CN110953318A - 一种机械液压复合传动装置及控制方法 - Google Patents

一种机械液压复合传动装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机械液压复合传动装置及控制方法,包括输入轴、分流机构、液压传动组件、机械传动组件、汇流机构和输出轴，所述输入轴通过分流机构与相互并联的液压传动组件和机械传动组件连接，所述液压传动组件和机械传动组件通过汇流机构分别与输出轴连接；有益效果：本发明将行星齿轮结构与制动器和离合器的切换相结合，实现功率分流与汇流结构形式的转换。实现正向传动和反向传动时，功率分流和功率汇流结构形式多样化并且能够相互兼顾，有利于优化结构参数，并且避免产生循环功率，提高了传动效率。具有多模式的传动装置内设置了多种可供选择的档位，可以适应复杂工况的作业要求。采用单向变量泵和单向定量马达，大大减少了生产和维修成本。

Description

一种机械液压复合传动装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种传动装置及其控制方法，特别提供了一种能够兼顾各功率段的功率分流和功率汇流的机械液压复合传动装置及控制方法。
背景技术
大功率工程车辆作业环境恶劣，载荷变化频繁，对变速传动系统的适应性提出了较高的要求，这就要求变速传动装置适时地以不同的转速和转矩适应不同的工况要求，以保证车辆运行的动力性和燃油经济性。液压传动能够实现柔性起步，机液传动能够实现无级调速，机械传动能够实现高效变速，可分别满足起步、作业和转场工况的要求。目前，集液压、机液和机械三种传动方式为一体的复合传动装置并不多见，兼具功率分流和功率汇流的复合传动装置则更为少见。
传统的机液传动包括两种传动方式：①采用行星齿轮作为分流机构，普通齿轮作为汇流机构的功率分流传动方式；②采用普通齿轮作为分流机构，行星齿轮作为汇流机构的功率汇流传动方式。目前，机液传动的设计思路是牺牲次要工况区的传动效率和调速范围来换取主要工况区的高效传动，传统的设计思路难以兼顾包括方向变化和模式切换等各种工况的传动需要。
传统的传动装置在实现正向传动和反向传动时，功率分流和功率汇流结构形式单一、难以相互兼顾，不利于优化结构参数，并且容易产生循环功率，降低了传动效率。具有多模式的传动装置往往模式内可供选择档位较少，无法适应复杂工况的作业要求。
机电液一体化整体设计不仅涉及到传动装置自身的性能，还涉及到发动机—传动装置—行走装置的匹配，进而发展到人—机—环境一体化。就传动装置自身而言，对转速、转矩的控制集中在传动比的调节上；对发动机—传动装置—行走装置而言，涉及到传动模式的选择以及传动模式内各档位的切换，以及能量管理系统的自适应优化控制等内容；对人—机—环境一体化而言，涉及到在线有界区域的最优控制问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种机械液压复合传动装置及控制方法。本发明将功率分流和功率汇流相结合的结构形式来实现正向传动和反向传动，有利于优化结构参数，提高系统效率。
技术方案：一种机械液压复合传动装置,包括输入轴、分流机构、液压传动组件、机械传动组件、汇流机构和输出轴，所述输入轴通过分流机构与相互并联的液压传动组件和机械传动组件连接，所述液压传动组件和机械传动组件通过汇流机构分别与输出轴连接；所述分流机构包括离合器C3、分流机构太阳轮、分流机构行星架、分流机构齿圈和制动器B1，所述离合器C3分别连接分流机构太阳轮和分流机构行星架，所述制动器B1与分流机构齿圈连接；所述输入轴与分流机构太阳轮连接，所述分流机构通过分流机构齿圈与液压传动组件连接；所述分流机构分别通过分流机构太阳轮和分流机构行星架与机械传动组件连接；
所述汇流机构包括制动器B6、汇流机构齿圈、汇流机构行星架、汇流机构太阳轮和离合器C7，所述制动器B6与汇流机构齿圈连接，所述离合器C7分别连接汇流机构行星架和汇流机构太阳轮；所述汇流机构通过汇流机构齿圈与液压传动组件连接；所述汇流机构通过汇流机构太阳轮与机械传动组件连接；所述汇流机构分别通过汇流机构行星架和汇流机构太阳轮与输出轴连接。
本发明将行星齿轮结构与制动器和离合器的切换相结合，实现功率分流与汇流的结构形式的转换。在实现正向传动和反向传动时，功率分流和功率汇流结构形式多样化并且能够相互兼顾，有利于优化结构参数，并且避免产生循环功率，提高了传动效率。具有多模式的传动装置内设置了多种可供选择的档位，可以适应复杂工况的作业要求。
优选项，为了保证液压传动组件的可靠性，所述液压传动组件包括液压传动输入离合器C1、液压传动输入齿轮副、单向变量泵、液压管道、单向定量马达、换向齿轮副、液压传动输出齿轮副和液压传动输出离合器C2；所述单向变量泵通过液压传动输入齿轮副与分流机构连接，所述液压传动输入齿轮副与单向变量泵之间设有液压传动输入离合器C1，所述单向变量泵通过液压油管与单向定量马达连接，所述单向定量马达依次通过液压传动输出齿轮副和换向齿轮副与汇流机构连接，所述单向定量马达与液压传动输出齿轮副之间设有液压传动输出离合器C2。
优选项，为了保证机械传动的可靠性，所述机械传动组件包括前排太阳轮、前排行星架、前排齿圈、后排太阳轮、后排行星架、后排齿圈、离合器C4、离合器C5、离合器C6、制动器B2、制动器B3、制动器B4、制动器B5、单向离合器F1、单向离合器F2、单向离合器F3；
所述前排太阳轮通过相互并联的离合器C5和离合器C6与分流机构连接，所述离合器C5和离合器C6与前排太阳轮之间分别设有单向离合器F1和单向离合器F2，所述单向离合器F1和单向离合器F2动力传导方向相反；所述前排太阳轮还与制动器B3连接；
所述前排行星架通过离合器C4与分流机构连接，所述前排行星架与离合器C4之间设有制动器B2、前排行星架与后排齿圈固连；
所述前排齿圈分别与后排行星架和汇流机构连接；
所述后排太阳轮与相互并联的制动器B4和制动器B5连接，所述后排太阳轮与制动器B5之间设有单向离合器F3，所述单向离合器F3的制动方向为后排太阳轮的转向与分流机构行星架转向相反。
所述后排行星架分别与前排齿圈和汇流机构连接；
所述后排齿圈分别与前排行星架和分流机构连接；所述后排齿圈与分流机构之间设有相互并联的制动器B2和离合器C4。
优选项，为了保证有多档位可供选择，通过制动器和离合器之间的组合切换实现正向传动下的纯液压传动、机械液压复合传动和纯机械传动，以及反向传动下的纯液压传动、机械液压复合传动和纯机械传动，共两个方向三个类型的传动，
正向传动的三个传动类型如下：
正向纯液压传动：制动器B2、液压传动输入离合器C1、液压传动输出离合器C2、离合器C4、离合器C7接合，其他制动器和离合器分离；制动器B2和离合器C4接合，分流机构行星架锁定，分流机构太阳轮与分流机构齿圈转向相反，动力经输入轴、分流机构、液压传动组件、汇流机构至输出轴输出；所述离合器C7接合，汇流机构的汇流机构行星架和汇流机构太阳轮互锁，汇流机构整体旋转，经过换向齿轮副的作用，输入轴与输出轴转向相同；
正向纯机械传动：制动器B1、制动器B6接合，同时制动器B2、制动器B4、液压传动输入离合器C1、液压传动输出离合器C2、离合器C3、离合器C7分离；动力经输入轴、分流机构、机械传动组件、汇流机构至输出轴输出；所述制动器B1接合，分流机构齿圈锁定，分流机构太阳轮和分流机构行星架作为齿轮传动机构进行传动；所述制动器B6接合，汇流机构齿圈锁定，动力从汇流机构太阳轮经汇流机构行星架至输出轴。
正向机械液压复合传动：液压传动输入离合器C1、液压传动输出离合器C2和离合器C7接合，同时制动器B1、制动器B3、制动器B5、制动器B6、离合器C3和单向离合器F3分离；动力经输入轴至分流机构，所述分流机构将动力流分别传递至液压传动组件和机械传动组件，再经汇流机构汇流后至输出轴输出；所述离合器C3分离，分流机构行星架将输入轴传递的一部分动力传递给机械传动组件，分流机构齿圈将输入轴传递的另一部分动力传递给液压传动组件；离合器C7接合，机械传动组件的动力经汇流机构太阳轮、汇流机构行星架传递给输出轴，液压传动组件的动力经汇流机构齿圈、汇流机构行星架传递给输出轴，所述汇流机构行星架的转向在设定排量比范围内与输入轴相同；
