CN109291926A - 一种用于轮式拖拉机高附着工况作业的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轮式拖拉机高附着工况作业的控制方法，是根据轮式拖拉机田间工作时的实时绝对速度与拖拉机当前作业类型下要求的速度相比较，将拖拉机工作阻力分为两个区间，分别采用不同的控制方法，使拖拉机田间工作时能一直处于较合理的工作阻力，从而保证拖拉机绝对车速一直保持在规定速度区间内，进而保证了拖拉机的作业质量和作业效率。

Description

一种用于轮式拖拉机高附着工况作业的控制方法

技术领域

本发明涉及拖拉机动力传动控制领域，具体来说是一种用于附着高工况下适应轮式拖拉机作业阻力变化的控制方法。

背景技术

轮式拖拉机田间工作时常因为土壤结构变化或作物密度不均匀而导致拖拉机工作阻力时刻变化且变化范围较大。当作业阻力变化时，如不采取恰当的措施导致拖拉机作业速度剧烈变化从而降低拖拉机作业质量，甚至导致拖拉机熄火，降低拖拉机工作效率。因此，轮式拖拉机田间工作时应该实时监测其工作阻力变化并采取相应的控制方法进行调节，以保证拖拉机作业质量和工作效率。

发明内容

本发明为避免上述现有技术所存在的不足之处，提出一种用于轮式拖拉机在高附着工况下作业的控制方法，以期通过实时检测轮式拖拉机的绝对速度，并对比拖拉机当前作业形式下规定的工作车速，从而对轮式拖拉机采取不同的控制方式，使得轮式拖拉机在作业阻力变化时，能够及时有效地做出相应调整，进而最大限度地保证拖拉机的作业质量和工作效率。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种用于轮式拖拉机高附着工况作业的控制方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、实时采集t时刻轮式拖拉机的从动轮转速ω(t)，并根据拖拉机的从动轮半径r，计算所述轮式拖拉机在t时刻作业时的车速V(t)，并定义为绝对速度；

步骤2、判断V(t)＞a是否成立，若成立，则表示所述轮式拖拉机在t时刻处于小阻力作业工况，并对所述轮式拖拉机进行小阻力作业工况控制；否则执行步骤3；其中，a表示所述轮式拖拉机的小阻力作业工况阈值；

步骤3、判断V(t)＜b是否成立，若成立，则表示所述轮式拖拉机在t时刻处于大阻力作业工况，并对所述轮式拖拉机进行大阻力作业工况控制；否则，执行步骤4；其中，b表示所述轮式拖拉机的大阻力作业工况阈值；

步骤4、维持所述轮式拖拉机当前状态，并令t+1赋值给t后，返回步骤1执行。

本发明所述的控制方法的特点也在于；

所述轮式拖拉机的小阻力作业工况阈值a和大阻力作业工况阈值b是按照以下方法确定：

所述轮式拖拉机在t时刻的绝对车速V(t)达到相应作业类型下所允许工作车速的最大值时所对应的绝对车速V(t)为a；

所述轮式拖拉机在t时刻的绝对车速V₁(t)达到相应作业类型下所允许工作车速的最小值时所对应的绝对车速V(t)为b。

所述轮式拖拉机的小阻力作业工况控制方法是按照以下步骤进行：

步骤2.1、降低所述轮式拖拉机发动机的输出转矩；若所述轮式拖拉机在t₁时刻的绝对速度满足b＜V(t₁)＜a，则维持发动机的当前工作状态；否则，则执行步骤2.2；

步骤2.2、在降低发动机的输出转矩的同时，对所述轮式拖拉机的变速器进行升档，若所述轮式拖拉机在t₂时刻的绝对速度满足b＜V(t₂)＜a，则维持发动机与变速器的当前工作状态；否则，则执行步骤2.3；

步骤2.3、在降低发动机的输出转矩、升高变速器档位的同时，调节机具耕深或幅宽。

所述轮式拖拉机的大阻力作业工况控制方法是按照以下步骤进行：

步骤3.1、提高所述轮式拖拉机发动机的输出转矩；若所述轮式拖拉机在t₁时刻的绝对速度满足b＜V(t₁)＜a，则维持发动机的当前工作状态；否则，则执行步骤3.2；

步骤3.2、在提高发动机的输出转矩的同时，对所述轮式拖拉机的变速器进行降档，若所述轮式拖拉机在t₂时刻的绝对速度满足b＜V(t₂)＜a，则维持发动机与变速器的当前工作状态；否则，则执行步骤3.3；

