CN109398360B - 一种用于轮式拖拉机低附着工况作业的控制方法 - Google Patents

一种用于轮式拖拉机低附着工况作业的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于轮式拖拉机低附着工况作业的控制方法，是根据拖拉机在低附着工况作业时拖拉机驱动轮滑转率大小，将低附着工况划分为小滑转率作业工况与大滑转率作业工况，分别采用不同的控制方式：小滑转率作业工况时优先对发动机与变速器进行调节，尽可能不改变机具位置，最大限度地保证了拖拉机低附着工况作业的作业质量；大滑转率作业工况时优先调节机具位置，保证了拖拉机在低附着作业的通过性，并提高拖拉机在低附着作业工况下的工作效率。

Description

一种用于轮式拖拉机低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，具体来说是一种保证轮式拖拉机在低附着工况时保持在合理的滑转率区间的控制方法。
背景技术
轮式拖拉机在田间工作时，路面情况较为复杂。当土壤松软或土壤湿度较大时，拖拉机滑转率很大，严重时轮式拖拉机车轮原地打滑。严重的滑转将使车辆的工作速度显著降低，燃油经济性明显下降，轮胎磨损加剧，且当拖拉机在田间作业时，驱动轮严重滑转还会使土壤结构遭到破坏，造成驱动轮下陷量增加，车辆的滚动阻力增加；过度的沉陷量有可能导致车辆底部和土壤接触，致使车辆无法正常行驶。当车轮受到的驱动力远大于土壤最大抗剪切强度时，轮下土壤颗粒会因流动而无法支撑车辆通过。因此轮式拖拉机在田间工作时要保持滑转率处于一个合理的范围，尤其是在土壤松软或土壤湿度较大等低附着作业工况。
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低附着工况作业的控制方法，以期通过实时计算轮式拖拉机的驱动轮滑转率，并根据不同的驱动轮滑转率大小，对轮式拖拉机采取不同的控制方式，使得轮式拖拉机在低附着工况作业时进行大小不同的驱动控制，从而最大限度地保证拖拉机低附着工况作业的作业质量。
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低附着作业工况的控制方法的特点在于是按如下步骤进行：
步骤1、实时计算轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000011
步骤2、判断
Figure BDA0001843954870000012
是否成立，若成立，则表示所述轮式拖拉机在t时刻处于低附着作业工况，并将所述低附着作业工况分为小滑转率作业工况与大滑转率作业工况；否则，令t+1赋值给t，并返回步骤1执行；其中，a表示所述轮式拖拉机的小滑转率阈值；
步骤3、判断
Figure BDA0001843954870000015
是否成立，若成立，则表示所述轮式拖拉机在t时刻处于小滑转率作业工况，并对所述轮式拖拉机进行小滑转率作业控制；否则，表示
Figure BDA0001843954870000014
即所述轮式拖拉机在t时刻处于大滑率作业工况，并对所述轮式拖拉机进行大滑转率作业控制，其中，b表示所述轮式拖拉机的大滑转率阈值。
本发明所述的控制方法的特点也在于，
所述步骤1是按照以下过程进行计算：
步骤1.1、采集t时刻轮式拖拉机变速器输出轴的转速ω(t)和从动轮转速ω1(t)；
步骤1.2、根据轮式拖拉机主减速器的减速比i和驱动轮半径r，计算所述轮式拖拉机在t时刻的速度V0(t)，并定义为理论车速；
步骤1.3、根据拖拉机从动轮半径r1，计算所述轮式拖拉机在t时刻作业时的车速V1(t)，并定义为绝对速度；
步骤1.4、利用式(1)计算所述轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000021
Figure BDA0001843954870000022
所述拖拉机小滑转率阈值a＝0.15，大滑转率阈值b＝0.30。
所述轮式拖拉机的小滑转率作业控制方法是按照以下步骤进行：
步骤3a.1、降低发动机输出转矩，若所述轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000023
则维持发动机当前工作状态；否则，则执行步骤3a.2；
步骤3a.2、在降低发动机输出转矩的同时，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t时刻的驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000024
则维持发动机与变速器当前工作状态；否则，则执行步骤3a.3；
步骤3a.3、调节机具耕深或幅宽。
所述轮式拖拉机的大滑转率作业控制方法是按照以下步骤进行：