反向传动的三个传动类型如下：
反向纯液压传动：液压传动输入离合器C1、液压传动输出离合器C2、离合器C3、离合器C7接合，其他制动器和离合器分离；离合器C3接合，分流机构太阳轮与分流机构行星架互锁，分流机构整体旋转，动力经输入轴、分流机构、液压传动组件、汇流机构至输出轴输出；所述离合器C7接合，汇流机构的汇流机构行星架和汇流机构太阳轮互锁，汇流机构整体旋转，输入轴与输出轴转向相反；
反向纯机械传动：制动器B1、制动器B2、制动器B6、离合器C6和单向离合器F2接合，其他制动器和离合器分离；所述制动器B1接合，分流机构齿圈锁定，动力从分流机构太阳轮经分流机构行星架传递至机械传动组件；所述离合器C6和单向离合器F2接合，所述机械传动组件内动力依次经过离合器C6、单向离合器F2、前排太阳轮、前排齿圈传递至汇流机构太阳轮；所述制动器B6接合，汇流机构齿圈锁定，动力从汇流机构太阳轮经汇流机构行星架至输出轴。
反向机械液压复合传动：液压传动输入离合器C1、液压传动输出离合器C2、离合器C3接合；同时制动器B1、制动器B3、制动器B5、制动器B6、离合器C7和单向离合器F3分离；动力经输入轴至分流机构，所述分流机构将动力流分别传递至液压传动组件和机械传动组件，再经汇流机构汇流后至输出轴输出；所述离合器C3接合，分流机构行星架将输入轴传递的一部分动力传递给机械传动组件，分流机构齿圈将输入轴传递的另一部分动力传递给液压传动组件；离合器C7分离，机械传动组件的动力经汇流机构太阳轮、汇流机构行星架传递给输出轴，液压传动组件的动力经汇流机构齿圈、汇流机构行星架传递给输出轴；所述汇流机构行星架的转向在设定排量比范围内与输入轴相反。
优选项，进一步确保正向机械传动档位可供选择，所述正向纯机械传动包括机械1档、机械2档、机械3档和机械4档，具体实现方法如下：
机械1档：制动器B5、单向离合器F3、离合器C6和单向离合器F2接合，同时制动器B3、离合器C4、离合器C5、单向离合器F1分离；动力依次经过离合器C6、单向离合器F2、前排太阳轮至前排行星架，在前排行星架处分流分别至前排齿圈和后排齿圈，后排齿圈经过后排行星架与前排齿圈汇流后，动力传递至汇流机构，所述制动器B5和单向离合器F3接合，后排太阳轮锁止；
机械2档：制动器B5、单向离合器F3和离合器C4接合，同时制动器B3、离合器C5、离合器C6、单向离合器F1和单向离合器F2分离；动力依次经过离合器C4、后排齿圈和后排行星架后，动力传递至汇流机构，所述制动器B5和单向离合器F3接合，后排太阳轮锁止；
机械3档：制动器B5、离合器C4、离合器C5、单向离合器F1和单向离合器F3接合，同时制动器B3、离合器C6和单向离合器F2分离；动力依次经过离合器C4、前排行星架、前排齿圈后，动力传递至汇流机构；由于离合器C5和单向离合器F1接合，使前排太阳轮不能超速旋转，其转速与前排行星架一致，使前行星排机构整体旋转；
机械4档：制动器B3和离合器C4接合，同时制动器B5、离合器C5、离合器C6、单向离合器F1、单向离合器F2和单向离合器F3分离；动力依次经过离合器C4、前排行星架、前排齿圈后，动力传递至汇流机构。
优选项，为了丰富正向复合传动的档位，所述正向机械液压复合传动包括复合传动1档、复合传动2档、复合传动3档和复合传动4档，具体实现方法如下：
正向复合1档：制动器B4、离合器C6和单向离合器F2接合，同时制动器B2、离合器C4、离合器C5和单向离合器F1分离；经过机械传动组件的动力依次经过离合器C6、单向离合器F2、前排太阳轮至前排行星架，在前排行星架处分流分别至前排齿圈和后排齿圈，后排齿圈经过后排行星架与前排齿圈汇流后，动力传递至汇流机构，制动器B4接合，后排太阳轮锁止；
正向复合2档：制动器B4和离合器C4接合，同时制动器B2、离合器C5、离合器C6、单向离合器F1和单向离合器F2分离；经过机械传动组件的动力依次经过离合器C4、后排齿圈和后排行星架后，动力传递至汇流机构；
正向复合3档：离合器C4、离合器C5和单向离合器F1接合，同时制动器B2、制动器B4、离合器C6和单向离合器F2分离；经过机械传动组件的动力依次经过离合器C4、前排行星架、前排齿圈后，动力传递至汇流机构；由于离合器C5和单向离合器F1接合，使前排太阳轮不能超速旋转，其转速与前排行星架一致，使前行星排机构整体旋转；
正向复合4档：制动器B2、离合器C6和单向离合器F2接合，同时制动器B4、离合器C4、离合器C5和单向离合器F1分离；经过机械传动组件的动力依次经过离合器C6、单向离合器F2、前排太阳轮和前排齿圈后，动力传递至汇流机构。
优选项，为了丰富反向复合传动的档位，所述反向机械液压复合传动包括复合传动1档、复合传动2档、复合传动3档和复合传动4档，具体实现方法如下：
反向复合1档：制动器B4、离合器C6和单向离合器F2接合，同时制动器B2、离合器C4、离合器C5和单向离合器F1分离；经过机械传动组件的动力依次经过离合器C6、单向离合器F2、前排太阳轮至前排行星架，在前排行星架处分流分别至前排齿圈和后排齿圈，后排齿圈经过后排行星架与前排齿圈汇流后，动力传递至汇流机构，制动器B4接合，后排太阳轮锁止；
反向复合2档：制动器B4和离合器C4接合，同时制动器B2、离合器C5、离合器C6、单向离合器F1和单向离合器F2分离；经过机械传动组件的动力依次经过离合器C4、后排齿圈和后排行星架后，动力传递至汇流机构；
反向复合3档：离合器C4、离合器C5和单向离合器F1接合，同时制动器B2、制动器B4、离合器C6和单向离合器F2分离；经过机械传动组件的动力依次经过离合器C4、前排行星架、前排齿圈后，动力传递至汇流机构；由于离合器C5和单向离合器F1接合，使前排太阳轮不能超速旋转，其转速与前排行星架一致，使前行星排机构整体旋转；
反向复合4档：制动器B2、离合器C6和单向离合器F2接合，同时制动器B4、离合器C4、离合器C5和单向离合器F1分离；经过机械传动组件的动力依次经过离合器C6、单向离合器F2、前排太阳轮和前排齿圈后，动力传递至汇流机构。
传动系统的模型预测控制将燃油经济性全局最优动态规划问题转化为预测区域内的局部优化控制问题，并通过滚动优化不断更新预测区域内车辆未来的运行状态，以获得优化结果，实现预测控制在机械液压复合传动系统中的实时应用。基于时域的车辆预测控制是以模型预测控制为框架，结合动态规划实现的在线滚动优化控制。
在预测区域q内，复合传动车辆预测控制的状态转移方程为：
x(k+1)＝μ[x(k),u(k)]
式中，μ为时间离散系统函数；
在预测区域q内，复合传动系统油耗最小的目标函数为：
Figure BDA0002262620310000061
式中，J1为采用线性预测控制系统的燃油经济性目标函数，vk为第k阶段的阶段指标。
在控制区域p，一般采用传感装置进行测量；在预测区域q，一般借助GPS/GIS系统进行预测。预测的核心在于选取合理的预测窗口长度采集数据，以及预测控制系统的高性价比。
采用非线性预测控制系统对系统的动态特性和状态变量进行控制，对控制变量进行约束，对未来状态进行预估，解决在线有界区域的最优控制问题。
此时复合传动系统油耗最小的目标函数为：
Figure BDA0002262620310000062
式中，J2为采用非线性预测控制系统的燃油经济性目标函数，L为t时刻的瞬时燃油消耗量函数。
人机交互环境下的动态协调控制系统的分层控制结构包括管理层、协同层和执行层；控制系统结构包括操纵机构、控制算法和执行机构，根据传动系统的动力性、经济性和排放性等要求，对基本控制规律进行修正，得出发动机节气门开度、换挡机构接合方式、以及变速装置传动比等控制目标，输入执行层控制器对执行机构实施闭环控制。
采用功率跟随自适应控制算法，将主动型能量控制和被动型能量控制紧密相连，使其具有较好地鲁棒性。
