CN111577884A - 一种用于轮式拖拉机耕作作业的变速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轮式拖拉机耕作作业的变速控制方法，是根据拖拉机作业时不同的驱动轮滑转率，进行变速器动力换挡与耕深调节控制；当驱动轮滑转率处在正常范围时，通过对拖拉机变速器进行动力换挡调节驱动力从而控制滑转率处于最佳范围；当驱动轮滑转率超出合理的范围时，通过机具耕深调节控制，使驱动轮滑转率保持在正常范围。本发明能使驱动轮滑转率处于最佳范围，从而使拖拉机具有较高的牵引效率，同时避免产生过大的摩擦功率损失、驱动轮磨损和田间土壤结构破坏。

Description

一种用于轮式拖拉机耕作作业的变速控制方法

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连续高质量耕作作业的变速控制方法。

技术背景

提高农业生产效率和质量，对于保障国民基本物质生活需求和提高物质生活水平，有着重大意义。

拖拉机在田间作业时，驱动轮对土壤会产生剪切应变，因此拖拉机作业时驱动轮常存在一定的滑转率。当滑转率过大时，驱动轮与地面摩擦会产生动力损失，同时还会使驱动轮磨损加剧，田间土壤结构遭到破坏，导致车轮下陷，拖拉机滚动阻力变大。另外驱动轮滑转率与拖拉机牵引效率之间存在一定关系，若驱动轮滑转率处于不合理的范围内时，拖拉机牵引效率低，导致拖拉机经济性与动力性均较差。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足之处，提出一种用于轮式拖拉机耕作作业的变速控制方法，以期能使驱动轮滑转率处于最佳范围，从而使拖拉机具有较高的牵引效率，并能避免产生过大的摩擦功率损失、驱动轮磨损和田间土壤结构破坏。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种用于轮式拖拉机耕作作业的变速控制方法的特点在于，包括：

当驱动轮滑转率a≤δ≤d时，根据发动机油门开度α与所述驱动轮滑转率δ的大小，对轮式拖拉机进行变速器动力换挡控制，使所述驱动轮滑转率δ维持在最佳区间[b，c]内，以达到高牵引效率；

当驱动轮滑转率δ＞d时，对所述轮式拖拉机进行机具耕深调节控制，使驱动轮滑转率δ降低至合理区间[a，d]内；

其中，所述最佳区间[b，c]中的下限b取值范围为[8％，10％]，上限c取值范围为[12％，15％]；

合理区间[a，d]中的下限为a＝0％，上限d取值范围为[20％，25％]。

本发明所述的变速控制方法的特点也在于：所述变速器动力换挡控制包括：

当所述发动机油门开度α∈[α₁，α₂)且所述驱动轮滑转率δ∈[a，b)时，则所述变速器动力换挡控制为保持挡位；

当所述发动机油门开度α∈[α₂，α₄]且所述驱动轮滑转率δ∈[a，b)时，则所述变速器动力换挡控制为实施动力降挡控制；

当所述发动机油门开度α∈[α₁，α₄]且所述驱动轮滑转率δ∈[b，c)时，则所述变速器动力换挡控制为保持挡位；

当所述发动机油门开度α∈[α₁，α₃)且所述驱动轮滑转率δ∈[c，d]时，则所述变速器动力换挡控制为实施动力升挡控制；

当所述发动机油门开度α∈[α₃，α₄]、所述驱动轮滑转率δ∈[c，d]时，则所述变速器动力换挡控制为保持挡位；

其中，所述发动机油门开度α所属区间中四个参数的取值范围为：α₁∈[25％，30％]，α₂∈[50％，55％]，α₃∈[75％，80％]，α₄＝100％。

所述机具耕深调节控制是指：

当驱动轮滑转率δ＞d时，通过提升机具位置，减小机具耕深，以减小作业阻力，从而降低驱动轮滑转率。

所述实施动力升挡控制是按如下步骤进行：

步骤1、在时间段t_u1～t_u2内，使高挡离合器油压从升挡起始油压p_u0升至升挡接触油压p_u1，且低挡离合器油压保持为锁止油压p_lock；其中，t_u1，t_u2为升挡第一、第二时间节点，且t_u2>t_u1；所述升挡起始油压p_u0为与回位弹簧力保持平衡的油压；所述升挡接触油压p_u1为离合器消除主从动片的间隙所需的压力；所述锁止油压p_lock为使得离合器不发生意外滑摩的油压；