步骤3b.1、调节机具耕深或幅宽后，若所述轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000025
则维持机具当前工作状态，并执行所述轮式拖拉机的小滑转率作业控制；否则，则执行步骤3b.2；
步骤3b.2、降低发动机输出转矩，若所述轮式拖拉机在t时刻的的驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000026
则维持机具当前工作状态，否则，则执行步骤3b.3；
步骤3b.3、降低发动机输出转矩，同时对所述轮式拖拉机的变速器进行升档。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明充分考虑了拖拉机低附着作业工况下拖拉机驱动轮的滑转现象，根据滑转率大小划分为两个区间，分别采用不同的控制方法，在满足拖拉机田间作业通过性的前提下，最大限度地保证了拖拉机在低附着作业工况下的作业质量。
2、本发明采用变速器输出轴转速传感器与从动轮转速传感器，分别得到拖拉机工作时的理论速度V0与绝对速度V1，从而可以实时计算出拖拉机驱动轮的滑转率，而采用的变速器输出轴转速传感器为拖拉机标配，从动轮转速传感器成本也较低，易于工程应用。
3、本发明充分考虑了不同土壤条件下滑转率与牵引效率的关系，合理划分小滑转范围与大滑转范围的阈值，针对不同的滑转率范围采用不同的控制方法，使拖拉机低附着作业工况下，驱动轮保持在合理的滑转率范围，有利于提高拖拉机田间作业的通过性、燃油经济性以及有利于保护土壤结构。
4、本发明充分考虑了拖拉机在小滑转范围内的作业情况，采取首先对拖拉机发动机与变速器进行调节的方式，尽可能在拖拉机小滑转范围内不对机具进行控制，从而最大程度上保证了拖拉机在小滑转范围内的作业质量。
5、本发明充分考虑了拖拉机在大滑转范围内的作业情况，优先进行机具控制，保证了拖拉机田间工作的通过性，使拖拉机能够持续作业，提高了拖拉机在低附着作业工况下的工作效率。
附图说明
图1为不同土壤条件下拖拉机滑转率与牵引效率的关系图。
具体实施方式
本实施例中，一种用于轮式拖拉机低附着作业工况的控制方法，是轮式拖拉机田间工作时，实时采集拖拉机变速器输出轴的转速ω(t)和从动轮转速ω1(t)并计算拖拉机驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000031
当土壤湿度较大或土壤松软，拖拉机驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000032
时，拖拉机为低附着作业工况，合理设置阈值a和b，将低附着作业工况划分为大滑转范围与小滑转范围，并分别采用不同的控制方式：小滑转率作业工况时优先对发动机与变速器进行调节，尽可能不改变机具位置，最大限度地保证了拖拉机低附着工况作业的作业质量；大滑转率作业工况时优先调节机具位置，保证了拖拉机在低附着作业的通过性，提高拖拉机在低附着作业工况下的工作效率。
下面结合图1，具体的来说是按以下步骤进行的：
步骤1、拖拉机在田间工作时，实时计算轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000033
计算驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000034
的方法如下：
步骤1.1、利用安装在拖拉机变速器输出轴和拖拉机从动轮的转速传感器实时采集t时刻轮式拖拉机变速器输出轴的转速ω(t)和从动轮转速ω1(t)；
步骤1.2、根据轮式拖拉机主减速器的减速比i和驱动轮半径r，利用式(1)计算轮式拖拉机在t时刻的速度V0(t)，并定义为理论车速：
Figure BDA0001843954870000041
步骤1.3、根据拖拉机从动轮半径r1，利用式(2)计算轮式拖拉机在t时刻作业时的车速V1(t)，并定义为绝对速度：
V1(t)＝0.377ω1(t)r1 (2)
步骤1.4、利用式(3)计算轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000042
Figure BDA0001843954870000043
步骤2、判断
Figure BDA0001843954870000044
是否成立，若成立，则表示轮式拖拉机在t时刻处于低附着作业工况，并将低附着作业工况分为小滑转率作业工况与大滑转率作业工况；否则，令t+1赋值给t，并返回步骤1执行；其中，a表示轮式拖拉机低附着作业工况中小滑转率阈值的下限；a的值根据滑转率与牵引效率的关系确定。根据图1所示，在各种土壤条件下耕作时，轮式拖拉机的轮胎滑转率滑转率保持在0.1～0.15范围内，才能发挥较高的牵引效率，当滑转率
Figure BDA0001843954870000045
时，拖拉机工作效率不高，燃油消耗率增加，因此，将区分轮式拖拉机田间作业的正常工况与低附着作业工况的阈值a设置为0.15，并在
