CN110091703B - 一种轮毂液压驱动系统极限状态的泵排量限制方法 - Google Patents

Abstract

本发明旨在解决现有轮毂液压驱动系统在恶劣工况下工作时出现压力饱和、油温过高等极限状态，造成系统溢流流量增加、损失增大、工作效率降低等问题，提出了一种轮毂液压驱动系统极限状态的泵排量限制方法。本方法通过在系统中添加油温和压差工作限值判断模块，对油温和压差超出工作限值范围的泵排量进行温度或压力限制控制，使系统油温尽快回归适宜范围，并减少系统溢流损失。本发明提供的方法通过对油温和压差超出工作限值范围的泵排量进行限制，可以减少极限状态下可能引发的系统故障，协调系统的动力性、高效性及安全性之间的矛盾，提高整车安全性。

Description

一种轮毂液压驱动系统极限状态的泵排量限制方法

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极限状态的泵排量限制方法。

背景技术

重型商用车常常工作在泥泞、积水、沙地、陡坡等恶劣路况下，容易发生后轮打滑、整车驱动力不足等问题。轮毂液压驱动系统是在传统重型车辆的前轮中安装液压马达，使车辆从传统的后轮驱动变为四轮驱动的一种驱动系统，该系统可以提高整车牵引力，实现脱困、爬坡等短时助力功能。但是，在这样恶劣的工况下工作，液压系统很可能出现压力饱和、油温过高等极限状况。压力达到饱和后，会造成溢流流量增加，损失增大，不利于能量的高效利用，而系统油温过高，不仅会使系统工作效率下降，还会对整车性能造成影响，甚至威胁整车安全。运用轮毂液压驱动系统极限状态的泵排量限制方法可以解决这一问题，通过对轮毂液压驱动系统的泵排量进行限制，可以使处于偏高或偏低范围的工作温度尽快回归适宜工作范围，同时，使系统进入压力饱和状态后的系统溢流流量减少，系统效率提高，避免系统在极限状态长时间工作，有效地发挥出轮毂液压驱动系统的优势，提高整车安全性。

日本、欧美等的一些车企如力士乐、波克兰、MAN等公司都已相继推出了自己的轮毂液压驱动车辆，并将其成功运用于实车。近几年，为充分运用液压驱动系统的突出优势以满足实际工程需要，国内学者也对轮毂液压驱动系统展开了相关研究，如中国专利公布号为CN103660915A，公布日为2014-03-26，公开了一种轮毂马达液压驱动系统变量泵排量控制方法，该方法采用前馈+反馈的控制方法使汽车前轮转速能够跟随后轮转速，达到轮速跟随的目的，使整车的滑转效率达到最佳，但该专利并未提出轮毂液压驱动系统如何应对极限状态的确切方法；对于其它液压系统极限状态的泵排量控制方法的研究，如中国专利公布号为CN102937085A，公布日为2013-02-20，公开了一种正流量挖掘机液压泵排量调节方法，由每个阀的先导压力和液压泵出口压力共同调节主泵排量，减小了系统流量波动和响应时间，提高了工作效率，但没有对液压系统油温过高或过低时的泵排量进行限制。针对轮毂液压驱动系统的特点，制定相应极限状态的泵排量限制方法，对提高重型商用车的能量利用率，减少极限状态下故障发生率，提高整车安全性等方面都具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决现有轮毂液压驱动系统在极限状态下系统压力、油温过高，系统效率下降、安全性降低等问题，提供了一种极限状态的泵排量限制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案来实现，包括下列步骤：

第一步，控制器获取所需传感器信息

在进行系统泵排量限制之前，控制器通过传感器获取轮毂液压驱动系统当前油温和当前主回油路压差；

第二步，泵排量的温度分段限制控制

轮毂液压驱动系统正常工作时，系统油温维持在温度较低阈值T_low和温度较高阈值T_hig范围之间，当轮毂液压驱动系统处于温度偏高或偏低状态时，系统油温位于温度最低限制阈值T_min和温度较低阈值T_low范围之间或温度较高阈值T_hig和温度最高限制阈值T_max范围之间，当系统油温超过最高限制阈值和最低限制阈值时，不允许系统工作，根据上述四个系统温度控制阈值，将系统温度范围划分为(-∞,T_min)、[T_min,T_low)、[T_low,T_hig)、[T_hig,T_max)、[T_max,+∞)五个区间，进行分段控制，在上述五个不同温度分段区间分别对泵排量采用不同限制操作，则温度限制后的泵目标开度为

