CN110040140B - 一种轮毂液压驱动系统的蠕行模式温度补偿调速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明旨在解决车辆在蠕行模式下，轮毂液压驱动系统的温升问题以及温度变化对控制精度的干扰等问题，提出了一种轮毂液压驱动系统的蠕行模式温度补偿调速控制方法，属于汽车控制系统。该控制方法包括：在蠕行模式下，根据液压系统闭式回路的调速特性，将轮毂液压驱动系统看成一个液压无级调速器，以发动机最优为目标，并考虑到由温度、压力等状态变化引起的泵和马达的效率变化对液压回路的动力传递的影响，引入补偿因子进行液压无级调速控制。本发明提供的方法通过增加温度补偿模块，调节发动机工作点至最优线，保证发动机工作在高效率区，提升了轮毂液压驱动系统温度适应能力，提高了系统的承载能力，同时有一定的节能效果。

Description

一种轮毂液压驱动系统的蠕行模式温度补偿调速控制方法

技术领域

本发明属于汽车控制系统，更确切地说，本发明涉及轮毂液压驱动系统的蠕行模式控制方法。

背景技术

重型车辆经常行驶在矿山路面、泥雪道路等恶劣路面下，容易出现车轮打滑而导致驱动力不足的情况。在传统重型车辆上加装一套轮毂液压马达辅助驱动系统，通过液压泵带动非驱动轮轮毂内的液压马达进行辅助驱动，可以使车辆短时进入四轮驱动模式，提高在低附着系数路面下的牵引性能和通过性。重型车辆的工作环境复杂且恶劣，经常需要低速移动，可能会出现整车机械传动系统无法正常工作的极端情况，如变速箱损坏或传动轴断裂等，蠕行模式是为轮毂液压辅助驱动车辆提供的一种应急驱动模式。

油液温升问题是液压系统普遍存在的，液压系统的温升问题是影响系统性能正常发挥的重要因素。油液温度的变化对液压元件的性能及控制精度的影响很大，在设计系统控制策略时有必要考虑温度带来的影响，通过必要的方式来弥补这些性能的变化。根据轮毂液压驱动系统的特点，设计一套轮毂液压驱动系统的蠕行模式温度补偿调速控制方法，将有效提升系统温度适应能力。

国外企业已经推出应用轮毂液压驱动系统的相关产品，如德国的的博世力士乐公司推出了液力牵引辅助系统；法国的波克兰公司推出了静液压辅助驱动系统。近几年国内学者也展开了轮毂液压驱动系统的研发。如中国专利公布号为CN103660915A，公布日为2014年3月 26日，公开了一种轮毂马达液压驱动系统变量泵排量控制方法，该控制方法通过静态调节和 PI调节控制变量泵排量，使汽车前轮轮速与后轮轮速到达一致，提高了整车的通过性能，但该专利对变量泵排量的控制并未考虑油液温度变化对系统及其控制品质的影响。中国专利号为CN108087346A，公布日为2018年5月29日，公开了一种轮毂马达液压驱动系统蓄能器流量控制方法，该控制方法采用增量式PID调节对定量马达进油压力进行反馈控制，实现蓄能器能量的在线调节，提高了整车的经济性。现有公开专利提出了轮毂液压驱动系统变量泵排量的控制方法，但是没有考虑温度变化的影响因素，没有提出温度补偿的方法，本专利针对轮毂液压驱动系统的蠕行模式，制定相应的温度补偿调速控制方法，对提升系统温度适应能力和节能，提高系统的承载能力都有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有轮毂液压辅助驱动车辆系统在蠕行模式下，轮毂液压驱动系统的温升问题以及温度变化对控制精度的干扰等问题，提出了一种轮毂液压驱动系统的蠕行模式温度补偿调速控制方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：包括下列步骤：

第一步，输入系统参数

输入车轮半径、主减速比、液压变量泵最大排量、液压马达排量、需求功率表、发动机节气门开度表、发动机最优曲线表、液压泵容积效率表、液压马达容积效率表；

需求功率表描述的是需求功率和加速踏板的对应关系，该表的制定可由现有公开技术计算得到或根据车辆试验标定得到；

发动机节气门开度表描述的是发动机节气门开度和需求功率、发动机转速之间的对应关系，该表的制定可由现有公开技术计算得到或根据发动机台架试验标定得到；

发动机最优曲线表描述的是需求功率和发动机最优目标转速之间的对应关系，该表的制定可由现有公开技术计算得到或根据发动机台架试验标定得到；

液压泵容积效率表描述的是液压泵容积效率和液压泵实际开度、液压泵转速、液压泵进口油温、液压泵进出口压力差之间的对应关系，该表的制定可由现有公开技术计算得到或根据液压泵台架试验标定得到；