步骤2、在时间段t_u2～t_u3内，使所述高挡离合器油压从升挡接触油压p_u1升至升挡过渡油压p_u2，且低挡离合器油压仍保持为锁止油压p_lock；

在t_u3时刻，使所述低挡离合器油压从锁止油压p_lock突降至升挡起始油压p_u0；

其中，t_u3为升挡第三时间节点，且t_u3>t_u2；所述升挡过渡油压p_u2为使升挡高挡离合器所传递的滑摩转矩等于变速器负载转矩T_L时所需的离合器压力；

步骤3、在时间段t_u3～t_u4内，使高挡离合器油压从升挡过渡油压p_u2升至升挡终端油压p_u3，且低挡离合器油压保持为升挡起始油压p_u0；

在t_u4时刻，使高挡离合器油压由升挡终端油压p_u3跃升至锁止油压p_lock；其中，t_u4为升挡第四时间节点，且t_u4>t_u3。

所述实施动力降挡控制是按如下步骤进行：

步骤1、在t_d1时刻使高挡离合器油压从锁止油压p_lock突降至降挡临界油压p_d2；

在时间段t_d1～t_d2内，使低挡离合器油压保持为降挡起始油压p_d0，且高挡离合器油压继续降低；其中，t_d1，t_d2为降挡第一、第二时间节点，且t_d2>t_d1；所述降挡临界油压p_d2为使高挡离合器处于结合与滑摩临界状态的油压；

步骤2、在时间段t_d2～t_d3内，使低挡离合器油压从降挡起始油压p_d0上升至降挡接触油压p_d1，且高挡离合器油压继续降低；其中，t_d3为降挡第三时间节点，且t_d3>t_d2；

步骤3、在时间段t_d3～t_d4内，使低挡离合器油压继续上升，且高挡离合器油压在t_d4时刻降低至降挡起始油压p_d0；其中，t_d4为降挡第四时间节点，且t_d4>t_d3；

步骤4、在时间段t_d4～t_d5内，使低挡离合器油压上升至降挡终端油压p_d3，且高挡离合器保持为降挡起始油压p_d0不变；

在t_d5时刻，使低挡离合器油压由降挡终端油压p_d3跃升至锁止油压p_lock；其中，t_d5为降挡第五时间节点，且t_d5>t_d4。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过对拖拉机驱动轮滑转率进行分级，在滑转率处于不合理区间时，通过对拖拉机耕深进行调节，保证了拖拉机的通过性；在滑转率处于合理区间但不属于最佳区间时，通过对拖拉机进行动力换挡操作使驱动轮滑转率处于最佳区间，使得拖拉机具有较高的牵引效率，且此时不对拖拉机耕深进行调节，提高了拖拉机作业质量。

2、本发明采用驱动轮滑转率与发动机油门开度两个参数，准确判断了拖拉机作业时的地面附着条件，从而制定了合理的动力换挡控制方案，在保证拖拉机动力性的前提下能将驱动轮滑转率控制在最佳区间内。

3、本发明通过对动力换挡变速器换挡过程中离合器作动时序进行合理控制，使离合器在滑摩时主动盘转速始终大于从动盘转速，从而有效避免了换挡过程中出现功率循环现象。

附图说明

图1为本发明驱动力与驱动轮滑转率的关系图；

图2为本发明不同土壤条件下滑转率与牵引效率的关系图；

图3为本发明动力换挡变速器结构简图；

图4为本发明动力升挡时离合器作动压力变化曲线图。

图5为本发明动力降挡时离合器作动压力变化曲线图。

具体实施方式

本实施例中，一种用于轮式拖拉机耕作作业的变速控制方法，是将拖拉机驱动轮滑转率δ分为合理区间、最佳区间，当滑转率处于合理区间时，根据油门开度α和驱动轮滑转率δ大小，判断拖拉机作业阻力大小和地面附着条件，对拖拉机进行可避免功率循环的动力换挡控制，在保证拖拉机动力性的前提下将驱动轮滑转率控制在最佳区间，使拖拉机具有较高的牵引效率；当滑转率超出合理区间时，通过对拖拉机机具耕深进行调节，使驱动轮滑转率降低至合理区间内，减小驱动轮与地面摩擦产生的动力损失，同时避免驱动轮产生过大磨损。