使用Simulink和Simulation X软件完成机液复合传动系统模型的搭建，并将模型状态数据传递给控制器；控制器根据输入信号判断整车状态模式，并将控制命令数据传递给仿真模型；通过测量作业工况和运输工况的行驶状态，并计算相应的车速和滑转率等性能指标参数，将路况检测数据经过数据处理，输出控制指令；使传动系统控制单元TCU与发动机电子控制单元ECU相结合，进行智能换挡和优化匹配。
有益效果：本发明将行星齿轮结构与制动器和离合器的切换相结合，实现功率分流与汇流结构形式的转换。实现正向传动和反向传动时，功率分流和功率汇流结构形式多样化并且能够相互兼顾，有利于优化结构参数，并且避免产生循环功率，提高了传动效率。具有多模式的传动装置内设置了多种可供选择的档位，可以适应复杂工况的作业要求。在机械传动各档位中，由于单向离合器可能会发生超越滑动，导致无发动机制动。在特定情况下，可直接使用机械液压传动模式中的机械传动系统替代机械传动模式的机械系统，满足发动机制动或提高换挡元件寿命的要求。采用单向变量泵和单向定量马达取代双向变量泵和双向定量马达，大大减少了生产和维修成本。
附图说明
图1为本发明的结构原理图；
图2为本发明的换挡元件接合状态表；
图3为本发明正向纯液压档功率流向示意图；
图4为本发明反向纯液压档功率流向示意图；
图5为本发明正向机械液压复合传动1档功率流向示意图；
图6为本发明正向机械液压复合传动2档功率流向示意图；
图7为本发明正向机械液压复合传动3档功率流向示意图；
图8为本发明正向机械液压复合传动4档功率流向示意图；
图9为本发明反向机械液压复合传动1档功率流向示意图；
图10为本发明反向机械液压复合传动2档功率流向示意图；
图11为本发明反向机械液压复合传动3档功率流向示意图；
图12为本发明反向机械液压复合传动4档功率流向示意图；
图13为本发明正向机械1档功率流向示意图；
图14为本发明正向机械2档功率流向示意图；
图15为本发明正向机械3档功率流向示意图；
图16为本发明正向机械4档功率流向示意图；
图17为本发明反向纯机械传动档功率流向示意图；
图18为车辆预测控制原理图；
图19为人机交互环境下的复合传动系统动态协调控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种机械液压复合传动装置,包括输入轴1、分流机构2、液压传动组件3、机械传动组件4、汇流机构5和输出轴6，所述输入轴1通过分流机构2与相互并联的液压传动组件3和机械传动组件4连接，所述液压传动组件3和机械传动组件4通过汇流机构5分别与输出轴6连接；所述分流机构2包括离合器C321、分流机构太阳轮22、分流机构行星架23、分流机构齿圈24和制动器B125，所述离合器C321分别连接分流机构太阳轮22和分流机构行星架23，所述制动器B125与分流机构齿圈24连接；所述输入轴1与分流机构太阳轮22连接，所述分流机构2通过分流机构齿圈24与液压传动组件3连接；所述分流机构2分别通过分流机构太阳轮22和分流机构行星架23与机械传动组件4连接；
所述汇流机构5包括制动器B651、汇流机构齿圈52、汇流机构行星架53、汇流机构太阳轮54和离合器C755，所述制动器B651与汇流机构齿圈52连接，所述离合器C755分别连接汇流机构行星架53和汇流机构太阳轮54；所述汇流机构5通过汇流机构齿圈52与液压传动组件3连接；所述汇流机构5通过汇流机构太阳轮54与机械传动组件4连接；所述汇流机构5分别通过汇流机构行星架53和汇流机构太阳轮54与输出轴6连接。
所述液压传动组件3包括液压传动输入离合器C131、液压传动输入齿轮副32、单向变量泵33、液压管道34、单向定量马达35、换向齿轮副36、液压传动输出齿轮副37和液压传动输出离合器C238；所述单向变量泵33通过液压传动输入齿轮副32与分流机构2连接，所述液压传动输入齿轮副32与单向变量泵33之间设有液压传动输入离合器C131，所述单向变量泵33通过液压油管34与单向定量马达35连接，所述单向定量马达35依次通过液压传动输出齿轮副37和换向齿轮副36与汇流机构5连接，所述单向定量马达35与液压传动输出齿轮副37之间设有液压传动输出离合器C238。
所述机械传动组件4包括前排太阳轮41、前排行星架42、前排齿圈43、后排太阳轮44、后排行星架45、后排齿圈46、离合器C447、离合器C548、离合器C649、制动器B2410、制动器B3411、制动器B4412、制动器B5413、单向离合器F1414、单向离合器F2415、单向离合器F3416；
所述前排太阳轮41通过相互并联的离合器C548和离合器C649与分流机构2连接，所述离合器C548和离合器C649与前排太阳轮41之间分别设有单向离合器F1414和单向离合器F2415，所述单向离合器F1414和单向离合器F2415动力传导方向相反；所述前排太阳轮41还与制动器B3411连接；
所述前排行星架42通过离合器C447与分流机构2连接，所述前排行星架42与离合器C447之间设有制动器B2410，前排行星架42与后排齿圈46固连；
所述前排齿圈43分别与后排行星架45和汇流机构5连接；
所述后排太阳轮44与相互并联的制动器B4412和制动器B5413连接，所述后排太阳轮44与制动器B5413之间设有单向离合器F3416，所述单向离合器F3416的制动方向为后排太阳轮44的转向与分流机构行星架23转向相反。
所述后排行星架45分别与前排齿圈43和汇流机构5连接；
所述后排齿圈46分别与前排行星架42和分流机构2连接；所述后排齿圈46与分流机构2之间设有相互并联的制动器B2410和离合器C447。
如图2和3所示，正向纯液压传动：制动器B2410、液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238、离合器C447、离合器C755接合，其他制动器和离合器分离；制动器B2410和离合器C447接合，分流机构行星架23锁定成为换向轮，动力经输入轴1、分流机构2、液压传动组件3、汇流机构5至输出轴6输出；所述离合器C755接合，汇流机构5的汇流机构行星架53和汇流机构太阳轮54互锁，汇流机构5整体旋转，经过换向齿轮副36的作用，输入轴1与输出轴6转向相同。
输入轴1与输出轴6的转速关系为：
Figure BDA0002262620310000091
其中，no为输出轴6的转速，nI为输入轴1转速，e为变量泵33排量与定量马达35排量之比，i1、i2和i3分别为齿轮传动比，k1为分流机构特性参数，
令k1＝2，i1i2i3＝1，
Figure BDA0002262620310000092
当e∈[0,1]，
Figure BDA0002262620310000093
如图2和4所示，反向纯液压传动：液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238、离合器C321、离合器C755接合，其他制动器和离合器分离；离合器C321接合，分流机构太阳轮22与分流机构行星架23互锁，分流机构2整体旋转，动力经输入轴1、分流机构2、液压传动组件3、汇流机构5至输出轴6输出；所述离合器C755接合，汇流机构5的汇流机构行星架53和汇流机构太阳轮54互锁，输入轴1与输出轴6转向相反。
输入轴1与输出轴6的转速关系为：
Figure BDA0002262620310000094
当e∈[0,1]，n0∈[-1,0]nI。
如图2和5所示，正向机械液压复合传动1档：液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238和离合器C755接合，同时制动器B125、制动器B3411、制动器B5413制动器B651、离合器C321和单向离合器F3416分离；动力经输入轴1至分流机构2，所述分流机构2将动力流分别传递至液压传动组件3和机械传动组件4，再经汇流机构5汇流后至输出轴6输出；所述离合器C321分离，分流机构行星架23将输入轴1传递的一部分动力传递给机械传动组件4，分流机构齿圈24将输入轴1传递的另一部分动力传递给液压传动组件3；离合器C755接合，机械传动组件4的动力经汇流机构太阳轮54、汇流机构行星架53传递给输出轴6，液压传动组件3的动力经汇流机构齿圈52、汇流机构行星架53传递给输出轴6，所述汇流机构行星架53的转向在设定排量比范围内与输入轴1相同。
