CN108488376A - 一种避免拖拉机换挡循环的换挡曲线确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种避免拖拉机换挡循环的换挡曲线确定方法，包括以下步骤：获取拖拉机当前油门开度以及当前油门开度下发动机的转速‑扭矩曲线；通过发动机转速‑扭矩曲线计算当前油门开度下变速器升档点和降档点所对应的变速器输出轴转速；改变油门开度，获取不同油门开度下变速器升档点和降档点的变速器输出轴转速；将不同油门开度与不同油门开度下变速器升挡点和降挡点变速器输出轴转速拟合成换挡曲线，本发明的有益效果是：可有效避免动力换挡过程中产生换挡循环，确保拖拉机作业工作速度稳定，提高作业质量与作业效率，而且还可减少无效的换挡离合器滑摩次数，降低变速器的故障率，同时提高换挡平顺性。

Description

一种避免拖拉机换挡循环的换挡曲线确定方法
技术领域
本发明涉及车辆自动变速控制技术领域，具体是一种避免拖拉机换挡循环的换挡曲线确定方法。
背景技术
拖拉机工作具备以下特点：(1)受农艺和机具承载能力影响，一般匀速运动；(2)工作阻力会波动，传统的手动变速器难以适应工作阻力的变化，需停车换挡；当拖拉机牵引作业时，工作阻力变大，柴油机容易因超负荷熄火，需停车换挡，影响生产率；工作阻力变小，柴油机燃油经济性恶化。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，在不停车换挡的情况下能够适应的工作阻力变化，使拖拉机能够持续作业，从而保障生产率和作业质量。
当油门开度保持不变时，发动机工作点随负载在外特性曲线上移动，当发动机工作点到达换挡点时，变速器换挡，使之在新的工作点工作。由于柴油机的调速特性，而当制定的换挡曲线不合理时会出现换挡循环，影响变速器使用寿命，使得拖拉机工作速度不稳定，影响作业质量，同时作业舒适性降低。
发明内容
本发明提供一种避免拖拉机牵引作业工况下换挡循环的换挡曲线确定方法，以解决上述背景技术中拖拉机动力换挡过程中的换挡循环问题，确保拖拉机作业工作速度稳定，提高作业质量与生产效率，减少换挡离合器滑摩次数，降低变速器的故障率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种避免拖拉机换挡循环的换挡曲线确定方法，所述换挡曲线确定方法包括以下步骤：
步骤1、获取拖拉机当前油门开度以及当前油门开度下发动机的转速-扭矩曲线；
步骤2、通过所述发动机转速-扭矩曲线计算当前油门开度下变速器升档点和降档点所对应的变速器输出轴转速；
步骤3、改变油门开度，重复步骤1、步骤2，获取不同油门开度下变速器升档点和降档点的变速器输出轴转速；
步骤4、将不同油门开度与不同油门开度下变速器升挡点和降挡点变速器输出轴转速拟合成换挡曲线。
作为本发明进一步的方案：所述发动机转速-扭矩曲线通过发动机台架实验数据进行拟合。
作为本发明进一步的方案：所述变速器当前油门开度下变速器升档点与降档点的变速器输出轴转速计算包括以下步骤：
2.1、获取所述当前油门开度下发动机的转速-扭矩曲线；
2.2、令变速器升挡点发动机输出扭矩TD不大于降挡点发动机输出扭矩TA与相邻传动比q比值倒数的乘积，即：TD＝TA/kTq；
2.3、根据升挡点发动机输出扭矩TA在转速-扭矩曲线上确定升挡点发动机转速nA；
2.4、令变速器升挡点发动机转速nA为不小于降挡点发动机转速nD与相邻传动比q比值的乘积，即：nA＝nDkwq；
2.5、将发动机转速换算成对应挡位下变速器输出轴转速，得到当前油门开度下变速器升档点与降档点所对应的变速器输出轴转速；
其中：TD为升挡点发动机输出扭矩；TA为降挡点发动机输出扭矩；kT为大于或等于1的系数；q为邻传动比比值；nA为升挡点发动机转速；nD为降挡点发动机转速；kw为大于等于1的系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在发动机调速特性曲线上确定不同油门开度下的升挡点与降挡点及所对应的变速器输出轴转速，得到避免拖拉机牵引作业工况下换挡循环的换挡曲线。可有效避免动力换挡过程中产生换挡循环，确保拖拉机作业工作速度稳定，提高作业质量与作业效率，而且还可减少无效的换挡离合器滑摩次数，降低变速器的故障率，同时提高换挡平顺性。