Figure BDA0001843954870000046
时对拖拉机进行控制使其滑转率
Figure BDA0001843954870000047
低于0.15，以保证拖拉机在田间工作时的工作质量，提高燃油经济性。
步骤3、判断
Figure BDA0001843954870000048
是否成立，若成立，则表示轮式拖拉机在t时刻处于小滑转率作业工况，并对轮式拖拉机进行小滑转率作业控制；否则，表示
Figure BDA0001843954870000049
即轮式拖拉机在t时刻处于大滑率作业工况，并对轮式拖拉机进行大滑转率作业控制，其中，b表示轮式拖拉机的大滑转率阈值的下限和小滑转率阈值的上限。b的值根据滑转率与牵引效率的关系确定。根据图1所示，在各种土壤条件下耕作时，轮式拖拉机的轮胎滑转率滑转率
Figure BDA00018439548700000410
时，牵引效率已经降至很低，因此当滑转率
Figure BDA00018439548700000411
时，拖拉机进入大滑转率工况，滑转功率损失较大，燃油经济性低，轮胎磨损严重，对土壤破坏较大，拖拉机甚至出现原地打滑无法前进的现象，应极力避免。因此，将轮式拖拉机的大滑转率阈值的下限和小滑转率阈值的上限b设置为0.30。
具体实施中，小滑转率作业控制优先对发动机与变速器进行控制，以保证拖拉机在小滑转作业工况下的工作质量，具体如下：
步骤3a.1、首先采取降低发动机输出转矩的方式，此方式易于实施，且不影响拖拉机作业质量，若轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000051
则维持发动机当前工作状态；否则，则执行步骤3a.2；
步骤3a.2、在降低发动机输出转矩的同时，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扭矩以减小滑转率，若轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000052
则维持发动机与变速器当前工作状态；否则，则执行步骤3a.3；
步骤3a.3、在对拖拉机发动机与变速器控制之后仍未时滑转率降低到合理区间时，适当调节机具耕深或幅宽，减小作业阻力，由于此时为小滑转率工况，机具调节幅度较小，对于拖拉机作业质量影响可忽略不计。
具体实施中，大滑转率作业控制优先对机具进行调节，以保证拖拉机在滑转率较大的情况下能持续工作，不至于原地打滑，保证了拖拉机在低附着工况下的通过性，具体步骤如下：
步骤3b.1、首先对机具进行调节，减小作业阻力，降低驱动轮滑转率，使滑转率
Figure BDA0001843954870000053
降低至小滑转率范围，从而转为小滑转率作业工况控制，调节机具耕深或幅宽后，若轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000054
则维持机具当前工作状态，并执行轮式拖拉机的小滑转率作业控制；否则，则执行步骤3b.2；
步骤3b.2、若调节机具至极限位置仍未使滑转率
Figure BDA0001843954870000055
则此时仍需对拖拉机发动机与变速器进行控制，首先降低发动机输出转矩，若轮式拖拉机在t时刻的的驱动轮滑转率
Figure BDA0001843954870000056
则维持机具当前工作状态，否则，则执行步骤3b.3；
步骤3b.3、若降低发动机输出转矩仍未使滑转率
Figure BDA0001843954870000057
则进一步对变速器进行控制，在降低发动机输出转矩的同时对所述轮式拖拉机的变速器进行升档。
实施例：本实施例使用本发明的轮式拖拉机低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。
某型拖拉机部分参数如下：主减速器传动比i＝6.5，驱动轮半径r＝0.6025m，从动轮半径r1＝0.58m。实时采集变速器输出轴转速ω(t)与从动轮转速ω1(t)，在t0时刻，检测变速器输出轴转速ω(t0)＝143rad/min，从动轮转速ω1(t0)＝18.5rad/min，根据式(1)，式(2)，式(3)，计算得滑转率
Figure BDA0001843954870000061
理论车速V0(t0)＝5km/h，绝对车速V1(t0)＝4.05km/h，处于小滑转率工况，首先适当降低发动机输出转矩，在t1时刻，变速器输出轴转速降低为ω(t1)＝135rad/min，从动轮转速ω1(t1)＝18.5rad/min，根据式(1)，式(2)，式(3)，计算得滑转率
Figure BDA0001843954870000062
理论车速V0(t1)＝4.72km/h，绝对车速V1(t1)＝4.05km/h，则此时拖拉机驱动轮滑转率处于正常区间范围内，保持此状态继续工作；在t2时刻，检测到变速器输出轴转速ω(t2)＝160rad/min，从动轮转速ω1(t2)＝17rad/min，根据式(1)，式(2)，式(3)，计算得滑转率