液压马达容积效率表描述的是液压马达容积效率和液压马达转速、液压马达进口油温、液压马达进出口压力差之间的对应关系，该表的制定可由现有公开技术计算得到或根据液压马达台架试验标定得到；

第二步，采集系统反馈信号

通过CAN线或者硬线采集系统反馈信号，包括蠕行模式开关信号、加速踏板信号、车速信号、发动机转速信号、液压泵实际开度信号、液压泵转速信号、液压泵进口油温信号、液压泵进出口压力差信号、液压马达转速信号、液压马达进口油温信号、液压马达进出口压力差信号；

第三步，确认蠕行模式开启

根据蠕行模式开关信号，判断蠕行模式是否开启，若蠕行模式开启，则继续执行第四步；若蠕行模式关闭，则退出；

第四步，查表得到需求功率

根据加速踏板信号和需求功率表，经过查表运算，得到需求功率；

第五步，查表得到发动机节气门目标开度

根据需求功率、发动机转速和发动机节气门开度表，经过查表运算，得到发动机节气门目标开度，该节气门目标开度信号传递给发动机控制器；

第六步，查表得到发动机最优目标转速

根据需求功率和发动机最优曲线，经过查表运算，得到发动机最优目标转速；

第七步，求解轮毂液压驱动系统蠕行模式目标速比

根据公式(1)计算轮毂液压驱动系统蠕行模式目标速比

式中，i_{HCVT_target}——轮毂液压驱动系统蠕行模式目标速比

r——车轮半径，m

n_{e_opt}——发动机最优目标转速，rpm

i₀——主减速比

u_a——车速信号，km/h

第八步，求解液压泵理论开度

根据第七步计算得到的轮毂液压驱动系统蠕行模式目标速比i_{HCVT_target}和公式(2)计算液压泵理论开度

式中，D_{p_th}——液压泵理论开度

V_m——液压马达排量，cm³/rev

V_pmax——液压变量泵最大排量，cm³/rev

第九步，查表得到液压泵容积效率和液压马达容积效率

根据液压泵实际开度信号、液压泵转速信号、液压泵进口油温信号、液压泵进出口压力差信号和液压泵容积效率表，经查表运算，得到液压泵容积效率；根据液压马达转速、液压马达进口油温、液压马达进出口压力差和液压马达容积效率表，经查表运算，得到液压马达容积效率；

第十步，求解补偿因子

根据式(3)计算补偿因子

式中，k_comps——补偿因子

η_pv——液压泵容积效率

η_mv——液压马达容积效率

第十一步，求解液压泵实际目标开度

根据式(4)计算液压泵实际目标开度，该值即为最终控制的液压泵目标开度

D_p＝D_{p_th}·k_comps (4)

式中，D_p——液压泵实际目标开度。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的一种轮毂液压驱动系统的蠕行模式温度补偿调速控制方法是针对轮毂液压驱动系统的油温变化问题展开控制策略研究，通过引入补偿因子，弥补了油液温度变化对液压性能的影响，有效提升了系统的温度适应能力，提高控制精度；

2.本发明所述的一种轮毂液压驱动系统的蠕行模式温度补偿调速控制方法增加温度补偿模块之后，弥补了系统动力损失，提高了轮毂液压驱动系统的起步加速能力，提升了系统低速下的承载性能；

3.本发明所述的一种轮毂液压驱动系统的蠕行模式温度补偿调速控制方法，在蠕行模式下通过调节泵开度值就可以改变发动机至车轮的速比大小，实现无级调速控制，从而保证了发动机工作在高效率区，达到节能效果。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是轮毂液压驱动系统的蠕行模式示意图；