具体的来说，参阅图1-图5，该变速控制方法是按照以下方式进行：

由图1可知，当驱动轮滑转率δ处于较小至时，滑转率与驱动力近似呈正比关系，因此当驱动轮滑转率a≤δ≤d时，根据发动机油门开度α与驱动轮滑转率δ的大小可以判断拖拉机作业阻力大小和地面附着条件，对轮式拖拉机进行变速器动力换挡控制，从而可以调节驱动轮驱动力的大小，通过合理控制则可使驱动轮滑转率δ维持在最佳区间[b，c]内，以达到高牵引效率；

具体的说，变速器动力换挡控制包括：

当发动机油门开度α∈[α₁，α₂)且驱动轮滑转率δ∈[a，b)时，拖拉机处于小油门开度、小滑转率，说明此时拖拉机作业阻力较小，地面附着条件较好。此时若进行降挡控制，可使驱动力变大进而使滑转率上升至最佳区间，然而由于当前作业阻力较小，驱动力增加同时会导致拖拉机加速至升挡作业速度，造成换挡循环，综合考虑则变速器动力换挡控制为保持挡位；

当发动机油门开度α∈[α₂，α₄]且驱动轮滑转率δ∈[a，b)时，拖拉机处于中大油门开度、小滑转率，此工况下作业阻力中等偏大、地面附着条件良好，可进行降挡控制，即提高了拖拉机的动力性，有利于帮助拖拉机克服作业阻力，又可以使拖拉机滑转率处于最佳区间。则变速器动力换挡控制为实施动力降挡控制；参阅图3，以H挡降L挡为例，结合图5，具体的说，该实施动力降挡控制是按如下步骤进行：

步骤1、在t_d1时刻，为缩短换挡时间，使高挡离合器D油压从锁止油压p_lock突降至降挡临界油压p_d2，使离合器D由结合状态切转换为滑摩状态；

由于降挡初始时，低挡离合器C从动盘转速ω_C2大于主动盘转速ω_C1，为防止低挡离合器C从动盘带动主动盘旋转，产生功率循环，因此在时间段t_d1～t_d2内，低挡离合器C油压保持为降挡起始油压p_d0，使低挡离合器C保持为分离状态；为了使低挡离合器C的主动盘转速上升，从动盘转速下降，高挡离合器D油压继续降低，随着离合器D传递的滑摩转矩已不能克服负载转矩，变速器输出转速ω_v开始下降，低挡离合器C从动盘转速ω_C2随之降低；发动机转速ω_e逐渐增大，低挡离合器C主动盘转速ω_C1随之增大，在t_d2时刻ω_C1＝ω_C2，进入步骤2。其中，t_d1，t_d2为第一、第二时间节点，且t_d2>t_d1；锁止油压p_lock为使得离合器不发生意外滑摩的油压；降挡临界油压p_d2为使高挡离合器处于结合与滑摩临界状态的油压；

步骤2、由于在t_d2时刻低挡离合器C主从盘转速同步，因此此时离合器C开始接触不会产生功率循环，在时间段t_d2～t_d3内，使低挡离合器C油压从降挡起始油压p_d0上升至降挡接触油压p_d1，由于此时低挡离合器C油压较低，虽然此时低挡离合器C主从盘转速同步，但离合器C不能转换为结合状态，因此此阶段低挡离合器C由分离状态转换为滑摩状态，且高挡离合器油压D继续降低；其中，t_d3为第三时间节点，且t_d3>t_d2；