附图说明
图1为本实施例中四速动力传动系统换挡循环过程。
图2为本实施例四速动力传动系统换挡前后发动机工作点变化示意图
图3为本实施例四速动力传动系统升挡前后发动机输出扭矩和负载扭矩变化。
图4为本实施例某四速动力传动系统降挡前后发动机输出扭矩和负载扭矩变化。
图5为本实施例中发动机不同油门开度下的发动机转矩特性。
图6为本实施例中kw＝1时的升降挡曲线。
图7为本实施例kw＝1.01时的升降挡曲线。
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1-4，本发明实施例中，一种避免拖拉机换挡循环的换挡曲线确定方法，包括以下步骤：
1、设置拖拉机换挡参数，拖拉机自动变速的主要目的是为了提高发动机的适应性，保证发动机在不同工作阻力下都能在有利的工况下工作，换挡控制参数要能够反映在当前工况下发动机在各个挡位下的工作转速，以便于选择最优的挡位使得发动机工作在最为有利的状态，由于变速器输出轴转速传感器通过定比齿轮与整车连接，能够准确反映在当前工况下各挡位下发动机的工作点，油门开度反映发动机的工作特性，因此令拖拉机动力换挡参数为油门开度与变速器输出轴转速。
2、通过发动机台架实验获取发动机转速-扭矩曲线ne-Te，发动机输出转矩可以表示为Te＝f(α,ne)，其中Te为发动机扭矩,ne为发动机转速，α为油门开度，其中，α、ne为模型输入量，Te为模型输出量，因而当前油门开度下发动机的转速-扭矩ne-Te曲线可以根据发动机稳态转矩实验数据用数值拟合方法获取；
令变速器升挡点发动机输出扭矩TD不大于降挡点发动机输出扭矩TA与相邻传动比比值倒数的乘积，即：TD＝TA/kTq，其中，TD为升挡点发动机输出扭矩；TA为降挡点发动机输出扭矩；kT为大于或等于1的系数；q为邻传动比比值；
根据升挡点发动机输出扭矩在转速-扭矩ne-Te曲线上确定升挡点发动机转速nD；
为保证换挡后发动机工作点落在降挡点和升挡点之间，令变速器升挡点发动机转速为不小于降挡点发动机转速与相邻传动比比值的乘积，即：nA＝nD/kwq，其中，nA为升挡点发动机转速；nD为降挡点发动机转速；kw为大于等于1的系数；
将发动机转速换算成对应挡位下变速器输出轴转速，得到当前油门开度下变速器升档点与降档点所对应的变速器输出轴转速。
3、改变油门开度，重复上述步骤2，得到不同油门开度下升挡点与降挡点的变速器输出轴转速。
4、将不同油门开度与不同油门开度下升降挡点转速拟合得到避免拖拉机牵引作业工况下换挡循环的换挡曲线。
本发明中避免换挡循环的变速器升档点与降档点的确定原理：
当油门开度保持不变时，发动机工作点随负载在外特性曲线上移动。当发动机工作点到达换挡点时，变速器换挡，使之在新的工作点工作。当换挡策略不合理时会出现换挡循环，循环换挡影响变速器使用寿命，使得拖拉机工作速度不稳定，影响作业质量，同时作业舒适性降低。
请参阅图1-4，设定A、B、C、D分别为降挡点、升挡后工作点、降挡后工作点、升挡点，E、F为升降档后新的稳态工作点；设TA、TB、TC、TD、TE、TF分别为发动机在对应工作点的输出扭矩，TL为换挡前发动机负载，qTL为升挡后发动机负载，TL/q为降挡后发动机负载；nA、nB、nC、nD、nE、nF分别为发动机在对应工作点的转速；q为相邻两挡传动比比值。
当负载变小，发动机工作点越过D点时，变速器升挡；当负载变大时，发动机工作点越过A点，变速器降挡，故A、D为换挡点。为了避免换挡逻辑错误，出现升挡后立即降挡的情况，换挡后工作点B、C需在换挡点A、D之间。
正常升挡发动机工作点变化为D-B-E，当D-B时，若发动机输出转矩TB小于发动机负载qTL，发动机转速下降直至A点，而后发生降挡至C点，随后又到达升挡点D，即发生D-B-A-C-D的换挡循环；正常降挡降挡发动机工作点变化为A-C-F，当A-C时，若TD大于发动机负载TL/q，由于TC大于TD，固降挡后发动机转速上升至升挡点D，而后升挡至B点，随后又到达降挡点，即发生A-C-D-B-A换挡循环。