图2是轮毂液压驱动系统变量泵-定量马达调速回路图；

图3是蠕行模式温度补偿调速控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明公开了一种轮毂液压驱动系统的蠕行模式温度补偿调速控制方法，采用CAN线或者硬线采集系统反馈信号，包括蠕行模式开关信号、加速踏板信号、车速信号、发动机转速信号、液压泵实际开度信号、液压泵转速信号、液压泵进口油温信号、液压泵进出口压力差信号、液压马达转速信号、液压马达进口油温信号、液压马达进出口压力差信号。该控制系统的基本原理是由采集到的蠕行模式的开关信号确定蠕行模式开启，根据液压系统闭式回路的调速特性，将轮毂液压驱动系统看成一个液压无级调速器，类比无级变速器的速比控制思想，以发动机最优为目标，增加温度补偿模块，引入温度补偿因子进行无级调速控制。它的核心包括无级调速控制和温度补偿模块相结合的控制方法。该控制系统应用于轮毂液压驱动系统，当轮毂液压辅助驱动车辆出现传统机械传动系失效时，如传动轴断裂、变速箱失效等，可以开启蠕行模式，增加对温度的补偿，通过液压回路的无级调速控制，调节发动机转速使其工作在最优工作点上，达到发动机最佳经济性运行，能有效提升系统温度适应能力，提高系统控制精度。接下来具体说明实现轮毂液压驱动系统的蠕行模式温度补偿调速控制思路。

参阅图1本发明所述的蠕行模式是为轮毂液压辅助驱动车辆提供的一种应急驱动模式，当车辆出现传统机械传动系失效时，如传动轴断裂、变速箱失效等，可以开启蠕行模式，仅用轮毂液压驱动系统带动前轮驱动车辆行驶。变量泵从发动机处获得动力，驱动液压马达，带动前轮运动。

参阅图2，该轮毂液压驱动系统回路为变量泵-定量马达闭式回路，属于容积式调速回路。该回路通过调节变量泵的输出排量，改变流入液压马达的流量大小，从而可以改变马达的转速和转向，实现调速。

下面参阅图3，分步具体叙述轮毂液压驱动系统的蠕行模式温度补偿调速控制方法。

第一步，输入系统参数

输入车轮半径、主减速比、液压变量泵最大排量、液压马达排量、需求功率表、发动机节气门开度表、发动机最优曲线表、液压泵容积效率表、液压马达容积效率表；

需求功率表描述的是需求功率和加速踏板的对应关系，该表的制定可由现有公开技术计算得到或根据车辆试验标定得到；

发动机节气门开度表描述的是发动机节气门开度和需求功率、发动机转速之间的对应关系，该表的制定可由现有公开技术计算得到或根据发动机台架试验标定得到；

发动机最优曲线表描述的是需求功率和发动机最优目标转速之间的对应关系，该表的制定可由现有公开技术计算得到或根据发动机台架试验标定得到；

液压泵容积效率表描述的是液压泵容积效率和液压泵实际开度、液压泵转速、液压泵进口油温、液压泵进出口压力差之间的对应关系，该表的制定可由现有公开技术计算得到或根据液压泵台架试验标定得到；

液压马达容积效率表描述的是液压马达容积效率和液压马达转速、液压马达进口油温、液压马达进出口压力差之间的对应关系，该表的制定可由现有公开技术计算得到或根据液压马达台架试验标定得到；

第二步，采集系统反馈信号

通过CAN线或者硬线采集系统反馈信号，包括蠕行模式开关信号、加速踏板信号、车速信号、发动机转速信号、液压泵实际开度信号、液压泵转速信号、液压泵进口油温信号、液压泵进出口压力差信号、液压马达转速信号、液压马达进口油温信号、液压马达进出口压力差信号；