制动器B4412、离合器C649和单向离合器F2415接合，同时制动器B2410、离合器C447、离合器C548和单向离合器F1414分离；经过机械传动组件4的动力依次经过离合器C649、单向离合器F2415、前排太阳轮41至前排行星架42，在前排行星架42处分流分别至前排齿圈43和后排齿圈46，后排齿圈46经过后排行星架45与前排齿圈43汇流后动力传递至汇流机构5，制动器B4412接合，后排太阳轮44锁止。
如图2和6所示，正向机械液压复合传动2档：液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238和离合器C755接合，同时制动器B125、制动器B3411、制动器B5413制动器B651、离合器C321和单向离合器F3416分离；动力经输入轴1至分流机构2，所述分流机构2将动力流分别传递至液压传动组件3和机械传动组件4，再经汇流机构5汇流后至输出轴6输出；所述离合器C321分离，分流机构行星架23将输入轴1传递的一部分动力传递给机械传动组件4，分流机构齿圈24将输入轴1传递的另一部分动力传递给液压传动组件3；离合器C755接合，机械传动组件4的动力经汇流机构太阳轮54、汇流机构行星架53传递给输出轴6，液压传动组件3的动力经汇流机构齿圈52、汇流机构行星架53传递给输出轴6，所述汇流机构行星架53的转向在设定排量比范围内与输入轴1相同。
制动器B4412和离合器C447接合，同时制动器B2410、离合器C548、离合器C649、单向离合器F1414和单向离合器F2415分离；经过机械传动组件4的动力依次经过离合器C447、后排齿圈46和后排行星架45后，动力传递至汇流机构5。
如图2和7所示，正向机械液压复合传动3档：液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238和离合器C755接合，同时制动器B125、制动器B3411、制动器B5413制动器B651、离合器C321和单向离合器F3416分离；动力经输入轴1至分流机构2，所述分流机构2将动力流分别传递至液压传动组件3和机械传动组件4，再经汇流机构5汇流后至输出轴6输出；所述离合器C321分离，分流机构行星架23将输入轴1传递的一部分动力传递给机械传动组件4，分流机构齿圈24将输入轴1传递的另一部分动力传递给液压传动组件3；离合器C755接合，机械传动组件4的动力经汇流机构太阳轮54、汇流机构行星架53传递给输出轴6，液压传动组件3的动力经汇流机构齿圈52、汇流机构行星架53传递给输出轴6，所述汇流机构行星架53的转向在设定排量比范围内与输入轴1相同。
离合器C447、离合器C548和单向离合器F1414接合，同时制动器B2410、制动器B4412、离合器C649和单向离合器F2415分离；经过机械传动组件4的动力依次经过离合器C447、前排行星架42、前排齿圈43后，动力传递至汇流机构5；由于离合器C548和单向离合器F1414接合，使前排太阳轮41不能超速旋转，其转速与前排行星架42一致，使前行星排机构整体旋转。
如图2和8所示，正向机械液压复合传动4档：液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238和离合器C755接合，同时制动器B125、制动器B3411、制动器B5413制动器B651、离合器C321和单向离合器F3416分离；动力经输入轴1至分流机构2，所述分流机构2将动力流分别传递至液压传动组件3和机械传动组件4，再经汇流机构5汇流后至输出轴6输出；所述离合器C321分离，分流机构行星架23将输入轴1传递的一部分动力传递给机械传动组件4，分流机构齿圈24将输入轴1传递的另一部分动力传递给液压传动组件3；离合器C755接合，机械传动组件4的动力经汇流机构太阳轮54、汇流机构行星架53传递给输出轴6，液压传动组件3的动力经汇流机构齿圈52、汇流机构行星架53传递给输出轴6，所述汇流机构行星架53的转向在设定排量比范围内与输入轴1相同。
制动器B2410、离合器C649和单向离合器F2415接合，同时制动器B4412、离合器C447、离合器C548和单向离合器F1414分离；经过机械传动组件4的动力依次经过离合器C649、单向离合器F2415、前排太阳轮41和前排齿圈43后，动力传递至汇流机构5。
正向机械液压复合传动包括机液传动功率分流四档位，输入轴1与输出轴6的转速关系为：
Figure BDA0002262620310000111
令k1＝2，i1i2i3＝1，则
Figure BDA0002262620310000112
其中，im为机械传动组件传动比，im1＝2.92为机械1档时机械传动组件传动比，im2＝1.57为机械2档时机械传动组件传动比，im3＝1.00为机械3档时机械传动组件传动比，im4＝-2.38为机械4档时机械传动组件传动比；
当机液传动分流1档时，im1＝2.92，输入轴1与输出轴6的转速关系为：
Figure BDA0002262620310000113
当e∈[0，1]时，n0∈[0，0.093]nI；
当机液传动分流2档时，im2＝1.57，输入轴1与输出轴6的转速关系为：
Figure BDA0002262620310000114
当e∈[0，1]时，n0∈[0，0.149]nI；
当机液传动分流3档时，im3＝1.00，输入轴1与输出轴6的转速关系为：
Figure BDA0002262620310000115
当e∈[0，1]时，n0∈[0，0.200]nI；
当机液传动分流4档时，im4＝-2.38，输入轴1与输出轴6的转速关系为：
Figure BDA0002262620310000121
当e∈[0，0.25]时，n0∈[0，1.163]nI。
如图2和9所示，反向机械液压复合传动1档：液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238、离合器C321接合；同时制动器B125、制动器B3411、制动器B5413、制动器B651、离合器C755和单向离合器F3416分离；动力经输入轴1至分流机构2，所述分流机构2将动力流分别传递至液压传动组件3和机械传动组件4，再经汇流机构5汇流后至输出轴6输出；所述离合器C321接合，分流机构行星架23将输入轴1传递的一部分动力传递给机械传动组件4，分流机构齿圈24将输入轴1传递的另一部分动力传递给液压传动组件3；离合器C755分离，机械传动组件4的动力经汇流机构太阳轮54、汇流机构行星架53传递给输出轴6，液压传动组件3的动力经汇流机构齿圈52、汇流机构行星架53传递给输出轴6；所述汇流机构行星架53的转向在设定排量比范围内与输入轴1相反。
制动器B4412、离合器C649和单向离合器F2415接合，同时制动器B2410、离合器C447、离合器C548和单向离合器F1414分离；经过机械传动组件4的动力依次经过离合器C649、单向离合器F2415、前排太阳轮41至前排行星架42，在前排行星架42处分流分别至前排齿圈43和后排齿圈46，后排齿圈46经过后排行星架45与前排齿圈43汇流后，动力传递至汇流机构5，制动器B4412接合，后排太阳轮44锁止。
如图2和10所示，反向机械液压复合传动2档：液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238、离合器C321接合；同时制动器B125、制动器B3411、制动器B5413、制动器B651、离合器C755和单向离合器F3416分离；动力经输入轴1至分流机构2，所述分流机构2将动力流分别传递至液压传动组件3和机械传动组件4，再经汇流机构5汇流后至输出轴6输出；所述离合器C321接合，分流机构行星架23将输入轴1传递的一部分动力传递给机械传动组件4，分流机构齿圈24将输入轴1传递的另一部分动力传递给液压传动组件3；离合器C755分离，机械传动组件4的动力经汇流机构太阳轮54、汇流机构行星架53传递给输出轴6，液压传动组件3的动力经汇流机构齿圈52、汇流机构行星架53传递给输出轴6；所述汇流机构行星架53的转向在设定排量比范围内与输入轴1相反。