步骤3.3、在提高发动机的输出转矩、降低变速器档位的同时，调节机具耕深或幅宽。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明采用从动轮转速传感器来检测拖拉机工作时的绝对车速，并以此作为判断拖拉机工作时阻力变化的依据，此方法简单有效，采用的传感器少且价格便宜，易于工程应用。

2、本发明充分考虑了轮式拖拉机田间作业时阻力变化的情况，根据拖拉机工作时的所允许的速度范围合理设定阈值，使轮式拖拉机工作时能始终保持在规定速度范围内，保证了拖拉机的工作质量。

3、本发明充分考虑了轮式拖拉机田间作业时阻力变化的情况，根据作业阻力变化划分不同的区间，分别采取不同的控制方法，合理有效地使拖拉机田间工作时能够适应工作阻力变化，从而保证了拖拉机的工作质量和工作效率。

具体实施方式

本实施例中，一种用于轮式拖拉机高附着工况作业的控制方法，是轮式拖拉机田间工作时，实时采集轮式拖拉机从动轮转速ω(t)，并根据轮式拖拉机的从动轮半径r，计算轮式拖拉机作业时的绝对车速V(t)，根据绝对车速V(t)的变化判断轮式拖拉机工作阻力的变化，同时根据轮式拖拉机实时绝对车速与该作业形式下轮式拖拉机的规定车速的比较结果合理设置阈值a，b，将轮式拖拉机田间工作划分为小阻力作业工况与大阻力作业工况，对于不同的工况采用不同的控制方法，使拖拉机在作物或土壤密度不均匀时，能够克服作业阻力频繁剧烈变化，从而使轮式拖拉机田间作业时能够维持合理的绝对车速，进而保证了轮式拖拉机的工作质量和工作效率。具体的来说，是按照以下步骤进行的：

步骤1、利用安装在轮式拖拉机从动轮的转速传感器实时采集t时刻轮式拖拉机的从动轮转速ω(t)，并根据拖拉机的从动轮半径r，利用式(1)计算轮式拖拉机在t时刻作业时的车速V(t)，并定义为绝对速度：

V(t)＝0.377ω(t)r (1)

步骤2、判断V(t)＞a是否成立，若成立，则表示轮式拖拉机在t时刻处于小阻力作业工况，并对轮式拖拉机进行小阻力作业工况控制；否则执行步骤3；其中，a表示轮式拖拉机的小阻力作业工况阈值。

a的值确定方法如下：轮式拖拉机在t时刻的绝对车速V(t)达到相应作业类型下所允许工作车速的最大值时所对应的绝对车速V(t)即为a。

轮式拖拉机在进行田间工作时，一般节气门开度在80％以上，因此工作阻力的变化是拖拉机绝对车速变化的主要原因。当拖拉机绝对车速增加时，对应其工作阻力下降，当工作阻力下降到一定程度时，拖拉机绝对速度将超过当前作业形式规定车速的最大值，此时拖拉机作业速度较大，将影响拖拉机作业质量，应采取相应措施避免此状况发生，因此将小阻力作业工况的阈值a设定为轮式拖拉机在t时刻的绝对车速V(t)达到相应作业类型下所允许工作车速的最大值时所对应的绝对车速V(t)即为a，可有效避免当轮式拖拉机作业阻力减小时速度超过当前作业形式的最大值，保证了轮式拖拉机在小阻力作业工况时的作业质量。

具体实施中，小阻力作业控制优先对发动机与变速器进行控制，以保证拖拉机在小阻力作业工况下的工作质量，具体如下：

步骤2.1、首先降低轮式拖拉机发动机的输出转矩，此方法简单易行且不影响拖拉机作业作业质量；若轮式拖拉机在t₁时刻的绝对速度满足b＜V(t₁)＜a，表示轮式拖拉机绝对速度满足规定速度要求，则维持发动机的当前工作状态；否则，则执行步骤2.2；

步骤2.2、在降低发动机的输出转矩的同时，对轮式拖拉机的变速器进行升档，进一步减少拖拉机的输出转矩以适应当前的小作业阻力，若轮式拖拉机在t₂时刻的绝对速度满足b＜V(t₂)＜a，表示轮式拖拉机绝对速度满足规定速度要求，则维持发动机与变速器的当前工作状态；否则，则执行步骤2.3；

步骤2.3、在对拖拉机发动机与变速器控制之后仍未使拖拉机绝度速度降低到合理区间时，降低发动机的输出转矩、升高变速器档位的同时，适当调节机具耕深或幅宽，以增大作业阻力，保证轮式拖拉机绝对速度满足当前作业形式规定速度要求，保证拖拉机作业质量。