第三步，确认蠕行模式开启

根据蠕行模式开关信号，判断蠕行模式是否开启，若蠕行模式开启，则继续执行第四步；若蠕行模式关闭，则退出；

第四步，查表得到需求功率

根据加速踏板信号和需求功率表，经过查表运算，得到需求功率；

第五步，查表得到发动机节气门目标开度

根据需求功率、发动机转速和发动机节气门开度表，经过查表运算，得到发动机节气门目标开度，该节气门目标开度信号传递给发动机控制器；

第六步，查表得到发动机最优目标转速

根据需求功率和发动机最优曲线，经过查表运算，得到发动机最优目标转速；

第七步，求解轮毂液压驱动系统蠕行模式目标速比

根据公式(1)计算轮毂液压驱动系统蠕行模式目标速比

式中，i_{HCVT_target}——轮毂液压驱动系统蠕行模式目标速比

r——车轮半径，m

n_{e_opt}——发动机最优目标转速，rpm

i₀——主减速比

u_a——车速信号，km/h

第八步，求解液压泵理论开度

根据第七步计算得到的轮毂液压驱动系统蠕行模式目标速比i_{HcVT_target}和公式(2)计算液压泵理论开度

式中，D_{p_th}——液压泵理论开度

V_m——液压马达排量，cm³/rev

V_pmax——液压变量泵最大排量，cm³/rev

第九步，查表得到液压泵容积效率和液压马达容积效率

根据液压泵实际开度信号、液压泵转速信号、液压泵进口油温信号、液压泵进出口压力差信号和液压泵容积效率表，经查表运算，得到液压泵容积效率；根据液压马达转速、液压马达进口油温、液压马达进出口压力差和液压马达容积效率表，经查表运算，得到液压马达容积效率；

第十步，求解补偿因子

根据式(3)计算补偿因子

式中，k_comps——补偿因子

η_pv——液压泵容积效率

η_mv——液压马达容积效率

第十一步，求解液压泵实际目标开度

根据式(4)计算液压泵实际目标开度，该值即为最终控制的液压泵目标开度

D_p＝D_{p_th}·k_comps (4)

式中，D_p——液压泵实际目标开度。

Claims (1)

1.一种轮毂液压驱动系统的蠕行模式温度补偿调速控制方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步，输入系统参数

输入车轮半径、主减速比、液压变量泵最大排量、液压马达排量、需求功率表、发动机节气门开度表、发动机最优曲线表、液压泵容积效率表、液压马达容积效率表；

第二步，采集系统反馈信号

通过CAN线或者硬线采集系统反馈信号，包括蠕行模式开关信号、加速踏板信号、车速信号、发动机转速信号、液压泵实际开度信号、液压泵转速信号、液压泵进口油温信号、液压泵进出口压力差信号、液压马达转速信号、液压马达进口油温信号、液压马达进出口压力差信号；

第三步，确认蠕行模式开启

根据蠕行模式开关信号，判断蠕行模式是否开启，若蠕行模式开启，则继续执行第四步；若蠕行模式关闭，则退出；

第四步，查表得到需求功率

根据加速踏板信号和需求功率表，经过查表运算，得到需求功率；

第五步，查表得到发动机节气门目标开度

根据需求功率、发动机转速和发动机节气门开度表，经过查表运算，得到发动机节气门目标开度，该节气门目标开度信号传递给发动机控制器；

第六步，查表得到发动机最优目标转速

根据需求功率和发动机最优曲线，经过查表运算，得到发动机最优目标转速；

第七步，求解轮毂液压驱动系统蠕行模式目标速比

根据公式(1)计算轮毂液压驱动系统蠕行模式目标速比

式中，i_{HCVT_target}——轮毂液压驱动系统蠕行模式目标速比

r——车轮半径，m

n_{e_opt}——发动机最优目标转速，rpm

i₀——主减速比

u_a——车速信号，km/h

第八步，求解液压泵理论开度

根据第七步计算得到的轮毂液压驱动系统蠕行模式目标速比i_{HCVT_target}和公式(2)计算液压泵理论开度

式中，D_{p_th}——液压泵理论开度

V_m——液压马达排量，cm³/rev

V_pmax——液压变量泵最大排量，cm³/rev

第九步，查表得到液压泵容积效率和液压马达容积效率

根据液压泵实际开度信号、液压泵转速信号、液压泵进口油温信号、液压泵进出口压力差信号和液压泵容积效率表，经查表运算，得到液压泵容积效率；根据液压马达转速、液压马达进口油温、液压马达进出口压力差和液压马达容积效率表，经查表运算，得到液压马达容积效率；

第十步，求解补偿因子

根据式(3)计算补偿因子

式中，k_comps——补偿因子

η_pv——液压泵容积效率

η_mv——液压马达容积效率

第十一步，求解液压泵实际目标开度

根据式(4)计算液压泵实际目标开度，该值即为最终控制的液压泵目标开度

D_p＝D_{p_th}·k_comps (4)

式中，D_p——液压泵实际目标开度。

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