制动器B4412和离合器C447接合，同时制动器B2410、离合器C548、离合器C649、单向离合器F1414和单向离合器F2415分离；经过机械传动组件4的动力依次经过离合器C447、后排齿圈46和后排行星架45后，动力传递至汇流机构5。
如图2和11所示，反向机械液压复合传动3档：液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238、离合器C321接合；同时制动器B125、制动器B3411、制动器B5413、制动器B651、离合器C755和单向离合器F3416分离；动力经输入轴1至分流机构2，所述分流机构2将动力流分别传递至液压传动组件3和机械传动组件4，再经汇流机构5汇流后至输出轴6输出；所述离合器C321接合，分流机构行星架23将输入轴1传递的一部分动力传递给机械传动组件4，分流机构齿圈24将输入轴1传递的另一部分动力传递给液压传动组件3；离合器C755分离，机械传动组件4的动力经汇流机构太阳轮54、汇流机构行星架53传递给输出轴6，液压传动组件3的动力经汇流机构齿圈52、汇流机构行星架53传递给输出轴6；所述汇流机构行星架53的转向在设定排量比范围内与输入轴1相反。
离合器C447、离合器C548和单向离合器F1414接合，同时制动器B2410、制动器B4412、离合器C649和单向离合器F2415分离；经过机械传动组件4的动力依次经过离合器C447、前排行星架42、前排齿圈43后，动力传递至汇流机构5；由于离合器C548和单向离合器F1414接合，使前排太阳轮41不能超速旋转，其转速与前排行星架42一致，使前行星排机构整体旋转。
如图2和12所示，反向机械液压复合传动4档：液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238、离合器C321接合；同时制动器B125、制动器B3411、制动器B5413、制动器B651、离合器C755和单向离合器F3416分离；动力经输入轴1至分流机构2，所述分流机构2将动力流分别传递至液压传动组件3和机械传动组件4，再经汇流机构5汇流后至输出轴6输出；所述离合器C321接合，分流机构行星架23将输入轴1传递的一部分动力传递给机械传动组件4，分流机构齿圈24将输入轴1传递的另一部分动力传递给液压传动组件3；离合器C755分离，机械传动组件4的动力经汇流机构太阳轮54、汇流机构行星架53传递给输出轴6，液压传动组件3的动力经汇流机构齿圈52、汇流机构行星架53传递给输出轴6；所述汇流机构行星架53的转向在设定排量比范围内与输入轴1相反。
制动器B2410、离合器C649和单向离合器F2415接合，同时制动器B4412、离合器C447、离合器C548和单向离合器F1414分离；经过机械传动组件4的动力依次经过离合器C649、单向离合器F2415、前排太阳轮41和前排齿圈43后，动力传递至汇流机构5。
反向机械液压复合传动包括机液传动功率汇流四档位，输入轴1与输出轴6的转速关系为：
Figure BDA0002262620310000131
其中，k2为汇流机构特性参数，
令k2＝2，i1i2i3＝1，则
Figure BDA0002262620310000132
当机液传动汇流1档时，im1＝2.92，输入轴1与输出轴6的转速关系为：
Figure BDA0002262620310000141
当e∈[0.171，1]时，n0∈[-0.553，0]nI；
当机液传动汇流2档时，im2＝1.57，输入轴1与输出轴6的转速关系为：
Figure BDA0002262620310000142
当e∈[0.3185，1]时，n0∈[-0.454，0]nI；
当机液传动汇流3档时，im3＝1.00，输入轴1与输出轴6的转速关系为：
Figure BDA0002262620310000143
当e∈[0.5，1]时，n0∈[-0.333，0]nI。
当机液传动汇流4档时，im4＝-2.38，输入轴1与输出轴6的转速关系为：
Figure BDA0002262620310000144
当e∈[0，1]时，n0∈[-0.807，-0.140]nI。
如图2和13所示，正向纯机械传动1档：制动器B125、制动器B651接合，同时制动器B2410、制动器B4412、液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238、离合器C321、离合器C755分离；动力经输入轴1、分流机构2、机械传动组件4、汇流机构5至输出轴6输出；所述制动器B125接合，分流机构齿圈24锁定，分流机构2整体旋转；所述制动器B651接合，汇流机构齿圈52锁定，动力从汇流机构太阳轮54经汇流机构行星架53至输出轴6。
制动器B5413、单向离合器F3416、离合器C649和单向离合器F2415接合，同时制动器B3411、离合器C447、离合器C548、单向离合器F1414分离；动力依次经过离合器C649、单向离合器F2415、前排太阳轮41至前排行星架42，在前排行星架42处分流分别至前排齿圈43和后排齿圈46，后排齿圈46经过后排行星架45与前排齿圈43汇流后，动力传递至汇流机构5，所述制动器B5413和单向离合器F3416接合，后排太阳轮44锁止。
如图2和14所示，正向纯机械传动2档：制动器B125、制动器B651接合，同时制动器B2410、制动器B4412、液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238、离合器C321、离合器C755分离；动力经输入轴1、分流机构2、机械传动组件4、汇流机构5至输出轴6输出；所述制动器B125接合，分流机构齿圈24锁定，分流机构2整体旋转；所述制动器B651接合，汇流机构齿圈52锁定，动力从汇流机构太阳轮54经汇流机构行星架53至输出轴6。
制动器B5413、单向离合器F3416和离合器C447接合，同时制动器B3411、离合器C548、离合器C649、单向离合器F1414和单向离合器F2415分离；动力依次经过离合器C447、后排齿圈46和后排行星架45后，动力传递至汇流机构5，所述制动器B5413和单向离合器F3416接合，后排太阳轮44锁止。
如图2和15所示，正向纯机械传动3档：制动器B125、制动器B651接合，同时制动器B2410、制动器B4412、液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238、离合器C321、离合器C755分离；动力经输入轴1、分流机构2、机械传动组件4、汇流机构5至输出轴6输出；所述制动器B125接合，分流机构齿圈24锁定，分流机构2整体旋转；所述制动器B651接合，汇流机构齿圈52锁定，动力从汇流机构太阳轮54经汇流机构行星架53至输出轴6。
制动器B5413、离合器C447、离合器C548、单向离合器F1414和单向离合器F3416接合，同时制动器B3411、离合器C649和单向离合器F2415分离；动力依次经过离合器C447、前排行星架42、前排齿圈43后，动力传递至汇流机构5；由于离合器C548和单向离合器F1414接合，使前排太阳轮41不能超速旋转，其转速与前排行星架42一致，使前行星排机构整体旋转。
如图2和16所示，正向纯机械传动4档：制动器B125、制动器B651接合，同时制动器B2410、制动器B4412、液压传动输入离合器C131、液压传动输出离合器C238、离合器C321、离合器C755分离；动力经输入轴1、分流机构2、机械传动组件4、汇流机构5至输出轴6输出；所述制动器B125接合，分流机构齿圈24锁定，分流机构2整体旋转；所述制动器B651接合，汇流机构齿圈52锁定，动力从汇流机构太阳轮54经汇流机构行星架53至输出轴6。