步骤3、在时间段t_d3～t_d4内，由于此阶段初期低挡离合器C上的油液压力较低，低挡离合器C与高挡离合器D所传递的滑摩转矩之和不能克服负载力矩，因此低挡离合器C主动盘转速ω_C1继续增加，从动盘转速ω_C2继续减小，ω_C1＞ω_C2，为了使低挡离合器C能够顺利接合，使低挡离合器C油压继续上升，低挡离合器C所传递的滑摩转矩越来越大，当低挡离合器C与高挡离合器D所传递的滑摩转矩之和超过变速器负载转矩时，离合器C主动盘转速ω_C1开始减小，从动盘转速ω_C2开始增大，低挡离合器C主从动盘转速差逐渐减小，且高挡离合器油压在t_d4时刻降低至降挡起始油压p_d0，高挡离合器D由滑摩状态转换为分离状态，在高挡离合器D分离前，低挡离合器C已经开始传递动力，因此换挡过程中变速器动力不中断；其中，t_d4为第四时间节点，且t_d4>t_d3；

步骤4、在时间段t_d4～t_d5内，随着低挡离合器C油压的增大，低挡离合器C主从动盘转速差越来越小，当低挡离合器油压上升至降挡终端油压p_d3时，低挡离合器C主从动盘转速同步，低挡离合器C由滑摩状态转换为结合状态，且高挡离合器保持为降挡起始油压p_d0不变，以使高挡离合器D保持为分离状态；

在t_d5时刻，为防止发动机转矩突变导致的离合器意外滑摩，使低挡离合器油压由降挡终端油压p_d3跃升至锁止油压p_lock；其中，t_d5为第五时间节点，且t_d5>t_d4；

当发动机油门开度α∈[α₁，α₄]且驱动轮滑转率δ∈[b，c)时，此时拖拉机处于最佳滑转率区间，具有较高的牵引效率，则变速器动力换挡控制为保持挡位；

当发动机油门开度α∈[α₁，α₃)且驱动轮滑转率δ∈[c，d]时，拖拉机处于中小油门开度、大滑转率，作业阻力中等偏小而地面附着情况较差，需升挡降低驱动力，进而降低滑转率至最佳区间以充分发挥拖拉机牵引效率，则变速器动力换挡控制为实施动力升挡控制；参阅图3，以L挡升H挡为例，结合图4，具体的说，该实施动力升挡控制是按如下步骤进行：

步骤1、在时间段t_u1～t_u2内，使高挡离合器D油压从升挡起始油压p_u0升至升挡接触油压p_u1，高挡离合器D主从动盘开始接触并传递动力，高挡离合器D由分离状态切换为滑摩状态，同时为了避免低挡离合器C和高挡离合器D同时滑摩而产生功率循环现象，低挡离合器油压C保持为锁止油压p_lock，低挡离合器C保持为结合状态；其中，t_u1，t_u2为升挡第一、第二时间节点，且t_u2>t_u1；升挡起始油压p_u0为与回位弹簧力保持平衡的油压；升挡接触油压p_u1为离合器消除主从动片的间隙所需的压力；锁止油压p_lock为使得离合器不发生意外滑摩的油压；

步骤2、在时间段t_u2～t_u3内，使高挡离合器D油压从升挡接触油压p_u1升至升挡过渡油压p_u2，高挡离合器D控制油压逐渐增大，其所传递的滑摩转矩逐渐增大，功率流从低挡离合器C向高挡离合器D转移，且低挡离合器C油压仍保持为锁止油压p_lock，低挡离合器C保持为结合状态；

t_u3时高挡离合器D传递的滑摩转矩等于变速器负载转矩T_L，此时低挡离合器C传递转矩降低为0，动力交接完成，在t_u3时刻，使低挡离合器C油压从锁止油压p_lock突降至升挡起始油压p_u0，低挡离合器C由结合状态直接切换为分离状态，由于不存在低挡离合器C和高挡离合器D同时滑摩的情况，因此动力升档过程中不会产生功率循环现象；

其中，t_u3为升挡第三时间节点，且t_u3>t_u2；升挡过渡油压p_u2为使升挡高挡离合器所传递的滑摩转矩等于变速器负载转矩T_L时所需的离合器压力；

步骤3、在时间段t_u3～t_u4内，继续增大高挡离合器D控制油压，使高挡离合器D传递的转矩能够大于变速器负载转矩T_L，拖拉机作业速度上升，高挡离合器从动盘转速ω_D2随之变大；而此时发动机转矩无法克服高挡离合器D所传递的滑摩转矩，发动机转速ω_e下降，高挡离合器主动盘转速ω_D1随之变小，因此高挡离合器D主从动盘转速逐渐一致，当使高挡离合器油压从升挡过渡油压p_u2升至升挡终端油压p_u3时，高挡离合器D主从动盘转速同步，高挡离合器D由滑摩状态切换为结合状态，且低挡离合器C油压保持为升挡起始油压p_d0，低挡离合器C保持为分离状态；