步骤3、判断V(t)＜b是否成立，若成立，则表示轮式拖拉机在t时刻处于大阻力作业工况，并对轮式拖拉机进行大阻力作业工况控制；否则，执行步骤4；其中，b表示轮式拖拉机的大阻力作业工况阈值。

b的值确定方法如下：轮式拖拉机在t时刻的绝对车速V(t)达到相应作业类型下所允许工作车速的最小值时所对应的绝对车速V(t)即为b。

轮式拖拉机田间工作时绝对速度降低对应拖拉机工作阻力升高，当拖拉机工作阻力升高到一定程度时，轮式拖拉机绝对速度降低至低于当前作业形式规定速度的最小值，此时拖拉机工作效率低，若不及时对拖拉机采取适当的措施，拖拉机工作速度可能会进一步降低甚至熄火。因此将轮式拖拉机大阻力作业工况阈值b设定为轮式拖拉机在t时刻的绝对车速V(t)达到相应作业类型下所允许工作车速的最小值时所对应的绝对车速V(t)即为b，当轮式拖拉机的绝对车速低于所允许工作车速的最小值时及时对拖拉机进行合理控制，可以使轮式拖拉机田间工作时及时适应工作阻力的升高，将工作车速维持在合理范围内，保证轮式拖拉机田间工作的工作效率。

具体实施中，大阻力作业工况控制方法如下：

步骤3.1、首先提高拖拉机发动机的输出转矩，此方式易于实施且不影响轮式拖拉机的作业质量；提高发动机输出转矩后若使轮式拖拉机在t₁时刻的绝对速度满足b＜V(t₁)＜a，表示轮式拖拉机绝对速度满足规定速度要求，则维持发动机的当前工作状态；否则，则执行步骤3.2；

步骤3.2、轮式拖拉机田间工作时发动机可调整范围有限，当仅仅对发动机控制无法克服工作阻力增大时，应当同时对变速器进行控制。在提高发动机的输出转矩的同时，对轮式拖拉机的变速器进行降档，进一步增加轮式拖拉机的输出转矩，若轮式拖拉机在t₂时刻的绝对速度满足b＜V(t₂)＜a，表示轮式拖拉机绝对速度满足规定速度要求，则维持发动机与变速器的当前工作状态；否则，则执行步骤3.3；

步骤3.3、当对轮式拖拉机发动机及变速器进行控制后仍无法克服拖拉机工作阻力时，应当对机具进行调节，适当牺牲作业质量以保证拖拉机能够克服大工作阻力，不至于熄火。在提高发动机的输出转矩、降低变速器档位的同时，适当调节机具耕深或幅宽，以减小作业阻力，使拖拉机能够顺利通过大工作阻力区域，保证了轮式拖拉机的工作效率和通过性。

步骤4、此时拖拉机绝对车速满足b＜V(t)＜a，说明轮式拖拉机工作阻力适中，车速符合要求，无需对拖拉机进行控制，维持轮式拖拉机当前状态即可，并令t+1赋值给t后，返回步骤1执行，进行下一个循环。

实施例：本实施例使用本发明的轮式拖拉机高附着工况作业的控制方法对某型轮式拖拉机田间作业时进行控制。

某型轮式拖拉机从动轮半径r＝0.58m，在田间执行翻地作业，当前作业形式规定速度为V∈[8km/h～10km/h]。实时采集从动轮转速ω(t)，在t₀时刻检测到从动轮转速ω(t)＝50rad/min，根据式(1)计算得拖拉机绝对车速V(t₀)＝10.93km/h，此时拖拉机绝对速度大于规定速度的最大值，轮式拖拉机处于小阻力作业工况，对拖拉机采取小阻力作业工况控制方法，首先减小轮式拖拉机发动机输出转矩，轮式拖拉机绝对车速降低，t₁时刻检测到从动轮转速ω(t₁)＝42rad/min，由式(1)计算得拖拉机绝对车速V(t₁)＝9.18km/h，此时拖拉机工作车速满足规定，维持当前状态继续工作；在t₂时刻检测到拖拉机从动轮转速ω(t₂)＝25rad/min，由式(1)计算得拖拉机绝对车速V(t₂)＝5.47km/h，此时拖拉机绝对车速小于规定车速的最小值，拖拉机处于大阻力作业工况，对拖拉机采取大阻力作业工况控制方法，首先增大拖拉机发动机输出转矩，拖拉机绝对车速增加，t₃时刻检测到从动轮转速ω(t₃)＝30rad/min，根据式(1)计算得拖拉机绝对车速V(t₃)＝6.56km/h，拖拉机工作速度仍小于规定车速的最小值，维持当前发动机状态，对拖拉机变速器进行降档操作，进一步增加拖拉机输出转矩，拖拉机绝对车速进一步增加，t₄时刻检测到轮式拖拉机从动轮转速ω(t₄)＝35rad/min，根据式(1)计算得拖拉机绝对车速V(t₄)＝7.65km/h，仍未能满足规定速度要求，则在维持当前发动机与变速器状态的同时，适当调整拖拉机机具幅宽，t₅时刻检测到轮式拖拉机从动轮转速ω(t₅)＝39rad/min，根据式(1)计算得拖拉机绝对车速V(t₅)＝8.53km/h，满足当前作业形式下规定速度要求，维持该状态继续工作，并保持实时监测拖拉机从动轮转速。