制动器B3411和离合器C447接合，同时制动器B5413、离合器C548、离合器C649、单向离合器F1414、单向离合器F2415和单向离合器F3416分离；动力依次经过离合器C447、前排行星架42、前排齿圈43后，动力传递至汇流机构5。
如图2和17所示，反向纯机械传动：制动器B125、制动器B2410、制动器B651、离合器C649和单向离合器F2415接合，其他制动器和离合器分离；所述制动器B125接合，分流机构齿圈24锁定，动力从分流机构太阳轮22经分流机构行星架23传递至机械传动组件4；所述离合器C649和单向离合器F2415接合，所述机械传动组件4内动力依次经过离合器C649、单向离合器F2415、前排太阳轮41、前排齿圈43传递至汇流机构太阳轮54；所述制动器B651接合，汇流机构齿圈52锁定，动力从汇流机构太阳轮54经汇流机构行星架53至输出轴6。
纯机械传动时输入轴1与输出轴6的转速关系为：
机械1档：n0＝0.342nI；
机械2档：n0＝0.637nI；
机械3档：n0＝nI；
机械4档：n0＝1.429nI；
机械倒挡：n0＝-0.420nI。
传动系统的模型预测控制将燃油经济性全局最优动态规划问题转化为预测区域内的局部优化控制问题，并通过滚动优化不断更新预测区域内车辆未来的运行状态，以获得优化结果，实现预测控制在机械液压复合传动系统中的实时应用。基于时域的车辆预测控制是以模型预测控制为框架，结合动态规划实现的在线滚动优化控制，原理如图18(a)所示。
在预测区域q内，复合传动车辆预测控制的状态转移方程为：
x(k+1)＝μ[x(k),u(k)]
式中，μ为时间离散系统函数。
在预测区域q内，复合传动系统油耗最小的目标函数为：
Figure BDA0002262620310000161
式中，J1为采用线性预测控制系统的燃油经济性目标函数，vk为第k阶段的阶段指标。
在控制区域p，一般采用传感装置进行测量；在预测区域q，一般借助GPS/GIS系统进行预测。预测的核心在于选取合理的预测窗口长度采集数据，以及预测控制系统的高性价比。
预测控制系统结构如图18(b)所示，复合传动系统整车动力学模型是一种典型的非线性系统，并需要满足诸多约束条件，采用线性预测控制系统难以描述实际的车辆系统动力学模型。因此，采用非线性预测控制系统对系统的动态特性和状态变量进行控制，对控制变量进行约束，对未来状态进行预估，解决在线有界区域的最优控制问题。
此时复合传动系统油耗最小的目标函数为：
Figure BDA0002262620310000162
式中，J2为采用非线性预测控制系统的燃油经济性目标函数，L为t时刻的瞬时燃油消耗量函数。
随着计算机技术的发展和控制算法的改进，以非线性预测控制为框架，以动态规划为优化算法的控制方法已基本可以满足复合传动系统在线实时控制的要求。
传动系统的传动比调节可通过档位切换进行粗调，也可通过调节液压系统排量比进行微调。人机交互环境下的复合传动系统动态协调控制原理如图19所示：分层控制结构如图19(a)所示，包括管理层、协同层和执行层3个部分；控制系统结构如图19(b)所示，包括操纵机构、控制算法和执行机构3个部分，其中控制算法是核心。
驾驶员结合外部信息和自身意图，通过操纵机构对档位、踏板开度和工作模式进行操作，操作信号与传动系统反馈信号一起作为控制系统的输入。传动系统根据输入信号、发动机转速、车速和负载等，确定车辆运行的目标传动比及扭矩，并基于功率跟随的自适应实时优化控制算法，确定车辆运行的瞬时车速和扭矩。参照传动系统的动力性、经济性和排放性等要求，对基本控制规律进行修正，得出发动机节气门开度、换挡机构接合方式、以及变速装置传动比等控制目标，输入执行层控制器对执行机构实施闭环控制。
采用功率跟随自适应控制算法，将主动型能量控制和被动型能量控制紧密相连，使其具有较好地鲁棒性。当驾驶员操纵加速踏板时，进入主动型能量控制模式。电控单元计算出油门开度所对应的发动机目标转速，结合瞬时车速得到变速器目标传动比，进行自适应跟踪调节。当踏板开度不再变化时，发动机以此时功率为燃油经济性目标功率，连续改变油门开度使其工作点沿等功率曲线回到燃油经济性曲线上，系统自动调整踏板开度使其与油门开度相对应。当车速变化量和阻力变化量同时符合基于鲁棒界设定的条件时，进入被动型能量控制模式。电控单元自动调节发动机油门开度，根据初始车速和变速器瞬时传动比，计算出发动机瞬时所需转速，发动机自动增大或减小其油门开度进行调节。电控单元计算出油门开度所对应的发动机目标转速，结合瞬时车速得到变速器目标传动比，进行自适应跟踪调节。当踏板开度不再变化时，运行过程与主动型能量控制相似，不再赘述。
使用Simulink和Simulation X软件完成机液复合传动系统模型的搭建，并将模型状态数据传递给上位机，上位机通过CAN卡再将运行参数传递给控制器。控制器根据输入信号判断整车状态模式，并将控制命令通过CAN卡发送到上位机，上位机再将控制器发送来的数据传递给仿真模型。通过光电编码器、雷达传感器、负荷传感器和全桥电路等测量作业工况和运输工况的行驶状态，并计算相应的车速和滑转率等性能指标参数，将路况检测数据导入到上位机，经过数据处理，输出控制指令。使传动系统控制单元TCU与发动机电子控制单元ECU相结合，进行智能换挡和优化匹配的研究，上位机输出台架运行命令，台架检测数据反馈到上位机，形成闭环回路。

Claims (10)

1.一种机械液压复合传动装置,包括输入轴(1)、分流机构(2)、液压传动组件(3)、机械传动组件(4)、汇流机构(5)和输出轴(6)，所述输入轴(1)通过分流机构(2)与相互并联的液压传动组件(3)和机械传动组件(4)连接，所述液压传动组件(3)和机械传动组件(4)通过汇流机构(5)分别与输出轴(6)连接；其特征在于：所述分流机构(2)包括离合器C3(21)、分流机构太阳轮(22)、分流机构行星架(23)、分流机构齿圈(24)和制动器B1(25)，所述离合器C3(21)分别连接分流机构太阳轮(22)和分流机构行星架(23)，所述制动器B1(25)与分流机构齿圈(24)连接；所述输入轴(1)与分流机构太阳轮(22)连接，所述分流机构(2)通过分流机构齿圈(24)与液压传动组件(3)连接；所述分流机构(2)分别通过分流机构太阳轮(22)和分流机构行星架(23)与机械传动组件(4)连接；
所述汇流机构(5)包括制动器B6(51)、汇流机构齿圈(52)、汇流机构行星架(53)、汇流机构太阳轮(54)和离合器C7(55)，所述制动器B6(51)与汇流机构齿圈(52)连接，所述离合器C7(55)分别连接汇流机构行星架(53)和汇流机构太阳轮(54)；所述汇流机构(5)通过汇流机构齿圈(52)与液压传动组件(3)连接；所述汇流机构(5)通过汇流机构太阳轮(54)与机械传动组件(4)连接；所述汇流机构(5)分别通过汇流机构行星架(53)和汇流机构太阳轮(54)与输出轴(6)连接；
所述液压传动组件(3)包括液压传动输入离合器C1(31)、液压传动输入齿轮副(32)、单向变量泵(33)、液压管道(34)、单向定量马达(35)、换向齿轮副(36)、液压传动输出齿轮副(37)和液压传动输出离合器C2(38)；所述单向变量泵(33)通过液压传动输入齿轮副(32)与分流机构(2)连接，所述液压传动输入齿轮副(32)与单向变量泵(33)之间设有液压传动输入离合器C1(31)，所述单向变量泵(33)通过液压油管(34)与单向定量马达(35)连接，所述单向定量马达(35)依次通过液压传动输出齿轮副(37)和换向齿轮副(36)与汇流机构(5)连接，所述单向定量马达(35)与液压传动输出齿轮副(37)之间设有液压传动输出离合器C2(38)。
2.根据权利要求1所述的机械液压复合传动装置，其特征在于：所述机械传动组件(4)包括前排太阳轮(41)、前排行星架(42)、前排齿圈(43)、后排太阳轮(44)、后排行星架(45)、后排齿圈(46)、离合器C4(47)、离合器C5(48)、离合器C6(49)、制动器B2(410)、制动器B3(411)、制动器B4(412)、制动器B5(413)、单向离合器F1(414)、单向离合器F2(415)、单向离合器F3(416)；
