下降等严重后果。此时的首要任务是使拖拉机滑转率迅速下降至容许范围内，当滑转率下降后，再执行判断最佳滑转率的步骤。因此，令容许滑转率值s_max为当前工况下最佳滑转率值并执行步骤1)；

3)判断利用附着系数μ_k随滑转率s_k的变化率是否大于或等于0，若成立，即位于滑移率与利用附着系数值位于曲线的C段，此时的利用附着系数μ_k处于随滑转率s_k的增大而增大的范围，存在峰值，执行步骤4)；否则，此时的利用附着系数μ_k随滑转率s_k的增大而减小，即位于滑移率与利用附着系数值位于曲线的B段，已经超出峰值存在的范围，其对应的滑转率超出最佳滑转率存在的范围，执行步骤1)；

4)保存当前滑转率s_k和利用附着系数值μ_k为第K次滑转率和利用附着系数；

5)计算第K+1次滑转率值s_k+1和利用附着系数值μ_k+1，并判断第K+1次利用附着系数值μ_k+1是否大于第K次利用附着系数值μ_k，若大于，则取第K+1次利用附着系数值μ_k对应的第K+1次滑转率s_k为最佳滑转率，否则，取第K次利用附着系数值μ_k+1对应的第K次滑转率值s_k+1为最佳滑转率。

4.通过最佳滑转率计算最佳传动比，并根据最佳传动比做出变速决策：

根据最佳滑转率值求得最佳传动比，按如下方法进行计算，

最佳传动比：

式(3)中i_opt为最佳传动比；s_opt为最佳滑转率

若最佳传动比在当前机械档位下液压系统可调节传动比范围内，通过调节液压系统泵、马达排量实现变速；若最佳传动比大于当前机械档位下液压系统可调节的最大传动比值，则当前机械档位需要降档；反之，当前机械档位需要升档。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种拖拉机双流传动系统变速控制方法，其特征在于，所述变速控制方法包括以下步骤：

获取拖拉机状态信号参数，并设置初始参数，其中发动机状态参数包括发动机转速信号、实际车速信号、油门开度信号和档位信号，初始参数包括容许滑转率；

根据拖拉机状态信号参数当前计算滑转率和利用附着系数；

通过将当前滑转率与容许滑转率进行比较以及利用附着系数的变化率计算最佳滑转率；

通过最佳滑转率计算最佳传动比，并根据最佳传动比做出变速决策；

所述最佳滑转率的计算方法包括以下步骤：

1）获取当前滑转率和利用附着系数；

2）判断当前滑转率是否小于容许滑转率，若小于则执行步骤3），否则将容许滑转率作为当前最佳滑转率并执行步骤1）；

3）判断利用附着系数随滑转率的变化率是否大于或等于0，若成立则执行步骤4），否则执行步骤1）；

4）保存当前滑转率和利用附着系数为第K次滑转率和利用附着系数；

5）计算第K+1次滑转率与利用附着系数，并判断第K+1次利用附着系数是否大于第K次利用附着系数，若大于，则取第K+1次利用附着系数对应的第K+1次滑转率为最佳滑转率，否则，取第K次附着利用系数对应的第K次滑转率为最佳滑转率。

2.根据权利要求1所述的一种拖拉机双流传动系统变速控制方法，其特征在于，所述变速决策包括以下步骤：

若最佳传动比在当前机械档位下液压系统可调节传动比范围内，通过调节液压系统实现变速；

若最佳传动比大于当前机械档位下液压系统可调节的最大传动比值，则当前机械档位需要降档；反之，当前机械档位需要升档。

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