式中，D_{p_lim1}——温度限制后的泵目标开度

D_p——限制前的泵目标开度

T_cur——轮毂液压驱动系统当前油温

T_min——温度最低限制阈值

T_max——温度最高限制阈值

T_low——温度较低阈值

T_hig——温度较高阈值

k₁、k₂——控制增益值，可以通过试验标定得到

第三步，高压状态的泵排量限制控制

首先，记录当前泵目标开度值，并保存上一步泵目标开度值，然后，比较系统当前主回油路压差与系统主回油路最高压差的大小，如果系统当前主回油路压差小于等于系统主回油路最高压差，则系统最终泵目标开度值即为当前泵目标开度值；如果系统当前主回油路压差大于系统主回油路最高压差，则还需比较当前泵目标开度值与上一步泵目标开度值的大小，如果当前泵目标开度值大于上一步泵目标开度值，则系统最终泵目标开度值为上一步泵目标开度值，如果当前泵目标开度值小于等于上一步泵目标开度值，则系统最终泵目标开度值为当前泵目标开度值。

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极限状态的泵排量限制方法从软件控制层面对系统极限状态进行限制，而不需要增加冷却器等硬件部件，节约了改造成本，支持快速刷写，缩短了设计改造周期；

2.本发明所述的一种轮毂液压驱动系统极限状态的泵排量限制方法通过对油温过高或过低状态下的泵排量进行限制，使系统油温尽快回归正常工作范围，保证了系统良好的工作效率和工作性能；

3.本发明所述的一种轮毂液压驱动系统极限状态的泵排量限制方法通过对高压状态下的泵排量进行限制，减少了系统溢流流量、降低了系统损失，保证了能量的高效利用；

4.本发明所述的一种轮毂液压驱动系统极限状态的泵排量限制方法通过对液压系统施加一定的干预控制，在保证系统的动力性的同时，减少了系统发生故障的概率，提高了整车安全性。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明所述轮毂液压驱动车辆构型图；

图2为本发明所述轮毂液压驱动系统极限状态的泵排量限制控制流程示意图；

图3为本发明所述泵排量的温度分段限制控制示意图；

图4为本发明所述高压状态的泵排量限制控制流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的物理量或具有相同或类似意义的物理量。且下面通过参考附图所描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护范围。下面结合附图对本发明做详细的描述：

本发明公开了一种轮毂液压驱动系统极限状态的泵排量限制方法，设置了五个不同温度分段区间，分别对泵排量进行温度分段限制控制，并通过比较系统当前主回油路压差与主回油路最高压差的大小来限制高压状态下的泵目标开度。该控制系统的基本原理是通过采用温度限制控制和压力限制控制来调节泵目标开度，使系统尽快回归正常工作范围，减少系统损失，保证整车性能。

参阅图1，该控制系统运用于图中所示轮毂液压驱动车辆，发动机输出动力通过机械路径传递给后轮，通过液压路径传递给前轮，前后轮在路面耦合，共同驱动车辆行驶。机械路径动力传递经过离合器、变速器、主减速器，最后传到后轮；液压路径动力传递经过取力器、万向节，传到变量泵组件，变量泵组件连接液压组合阀，通过控制液压泵排量控制前轮轮毂中的液压马达转速，而液压泵排量可以通过改变泵开度值来调节，变量泵组件、液压组合阀和液压马达共同组成泵控马达系统闭式回路，该回路包括主油路和回油路，主油路和回油路的压力差称为主回油路压差。

参阅图2，本发明所述的一种轮毂液压驱动系统极限状态的泵排量限制方法包括温度限制控制方法和压力限制控制方法，下面分步具体叙述轮毂液压驱动系统极限状态的泵排量限制方法。包括下列步骤：

第一步，控制器获取所需传感器信息

温度和压力是表征系统工作状态的关键变量，以它们作为系统极限状态的检测量，对系统泵排量进行限制控制，在进行系统泵排量限制之前，控制器通过温度传感器获取系统当前油温，通过压力传感器获取系统当前主回油路压差，具体地说，检测的系统油温是泵进出口平均油温，系统主回油路压差是主油路和回油路的压力差；

第二步，泵排量的温度分段限制控制

轮毂液压驱动系统正常工作时，系统油温维持在温度较低阈值T_low和温度较高阈值T_hig范围之间，当轮毂液压驱动系统处于温度偏高或偏低状态时，系统油温位于温度最低限制阈值T_min和温度较低阈值T_low范围之间或温度较高阈值T_hig和温度最高限制阈值T_max范围之间，根据上述四个系统温度控制阈值，将系统温度范围划分为(-∞,T_min)、[T_min,T_low)、[T_low,T_hig)、[T_hig,T_max)、[T_max,+∞)五个区间，进行分段控制，在上述五个不同温度分段区间分别对泵排量采用不同限制操作，则温度限制后的泵目标开度为