所述前排太阳轮(41)通过相互并联的离合器C5(48)和离合器C6(49)与分流机构(2)连接，所述离合器C5(48)和离合器C6(49)与前排太阳轮(41)之间分别设有单向离合器F1(414)和单向离合器F2(415)，所述单向离合器F1(414)和单向离合器F2(415)动力传导方向相反；所述前排太阳轮(41)还与制动器B3(411)连接；
所述前排行星架(42)通过离合器C4(47)与分流机构(2)连接，所述前排行星架(42)与离合器C4(47)之间设有制动器B2(410)，前排行星架(42)与后排齿圈(46)固连；
所述前排齿圈(43)分别与后排行星架(45)和汇流机构(5)连接；
所述后排太阳轮(44)与相互并联的制动器B4(412)和制动器B5(413)连接，所述后排太阳轮(44)与制动器B5(413)之间设有单向离合器F3(416)，所述单向离合器F3(416)的制动方向为后排太阳轮(44)的转向与分流机构行星架(23)转向相反；
所述后排行星架(45)分别与前排齿圈(43)和汇流机构(5)连接；
所述后排齿圈(46)分别与前排行星架(42)和分流机构(2)连接；所述后排齿圈(46)与分流机构(2)之间设有相互并联的制动器B2(410)和离合器C4(47)。
3.根据权利要求2所述的机械液压复合传动装置的控制方法，其特征在于：通过制动器和离合器之间的组合切换实现正向传动下的纯液压传动、机械液压复合传动和纯机械传动，以及反向传动下的纯液压传动、机械液压复合传动和纯机械传动，共两个方向三个类型的传动，
正向传动的三个传动类型如下：
正向纯液压传动：制动器B2(410)、液压传动输入离合器C1(31)、液压传动输出离合器C2(38)、离合器C4(47)、离合器C7(55)接合，其他制动器和离合器分离；制动器B2(410)和离合器C4(47)接合，分流机构行星架(23)锁定，分流机构太阳轮(22)与分流机构齿圈(24)转向相反，动力经输入轴(1)、分流机构(2)、液压传动组件(3)、汇流机构(5)至输出轴(6)输出；所述离合器C7(55)接合，汇流机构(5)的汇流机构行星架(53)和汇流机构太阳轮(54)互锁，汇流机构(5)整体旋转，经过换向齿轮副(36)的作用，输入轴(1)与输出轴(6)转向相同；
正向纯机械传动：制动器B1(25)、制动器B6(51)接合，同时制动器B2(410)、制动器B4(412)、液压传动输入离合器C1(31)、液压传动输出离合器C2(38)、离合器C3(21)、离合器C7(55)分离；动力经输入轴(1)、分流机构(2)、机械传动组件(4)、汇流机构(5)至输出轴(6)输出；所述制动器B1(25)接合，分流机构齿圈(24)锁定，分流机构太阳轮(22)和分流机构行星架(23)作为齿轮传动机构进行传动；所述制动器B6(51)接合，汇流机构齿圈(52)锁定，动力从汇流机构太阳轮(54)经汇流机构行星架(53)至输出轴(6)；
正向机械液压复合传动：液压传动输入离合器C1(31)、液压传动输出离合器C2(38)和离合器C7(55)接合，同时制动器B1(25)、制动器B3(411)、制动器B5(413)、制动器B6(51)、离合器C3(21)和单向离合器F3(416)分离；动力经输入轴(1)至分流机构(2)，所述分流机构(2)将动力流分别传递至液压传动组件(3)和机械传动组件(4)，再经汇流机构(5)汇流后至输出轴(6)输出；所述离合器C3(21)分离，分流机构行星架(23)将输入轴(1)传递的一部分动力传递给机械传动组件(4)，分流机构齿圈(24)将输入轴(1)传递的另一部分动力传递给液压传动组件(3)；离合器C7(55)接合，机械传动组件(4)的动力经汇流机构太阳轮(54)、汇流机构行星架(53)传递给输出轴(6)，液压传动组件(3)的动力经汇流机构齿圈(52)、汇流机构行星架(53)传递给输出轴(6)，所述汇流机构行星架(53)的转向在设定排量比范围内与输入轴(1)相同；
反向传动的三个传动类型如下：
反向纯液压传动：液压传动输入离合器C1(31)、液压传动输出离合器C2(38)、离合器C3(21)、离合器C7(55)接合，其他制动器和离合器分离；离合器C3(21)接合，分流机构太阳轮(22)与分流机构行星架(23)互锁，分流机构(2)整体旋转，动力经输入轴(1)、分流机构(2)、液压传动组件(3)、汇流机构(5)至输出轴(6)输出；所述离合器C7(55)接合，汇流机构(5)的汇流机构行星架(53)和汇流机构太阳轮(54)互锁，汇流机构(5)整体旋转，输入轴(1)与输出轴(6)转向相反；
反向纯机械传动：制动器B1(25)、制动器B2(410)、制动器B6(51)、离合器C6(49)和单向离合器F2(415)接合，其他制动器和离合器分离；所述制动器B1(25)接合，分流机构齿圈(24)锁定，动力从分流机构太阳轮(22)经分流机构行星架(23)传递至机械传动组件(4)；所述离合器C6(49)和单向离合器F2(415)接合，所述机械传动组件(4)内动力依次经过离合器C6(49)、单向离合器F2(415)、前排太阳轮(41)、前排齿圈(43)传递至汇流机构太阳轮(54)；所述制动器B6(51)接合，汇流机构齿圈(52)锁定，动力从汇流机构太阳轮(54)经汇流机构行星架(53)至输出轴(6)；
反向机械液压复合传动：液压传动输入离合器C1(31)、液压传动输出离合器C2(38)、离合器C3(21)接合；同时制动器B1(25)、制动器B3(411)、制动器B5(413)、制动器B6(51)、离合器C7(55)和单向离合器F3(416)分离；动力经输入轴(1)至分流机构(2)，所述分流机构(2)将动力流分别传递至液压传动组件(3)和机械传动组件(4)，再经汇流机构(5)汇流后至输出轴(6)输出；所述离合器C3(21)接合，分流机构行星架(23)将输入轴(1)传递的一部分动力传递给机械传动组件(4)，分流机构齿圈(24)将输入轴(1)传递的另一部分动力传递给液压传动组件(3)；离合器C7(55)分离，机械传动组件(4)的动力经汇流机构太阳轮(54)、汇流机构行星架(53)传递给输出轴(6)，液压传动组件(3)的动力经汇流机构齿圈(52)、汇流机构行星架(53)传递给输出轴(6)；所述汇流机构行星架(53)的转向在设定排量比范围内与输入轴(1)相反。
4.根据权利要求3所述的机械液压复合传动装置的控制方法，其特征在于：所述正向纯机械传动包括机械1档、机械2档、机械3档和机械4档，具体实现方法如下：
机械1档：制动器B5(413)、单向离合器F3(416)、离合器C6(49)和单向离合器F2(415)接合，同时制动器B3(411)、离合器C4(47)、离合器C5(48)、单向离合器F1(414)分离；动力依次经过离合器C6(49)、单向离合器F2(415)、前排太阳轮(41)至前排行星架(42)，在前排行星架(42)处分流分别至前排齿圈(43)和后排齿圈(46)，后排齿圈(46)经过后排行星架(45)与前排齿圈(43)汇流后，动力传递至汇流机构(5)，所述制动器B5(413)和单向离合器F3(416)接合，后排太阳轮(44)锁止；
机械2档：制动器B5(413)、单向离合器F3(416)和离合器C4(47)接合，同时制动器B3(411)、离合器C5(48)、离合器C6(49)、单向离合器F1(414)和单向离合器F2(415)分离；动力依次经过离合器C4(47)、后排齿圈(46)和后排行星架(45)后，动力传递至汇流机构(5)，所述制动器B5(413)和单向离合器F3(416)接合，后排太阳轮(44)锁止；
机械3档：制动器B5(413)、离合器C4(47)、离合器C5(48)、单向离合器F1(414)和单向离合器F3(416)接合，同时制动器B3(411)、离合器C6(49)和单向离合器F2(415)分离；动力依次经过离合器C4(47)、前排行星架(42)、前排齿圈(43)后，动力传递至汇流机构(5)；由于离合器C5(48)和单向离合器F1(414)接合，使前排太阳轮(41)不能超速旋转，其转速与前排行星架(42)一致，使前行星排机构整体旋转；