在t_u4时刻，为防止发动机转矩突变导致的离合器意外滑摩，使高挡离合器D油压由升挡终端油压p_u3跃升至锁止油压p_lock；其中，t_u4为升挡第四时间节点，且t_u4>t_u3。

当发动机油门开度α∈[α₃，α₄]、驱动轮滑转率δ∈[c，d]时，拖拉机处于大油门开度、大滑转率，作业阻力较大，若进行升挡控制可能会导致拖拉机无法克服作业阻力，若进行降挡控制则可能使驱动轮滑转率超出合理范围内，因此则变速器动力换挡控制为保持挡位；

其中，发动机油门开度α所属区间中四个参数的取值为：由拖拉机作业阻力一般较大，若油门开度较小则无法克服阻力，故小油门开度的下限α₁根据土壤条件设置为α₁∈[25％，30％]，另外为了将油门开度划分为大、中、小三个级别，分别设置α₂∈[50％，55％]，α₃∈[75％，80％]，α₄＝100％。本实施例中，α₁、α₂和α₃的最佳取值为α₁＝30％，α₂＝50％，α₃＝80％。

由图1可知，当驱动轮滑转率δ超过一定值时，驱动力略微增加便会导致滑转率急剧增加，说明此滑转率下地面已遭到破坏，不再适合拖拉机作业，此时进行变速器控制以无法满足需求，因此当驱动轮滑转率δ＞d时，为了使驱动轮滑转率降低至合理区间[a，d]内，从而减小动力损失和轮胎磨损，对轮式拖拉机进行机具耕深调节控制，使驱动轮滑转率δ降低至合理区间[a，d]内；

具体的说，机具耕深调节控制是指：当驱动轮滑转率δ＞d时，此时驱动轮滑转率超出合理区间，土壤结构被破坏，轮胎磨损严重，应通过提升机具位置，减小机具耕深，以减小作业阻力，从而降低驱动轮滑转率。

其中，根据图2所示，根据拖拉机田间耕作时不同土壤条件下高牵引效率所对应的滑转率区间，设置最佳区间[b，c]中的下限b取值范围为[8％，10％]，上限c取值范围为[12％，15％]；本实施例中，b和c的最佳取值为b＝10％，c＝15％。

由于拖拉机驱动时土壤会产生剪切应变，拖拉机作业时滑转率总大于等于0，因此设置合理区间[a，d]中的下限a＝0％，由于拖拉机在旱田作业时驱动轮滑转率不应超过20％，在水田作业时驱动轮滑转率不应超过25％，因此根据土壤湿度的不同，合理区间[a，d]中的上限d取值范围为[20％，25％]。本实施例中，d的最佳取值为d＝20％。

Claims (5)

1.一种用于轮式拖拉机耕作作业的变速控制方法，其特征在于，包括：

当驱动轮滑转率a≤δ≤d时，根据发动机油门开度α与所述驱动轮滑转率δ的大小，对轮式拖拉机进行变速器动力换挡控制，使所述驱动轮滑转率δ维持在最佳区间[b，c]内，以达到高牵引效率；