综上，采用本发明的轮式拖拉机高附着工况作业控制方法，可以根据轮式拖拉机田间工作时的实时绝对速度与拖拉机当前作业类型下要求的速度相比较，合理设定阈值，将拖拉机工作阻力分为两个区间，分别采用不同的控制方法，使拖拉机田间工作时能一直处于较合理的工作阻力，从而保证拖拉机绝对车速一直保持在规定速度区间内，最大限度地保证了拖拉机的作业质量和作业效率。

Claims (4)

1.一种用于轮式拖拉机高附着工况作业的控制方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、实时采集t时刻轮式拖拉机的从动轮转速ω(t)，并根据拖拉机的从动轮半径r，计算所述轮式拖拉机在t时刻作业时的车速V(t)，并定义为绝对速度；

步骤2、判断V(t)＞a是否成立，若成立，则表示所述轮式拖拉机在t时刻处于小阻力作业工况，并对所述轮式拖拉机进行小阻力作业工况控制；否则执行步骤3；其中，a表示所述轮式拖拉机的小阻力作业工况阈值；

步骤3、判断V(t)＜b是否成立，若成立，则表示所述轮式拖拉机在t时刻处于大阻力作业工况，并对所述轮式拖拉机进行大阻力作业工况控制；否则，执行步骤4；其中，b表示所述轮式拖拉机的大阻力作业工况阈值；

步骤4、维持所述轮式拖拉机当前状态，并令t+1赋值给t后，返回步骤1执行。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述轮式拖拉机的小阻力作业工况阈值a和大阻力作业工况阈值b是按照以下方法确定：

所述轮式拖拉机在t时刻的绝对车速V(t)达到相应作业类型下所允许工作车速的最大值时所对应的绝对车速V(t)为a；

所述轮式拖拉机在t时刻的绝对车速V₁(t)达到相应作业类型下所允许工作车速的最小值时所对应的绝对车速V(t)为b。

3.根据权利要求书1所述的控制方法，其特征在于，所述轮式拖拉机的小阻力作业工况控制方法是按照以下步骤进行：

步骤2.1、降低所述轮式拖拉机发动机的输出转矩；若所述轮式拖拉机在t₁时刻的绝对速度满足b＜V(t₁)＜a，则维持发动机的当前工作状态；否则，则执行步骤2.2；

步骤2.2、在降低发动机的输出转矩的同时，对所述轮式拖拉机的变速器进行升档，若所述轮式拖拉机在t₂时刻的绝对速度满足b＜V(t₂)＜a，则维持发动机与变速器的当前工作状态；否则，则执行步骤2.3；

步骤2.3、在降低发动机的输出转矩、升高变速器档位的同时，调节机具耕深或幅宽。

4.根据权利要求书1所述的控制方法，其特征在于，所述轮式拖拉机的大阻力作业工况控制方法是按照以下步骤进行：

步骤3.1、提高所述轮式拖拉机发动机的输出转矩；若所述轮式拖拉机在t₁时刻的绝对速度满足b＜V(t₁)＜a，则维持发动机的当前工作状态；否则，则执行步骤3.2；

步骤3.2、在提高发动机的输出转矩的同时，对所述轮式拖拉机的变速器进行降档，若所述轮式拖拉机在t₂时刻的绝对速度满足b＜V(t₂)＜a，则维持发动机与变速器的当前工作状态；否则，则执行步骤3.3；

步骤3.3、在提高发动机的输出转矩、降低变速器档位的同时，调节机具耕深或幅宽。