Figure BDA0001843954870000063
理论车速V0(t2)＝5.59km/h，绝对车速V1(t2)＝3.72km/h，此时处于大滑转率区间，首先对拖拉机机具调节，以减小拖拉机的作业阻力，适当调节机具后t3时刻，检测到变速器输出轴转速ω(t3)＝160rad/min，从动轮转速ω1(t3)＝21rad/min，根据式(1)，式(2)，式(3)，计算得滑转率
Figure BDA0001843954870000064
理论车速V0(t3)＝5.59km/h，绝对车速V1(t3)＝4.59km/h，此时滑转率降低至小滑转工况范围，则改用小滑转工况控制，停止调节机具，改为对拖拉机发动机与变速器进行控制。
综上所述，采用本发明的轮式拖拉机低附着作业工况控制方法，可以根据拖拉机在田间工作的驱动轮滑转率大小将低附着工况划分为小滑转率作业工况与大滑转率作业工况，分别采用不同的控制方式，从而在保证拖拉机在低附着工况时的通过性的前提下，最大限度地保证了拖拉机的作业质量。

Claims (3)

1.一种用于轮式拖拉机低附着作业工况的控制方法，其特征在于是按如下步骤进行：
步骤1、实时计算轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure FDA0003041986760000011
步骤1.1、采集t时刻轮式拖拉机变速器输出轴的转速ω(t)和从动轮转速ω1(t)；
步骤1.2、根据轮式拖拉机主减速器的减速比i和驱动轮半径r，计算所述轮式拖拉机在t时刻的速度V0(t)，并定义为理论车速；
步骤1.3、根据拖拉机从动轮半径r1，计算所述轮式拖拉机在t时刻作业时的车速V1(t)，并定义为绝对速度；
步骤1.4、利用式(1)计算所述轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure FDA0003041986760000012
Figure FDA0003041986760000013
步骤2、判断
Figure FDA0003041986760000014
是否成立，若成立，则表示所述轮式拖拉机在t时刻处于低附着作业工况，并将所述低附着作业工况分为小滑转率作业工况与大滑转率作业工况；否则，令t+1赋值给t，并返回步骤1执行；其中，a表示所述轮式拖拉机的小滑转率阈值；
步骤3、判断
Figure FDA0003041986760000015
是否成立，若成立，则表示所述轮式拖拉机在t时刻处于小滑转率作业工况，并对所述轮式拖拉机进行小滑转率作业控制；否则，表示
Figure FDA0003041986760000016
即所述轮式拖拉机在t时刻处于大滑率作业工况，并对所述轮式拖拉机进行大滑转率作业控制，其中，b表示所述轮式拖拉机的大滑转率阈值；
所述轮式拖拉机的小滑转率作业控制方法是按照以下步骤进行：
步骤3a.1、降低发动机输出转矩，若所述轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure FDA0003041986760000017
则维持发动机当前工作状态；否则，则执行步骤3a.2；
步骤3a.2、在降低发动机输出转矩的同时，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t时刻的驱动轮滑转率
Figure FDA0003041986760000018
则维持发动机与变速器当前工作状态；否则，则执行步骤3a.3；
步骤3a.3、调节机具耕深或幅宽。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述拖拉机小滑转率阈值a＝0.15，大滑转率阈值b＝0.30。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述轮式拖拉机的大滑转率作业控制方法是按照以下步骤进行：
步骤3b.1、调节机具耕深或幅宽后，若所述轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure FDA0003041986760000021
则维持机具当前工作状态，并执行所述轮式拖拉机的小滑转率作业控制；否则，则执行步骤3b.2；
步骤3b.2、降低发动机输出转矩，若所述轮式拖拉机在t时刻的驱动轮滑转率
Figure FDA0003041986760000022
则维持机具当前工作状态，否则，则执行步骤3b.3；
步骤3b.3、降低发动机输出转矩，同时对所述轮式拖拉机的变速器进行升档。
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