当驱动轮滑转率δ＞d时，对所述轮式拖拉机进行机具耕深调节控制，使驱动轮滑转率δ降低至合理区间[a，d]内；

其中，所述最佳区间[b，c]中的下限b取值范围为[8％，10％]，上限c取值范围为[12％，15％]；

合理区间[a，d]中的下限为a＝0％，上限d取值范围为[20％，25％]。

2.根据权利要求1所述的变速控制方法，其特征在于：所述变速器动力换挡控制包括：

当所述发动机油门开度α∈[α₁，α₂)且所述驱动轮滑转率δ∈[a，b)时，则所述变速器动力换挡控制为保持挡位；

当所述发动机油门开度α∈[α₂，α₄]且所述驱动轮滑转率δ∈[a，b)时，则所述变速器动力换挡控制为实施动力降挡控制；

当所述发动机油门开度α∈[α₁，α₄]且所述驱动轮滑转率δ∈[b，c)时，则所述变速器动力换挡控制为保持挡位；

当所述发动机油门开度α∈[α₁，α₃)且所述驱动轮滑转率δ∈[c，d]时，则所述变速器动力换挡控制为实施动力升挡控制；

当所述发动机油门开度α∈[α₃，α₄]、所述驱动轮滑转率δ∈[c，d]时，则所述变速器动力换挡控制为保持挡位；

其中，所述发动机油门开度α所属区间中四个参数的取值范围为：α₁∈[25％，30％]，α₂∈[50％，55％]，α₃∈[75％，80％]，α₄＝100％。

3.根据权利要求1所述的变速控制方法，其特征在于：所述机具耕深调节控制是指：

当驱动轮滑转率δ＞d时，通过提升机具位置，减小机具耕深，以减小作业阻力，从而降低驱动轮滑转率。

4.根据权利要求2所述的变速控制方法，其特征在于，所述实施动力升挡控制是按如下步骤进行：

步骤1、在时间段t_u1～t_u2内，使高挡离合器油压从升挡起始油压p_u0升至升挡接触油压p_u1，且低挡离合器油压保持为锁止油压p_lock；其中，t_u1，t_u2为升挡第一、第二时间节点，且t_u2>t_u1；所述升挡起始油压p_u0为与回位弹簧力保持平衡的油压；所述升挡接触油压p_u1为离合器消除主从动片的间隙所需的压力；所述锁止油压p_lock为使得离合器不发生意外滑摩的油压；

步骤2、在时间段t_u2～t_u3内，使所述高挡离合器油压从升挡接触油压p_u1升至升挡过渡油压p_u2，且低挡离合器油压仍保持为锁止油压p_lock；

在t_u3时刻，使所述低挡离合器油压从锁止油压p_lock突降至升挡起始油压p_u0；

其中，t_u3为升挡第三时间节点，且t_u3>t_u2；所述升挡过渡油压p_u2为使升挡高挡离合器所传递的滑摩转矩等于变速器负载转矩T_L时所需的离合器压力；

步骤3、在时间段t_u3～t_u4内，使高挡离合器油压从升挡过渡油压p_u2升至升挡终端油压p_u3，且低挡离合器油压保持为升挡起始油压p_u0；

在t_u4时刻，使高挡离合器油压由升挡终端油压p_u3跃升至锁止油压p_lock；其中，t_u4为升挡第四时间节点，且t_u4>t_u3。

5.根据权利要求2所的变速控制方法，其特征在于，所述实施动力降挡控制是按如下步骤进行：

步骤1、在t_d1时刻使高挡离合器油压从锁止油压p_lock突降至降挡临界油压p_d2；

在时间段t_d1～t_d2内，使低挡离合器油压保持为降挡起始油压p_d0，且高挡离合器油压继续降低；其中，t_d1，t_d2为降挡第一、第二时间节点，且t_d2>t_d1；所述降挡临界油压p_d2为使高挡离合器处于结合与滑摩临界状态的油压；

步骤2、在时间段t_d2～t_d3内，使低挡离合器油压从降挡起始油压p_d0上升至降挡接触油压p_d1，且高挡离合器油压继续降低；其中，t_d3为降挡第三时间节点，且t_d3>t_d2；

步骤3、在时间段t_d3～t_d4内，使低挡离合器油压继续上升，且高挡离合器油压在t_d4时刻降低至降挡起始油压p_d0；其中，t_d4为降挡第四时间节点，且t_d4>t_d3；

步骤4、在时间段t_d4～t_d5内，使低挡离合器油压上升至降挡终端油压p_d3，且高挡离合器保持为降挡起始油压p_d0不变；

在t_d5时刻，使低挡离合器油压由降挡终端油压p_d3跃升至锁止油压p_lock；其中，t_d5为降挡第五时间节点，且t_d5>t_d4。

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