机械4档：制动器B3(411)和离合器C4(47)接合，同时制动器B5(413)、离合器C5(48)、离合器C6(49)、单向离合器F1(414)、单向离合器F2(415)和单向离合器F3(416)分离；动力依次经过离合器C4(47)、前排行星架(42)、前排齿圈(43)后，动力传递至汇流机构(5)。
5.根据权利要求3所述的机械液压复合传动装置的控制方法，其特征在于：所述正向机械液压复合传动包括复合传动1档、复合传动2档、复合传动3档和复合传动4档，具体实现方法如下：
正向复合1档：制动器B4(412)、离合器C6(49)和单向离合器F2(415)接合，同时制动器B2(410)、离合器C4(47)、离合器C5(48)和单向离合器F1(414)分离；经过机械传动组件(4)的动力依次经过离合器C6(49)、单向离合器F2(415)、前排太阳轮(41)至前排行星架(42)，在前排行星架(42)处分流分别至前排齿圈(43)和后排齿圈(46)，后排齿圈(46)经过后排行星架(45)与前排齿圈(43)汇流后，动力传递至汇流机构(5)，制动器B4(412)接合，后排太阳轮(44)锁止；
正向复合2档：制动器B4(412)和离合器C4(47)接合，同时制动器B2(410)、离合器C5(48)、离合器C6(49)、单向离合器F1(414)和单向离合器F2(415)分离；经过机械传动组件(4)的动力依次经过离合器C4(47)、后排齿圈(46)和后排行星架(45)后，动力传递至汇流机构(5)；
正向复合3档：离合器C4(47)、离合器C5(48)和单向离合器F1(414)接合，同时制动器B2(410)、制动器B4(412)、离合器C6(49)和单向离合器F2(415)分离；经过机械传动组件(4)的动力依次经过离合器C4(47)、前排行星架(42)、前排齿圈(43)后，动力传递至汇流机构(5)；由于离合器C5(48)和单向离合器F1(414)接合，使前排太阳轮(41)不能超速旋转，其转速与前排行星架(42)一致，使前行星排机构整体旋转；
正向复合4档：制动器B2(410)、离合器C6(49)和单向离合器F2(415)接合，同时制动器B4(412)、离合器C4(47)、离合器C5(48)和单向离合器F1(414)分离；经过机械传动组件(4)的动力依次经过离合器C6(49)、单向离合器F2(415)、前排太阳轮(41)和前排齿圈(43)后，动力传递至汇流机构(5)。
6.根据权利要求3所述的机械液压复合传动装置的控制方法，其特征在于：所述反向机械液压复合传动包括复合传动1档、复合传动2档、复合传动3档和复合传动4档，具体实现方法如下：
反向复合1档：制动器B4(412)、离合器C6(49)和单向离合器F2(415)接合，同时制动器B2(410)、离合器C4(47)、离合器C5(48)和单向离合器F1(414)分离；经过机械传动组件(4)的动力依次经过离合器C6(49)、单向离合器F2(415)、前排太阳轮(41)至前排行星架(42)，在前排行星架(42)处分流分别至前排齿圈(43)和后排齿圈(46)，后排齿圈(46)经过后排行星架(45)与前排齿圈(43)汇流后，动力传递至汇流机构(5)，制动器B4(412)接合，后排太阳轮(44)锁止；
反向复合2档：制动器B4(412)和离合器C4(47)接合，同时制动器B2(410)、离合器C5(48)、离合器C6(49)、单向离合器F1(414)和单向离合器F2(415)分离；经过机械传动组件(4)的动力依次经过离合器C4(47)、后排齿圈(46)和后排行星架(45)后，动力传递至汇流机构(5)；
反向复合3档：离合器C4(47)、离合器C5(48)和单向离合器F1(414)接合，同时制动器B2(410)、制动器B4(412)、离合器C6(49)和单向离合器F2(415)分离；经过机械传动组件(4)的动力依次经过离合器C4(47)、前排行星架(42)、前排齿圈(43)后，动力传递至汇流机构(5)；由于离合器C5(48)和单向离合器F1(414)接合，使前排太阳轮(41)不能超速旋转，其转速与前排行星架(42)一致，使前行星排机构整体旋转；
反向复合4档：制动器B2(410)、离合器C6(49)和单向离合器F2(415)接合，同时制动器B4(412)、离合器C4(47)、离合器C5(48)和单向离合器F1(414)分离；经过机械传动组件(4)的动力依次经过离合器C6(49)、单向离合器F2(415)、前排太阳轮(41)和前排齿圈(43)后，动力传递至汇流机构(5)。
7.根据权利要求5所述的机械液压复合传动装置的控制方法，其特征在于：采用基于时域的车辆预测控制，结合动态规划实现在线滚动优化控制；
在预测区域q内，复合传动车辆预测控制的状态转移方程为：
x(k+1)＝μ[x(k),u(k)]
式中，μ为时间离散系统函数；
在预测区域q内，复合传动系统油耗最小的目标函数为：
Figure FDA0002262620300000051
式中，J1为采用线性预测控制系统的燃油经济性目标函数，vk为第k阶段的阶段指标；
在控制区域p，采用传感装置进行测量；在预测区域q，采用GPS/GIS系统进行预测；
采用非线性预测控制对兼顾各功率段的功率分流和功率汇流的机械液压复合传动系统的状态变量进行控制，对控制变量进行约束，对未来状态进行预估；
此时复合传动系统油耗最小的目标函数为：
Figure FDA0002262620300000061
式中，J2为采用非线性预测控制系统的燃油经济性目标函数，L为t时刻的瞬时燃油消耗量函数。
8.根据权利要求5和7所述的机械液压复合传动装置的控制方法，其特征在于：人机交互环境下的动态协调控制系统主要由分层控制结构和控制系统结构组成；
分层控制结构包括管理层、协同层和执行层三个层次；管理层依据外部环境信息和响应反馈数据通过加速和制动踏板将车辆所需功率传递到协同层，协同层的核心在于稳态能量管理算法和模式切换动态协调控制算法，前者根据管理层发送的车辆需求功率确定传动系统工作模式，后者对工作模式进行识别，并对目标转速和转矩进行协调；执行层主要将协同层发送出来的控制命令传送到执行部件，使得执行层各部件响应输出功率以满足管理层的要求；
控制系统结构包括操纵机构、控制算法和执行机构；驾驶员结合外部信息和自身意图，通过操纵机构对档位、踏板开度和工作模式进行操作，操作信号与传动系统反馈信号一起作为控制系统的输入；传动系统根据输入信号、发动机转速、车速和负载等，确定车辆运行的目标传动比及扭矩，并基于功率跟随的自适应实时优化控制算法，确定车辆运行的瞬时车速和扭矩；参照传动系统的动力性、经济性和排放性等要求，对基本控制规律进行修正，得出发动机节气门开度、换挡机构接合方式、以及变速器传动比等控制目标，输入执行层控制器对执行机构实施闭环控制。
9.根据权利要求8所述的机械液压复合传动装置的控制方法，其特征在于：所述的主动型能量控制算法，当驾驶员操纵加速踏板时，进入主动型能量控制模式；电控单元计算出油门开度所对应的发动机目标转速，结合瞬时车速得到变速器目标传动比，进行自适应跟踪调节；当踏板开度不再变化时，发动机以此时功率为燃油经济性目标功率，连续改变油门开度使其工作点沿等功率曲线回到燃油经济性曲线上，系统自动调整踏板开度使其与油门开度相对应。
10.根据权利要求8所述的机械液压复合传动装置的控制方法，其特征在于：所述的被动型能量控制算法，当车速变化量和阻力变化量同时符合基于鲁棒界设定的条件时，进入被动型能量控制模式；电控单元自动调节发动机油门开度，根据初始车速和变速器瞬时传动比，计算出发动机瞬时所需转速，发动机自动增大或减小其油门开度进行调节；电控单元计算出油门开度所对应的发动机目标转速，结合瞬时车速得到变速器目标传动比，进行自适应跟踪调节；当踏板开度不再变化时，运行过程与主动型能量控制相似。
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