换挡循环只发生在特定的负载条件下，升挡发生条件为负载TL小于等于TD，升挡后，发动机负载TL增加q倍，若发动机在升挡后工作点B输出扭矩TB不能增加q倍，即TB<qTD，如图3所示，则当到达B点时，可能有TB<qTL，发动机输出扭矩小于发动机负载，工作点向A移动，此时可能发生D-B-A-C-D的换挡循环。
同理，降挡发生条件为负载TL大于等于TA，降挡后，发动机负载减小q倍，若发动机在降挡后工作点C输出扭矩TC不能减小q倍，即TC>TA/q，则当到达C点时，可能有TC>TL/q，发动机输出扭矩大于发动机负载，工作点向D移动，此时可能发生A-C-D-B-A换挡循环。
因此，若TB>qTD且TA>qTC，则可以避免换挡循环。对于柴油机，一般TB>TA，TC>TD，若TA>qTC，则必有TB>qTD，此时容易得出TA>qTD，因此，只要降挡点发动机输出矩大于升挡点发动机输出扭矩的q倍，则可以避免在特定负载下可能发生的循环换挡。
实施例一：
请参阅图5-7，一种四速动力换挡变速器的拖拉机，配套柴油发动机功率是58.8kw，根据发动机台架实验数据拟合的在不同油门开度下的发动机的转速-转矩曲线。
按照发动机台架实验数据拟合的在不同油门开度下的发动机的转速-转矩曲线，确定变速器的升档点和降档点以及对应的变速器输出轴转速
当取kT＝1，kw＝1，即：TD＝TA/q，nA＝nDq，然后根据转速-转矩曲线确定不同油门开度下升档点与降档点的变速器输出轴转速，并将其拟合为该参数下的升降档曲线。
当取kT＝1，kw＝1.01，即：TD＝TA/q，nA＝1.01nDq，然后根据转速-转矩曲线确定不同油门开度下升档点与降档点的变速器输出轴转速，并将其拟合为该参数下的升降档曲线。
当kw＝1，升挡线与降挡线重合，kw>1，升挡线在降挡线之前。与传统的两参数换挡策略相比，根据本发明的换挡曲线确定方法确定的换挡转速略高，不需要智能控制算法修正换挡转速即可避免拖拉机负载作业工况下循环换挡。
综上所述，采用本发明的避免拖拉机牵引作业工况下换挡循环的换挡曲线确定方法，通过在发动机调速特性曲线上确定不同油门开度下的升挡点与降挡点及所对应的变速器输出轴转速，得到避免拖拉机牵引作业工况下换挡循环的换挡曲线，可有效避免动力换挡过程中产生换挡循环，确保拖拉机作业工作速度稳定，提高作业质量与生产效率，同时减少换挡离合器滑摩次数，降低变速器的故障率。
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 (3)

1.一种避免拖拉机换挡循环的换挡曲线确定方法，其特征在于，所述换挡曲线确定方法包括以下步骤：
步骤1、获取拖拉机当前油门开度以及当前油门开度下发动机的转速-扭矩曲线；
步骤2、通过所述发动机转速-扭矩曲线计算当前油门开度下变速器升档点和降档点所对应的变速器输出轴转速；
步骤3、改变油门开度，重复步骤1、步骤2，获取不同油门开度下变速器升档点和降档点的变速器输出轴转速；
步骤4、将不同油门开度与不同油门开度下变速器升挡点和降挡点变速器输出轴转速拟合成换挡曲线。
2.根据权利要求1所述的一种避免拖拉机换挡循环的换挡曲线确定方法，其特征在于，所述发动机转速-扭矩曲线通过发动机台架实验数据进行拟合。
3.根据权利要求1所述的一种避免拖拉机换挡循环的换挡曲线确定方法，其特征在于，所述变速器当前油门开度下变速器升档点与降档点的变速器输出轴转速计算包括以下步骤：
2.1、获取所述当前油门开度下发动机的转速-扭矩曲线；
2.2、令变速器升挡点发动机输出扭矩TD不大于降挡点发动机输出扭矩TA与相邻传动比q比值倒数的乘积，即：TD＝TA/kTq；
2.3、根据升挡点发动机输出扭矩TA在转速-扭矩曲线上确定升挡点发动机转速nA；
2.4、令变速器升挡点发动机转速nA为不小于降挡点发动机转速nD与相邻传动比q比值的乘积，即：nA＝nDkwq；
2.5、将发动机转速换算成对应挡位下变速器输出轴转速，得到当前油门开度下变速器升档点与降档点所对应的变速器输出轴转速；
其中：TD为升挡点发动机输出扭矩；TA为降挡点发动机输出扭矩；
kT为大于或等于1的系数；q为邻传动比比值；nA为升挡点发动机转速；nD为降挡点发动机转速；kw为大于等于1的系数。
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