式中，D_{p_lim1}——温度限制后的泵目标开度

D_p——限制前的泵目标开度

T_cur——液压系统当前油温

T_min——温度最低限制阈值

T_max——温度最高限制阈值

T_low——温度较低阈值

T_hig——温度较高阈值

k₁、k₂——控制增益值，可以通过试验标定得到

参阅图3，温度限制控制具体过程为，在超出最高或最低工作温度时，关闭液压驱动系统以防止油温过高或过低对液压系统造成损害；在正常适宜的工作温度内泵排量不做限制，泵目标开度值即为不做任何限制的原始泵目标开度值；当前工作温度处于偏高或偏低范围时，对泵排量施加限制使系统油温尽快回归适宜工作范围，避免系统在适宜工作范围以外长时间工作，当工作温度处于偏低范围，目标泵开度值逐渐增大，直至油温回归正常工作范围，当工作温度处于偏高范围，目标泵开度值逐渐减小，直至油温回归正常工作范围；

第三步，高压状态的泵排量限制控制

当系统达到高压状态时，同样需要考虑泵排量限制措施，系统达到主回油路最高压差后，便进入压力饱和状态，溢流阀开始溢流，此后若继续增加泵排量，不但达不到增加液压系统输出的目的，反而会使溢流流量增多，增加系统损失，使系统效率降低，所以当系统处于高压状态时，需要进行泵排量压力限制控制，制定轮毂液压驱动系统闭式回路在高压状态下的泵排量限制控制规则为：当闭式回路的主回油路压差达到主回油路最高压差后，若控制目标有想要继续增大泵排量的趋势，则保持当前泵开度值而不再继续增大。

参阅图4，压力限制控制具体过程为，首先，获取系统当前主回油路压差Δp和当前泵目标开度值D_{p_cur}，并保存上一步泵目标开度值D_{p_last}，然后比较系统当前主回油路压差Δp与主回油路最高压差Δp_max的大小，如果系统当前主回油路压差Δp小于等于主回油路最高压差Δp_max，则系统最终泵目标开度值D_{p_ctrl}即为当前泵目标开度值D_{p_cur}；如果系统当前主回油路压差Δp大于主回油路最高压差Δp_max，则还需比较当前泵目标开度值D_{p_cur}与上一步泵目标开度值D_{p_last}的大小，如果当前泵目标开度值D_{p_cur}大于上一步泵目标开度值D_{p_last}，则最终泵目标开度值D_{p_ctrl}为上一步泵目标开度值D_{p_last}，如果当前泵目标开度值D_{p_cur}小于等于上一步泵目标开度值D_{p_last}，则最终泵目标开度值D_{p_ctrl}为当前泵目标开度值D_{p_cur}。

Claims (1)

1.一种轮毂液压驱动系统极限状态的泵排量限制方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步，控制器获取所需传感器信息

在进行系统泵排量限制之前，控制器通过传感器获取轮毂液压驱动系统当前油温和当前主回油路压差；

第二步，泵排量的温度分段限制控制

轮毂液压驱动系统正常工作时，系统油温维持在温度较低阈值T_low和温度较高阈值T_hig范围之间，当轮毂液压驱动系统处于温度偏高或偏低状态时，系统油温位于温度最低限制阈值T_min和温度较低阈值T_low范围之间或温度较高阈值T_hig和温度最高限制阈值T_max范围之间，当系统油温超过最高限制阈值和最低限制阈值时，不允许系统工作，根据上述四个系统温度控制阈值，将系统温度范围划分为(-∞,T_min)、[T_min,T_low)、[T_low,T_hig)、[T_hig,T_max)、[T_max,+∞)五个区间，进行分段控制，在上述五个不同温度分段区间分别对泵排量采用不同限制操作，则温度限制后的泵目标开度为

式中，D_{p_lim1}——温度限制后的泵目标开度

D_p——限制前的泵目标开度

T_cur——轮毂液压驱动系统当前油温

T_min——温度最低限制阈值

T_max——温度最高限制阈值

T_low——温度较低阈值

T_hig——温度较高阈值

k₁、k₂——控制增益值，可以通过试验标定得到

第三步，高压状态的泵排量限制控制

首先，记录当前泵目标开度值，并保存上一步泵目标开度值，然后，比较系统当前主回油路压差与系统主回油路最高压差的大小，如果系统当前主回油路压差小于等于系统主回油路最高压差，则系统最终泵目标开度值即为当前泵目标开度值；如果系统当前主回油路压差大于系统主回油路最高压差，则还需比较当前泵目标开度值与上一步泵目标开度值的大小，如果当前泵目标开度值大于上一步泵目标开度值，则系统最终泵目标开度值为上一步泵目标开度值，如果当前泵目标开度值小于等于上一步泵目标开度值，则系统最终泵目标开度值为当前泵目标开度值。

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