CN113790251B - 一种车辆动力系统及优化方法、控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆动力系统及优化方法、控制方法。发动机的输出轴通过液压变速器与自动变速箱的输入轴同轴连接，自动变速箱的输出轴通过主减速器与车辆连接；液压变速器的液压控制油口通过控制阀与液压油箱连通，液压变速器的液压控制油口与控制阀之间的油路记为液压管路，液压变速器的进油口与液压油箱连通；控制阀调节液压变速器液压控制油口的压力，液压控制油口压力的改变实现对液压变速器输出轴转速的调节，从而控制车辆速度，并通过两种策略对本系统进行优化控制。本系统结构更简单，能将发动机转速与车辆速度解耦，使发动机工作在高效率点，优化方法、控制方法均使得车辆的油耗降低。

Description

一种车辆动力系统及优化方法、控制方法

技术领域

本发明涉及了车辆领域的动力系统构型及控制方法，具体涉及了一种车辆动力系统及优化方法、控制方法。

背景技术

车辆包括路面车辆和非路面车辆，路面车辆包括家庭乘用车辆、城市公交车辆、公路车辆(如公路卡车)等，非路面车辆包括森林机械、农业机械、工程机械(如轮式装载机、重型卡车)等。由于各类车辆每年都要消耗大量的能源，产生大量的排放，世界各国对减少车辆燃料消耗和排放的需求日益增长，排放法规日益严格。改善发动机的工作状况和提高动力系统的传动效率，是满足这些要求的关键因素。现有的车辆动力系统有较多采用齿轮传动，其中多数由液力变矩器和自动变速箱组成，液力变矩器能够自动放大发动机转矩以适应负载变化，无需外部控制。

但液力变矩器存在一些缺陷：1)液力变矩器容易过热，导致大量的能量损失，这主要发生在车辆起步的时候，此时液力变矩器的效率较低，尤其不利于一些需要频繁启停的车辆(如轮式装载机)；2)液力变矩器的转矩放大能力和传动效率之间存在制约，限制了液力变矩器的性能；3)液力变矩器本身的结构及其与发动机和自动变速箱的连接安装方式都较为复杂；4)液力变矩器本身无法调控，车辆速度直接由发动机油门控制，发动机转速与车辆速度耦合，发动机无法工作在高效率点。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种车辆动力系统，采用液压变速器代替传统车辆动力系统中的液力变矩器，以避免液力变矩器容易过热、性能受限、结构和安装方式复杂等问题。该系统结构更简单，并且能将发动机转速和车辆速度解耦，使发动机工作在高效率点，本发明还为该系统提出了优化方法、控制方法。该车辆动力系统及优化方法、控制方法可以应用在家庭乘用车辆、公路车辆(如公路卡车)、工程车辆(如轮式装载机、重型卡车)等目前采用液力变矩器的动力系统中。

本发明采用的技术方案是：

一、一种车辆动力系统

系统包括液压变速器、控制阀、液压油箱、自动变速箱、发动机和主减速器；

发动机的输出轴与液压变速器的输入轴同轴连接，液压变速器的输出轴与自动变速箱的输入轴同轴连接，自动变速箱的输出轴与主减速器的主减速器轴同轴连接，主减速器与车辆连接；液压变速器的液压控制油口通过控制阀与液压油箱连通，液压变速器的液压控制油口与控制阀之间的油路记为液压管路，液压变速器的进油口与液压油箱连通；控制阀调节液压变速器液压控制油口的压力，液压控制油口压力的改变实现对液压变速器输出轴转速的调节，从而控制车辆速度。

所述控制阀为比例溢流阀或比例节流阀。

所述液压变速器的输入输出轴转速差定义为：

Δω＝ω_e-ω_m

其中，Δω为液压变速器的输入输出轴转速差，ω_e为液压变速器的输入轴转速，即发动机转速，ω_m为液压变速器的输出轴转速，即自动变速箱输入轴转速。

所述液压变速器的机械特性，即输入轴转矩、输出轴转矩和液压控制油口压力、输入输出轴转速差之间具有以下关系：

T_p(p_c,Δω)＝k₁₁vΔω+k₁₂p_c+k₁₃

T_m(p_c,Δω)＝k₂₁vΔω+k₂₂p_c+k₂₃

其中，T_p和T_m分别为液压变速器的输入轴转矩和输出轴转矩，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，k₁₁和k₂₁分别为液压变速器的输入轴和输出轴的粘性摩擦转矩系数，v为油液运动粘度，k₁₂和k₂₂分别为液压变速器输入轴和输出轴的液压转矩系数，k₁₃和k₂₃分别为液压变速器输入轴和输出轴的寄生转矩。

所述液压变速器的容积特性，即液压控制油口流量和液压控制油口压力、输入输出轴转速差之间具有以下关系：

Q_c(p_c,Δω)＝DΔω-k₃p_c

其中，Q_c为液压变速器的液压控制油口流量，D为液压变速器排量，k₃为泄漏系数。

所述控制阀为比例溢流阀，比例溢流阀流量和两端压差之间具有以下关系：

其中，Q_v为通过控制阀的流量，k_p为流量-压力系数，p_o为阀口开启压力；所述控制阀为比例节流阀，比例节流阀流量和两端压差之间具有以下关系：

其中，k_v为比例节流阀系数，与流量系数、阀芯尺寸、油液密度等因素相关，x_v为比例节流阀开度。

所述液压管路的压力和流经液压管路的流量之间具有以下关系：

其中，V_p为管路中的油液体积，βe为油液弹性模量。

所述自动变速箱的输出轴转速和输入轴转速之间、自动变速箱的输出轴转矩和输入轴转矩之间具有以下关系：

其中，ω_f为自动变速箱的输出轴转速，即主减速器轴转速，T_g为输出轴转矩，η_g为齿轮传动效率，k_g为齿轮传动比，随车辆速度变化而自动调节。

二、一种基于发动机转速的车辆动力系统优化方法

所述车辆动力系统中的控制阀为比例节流阀，优化方法包括以下步骤：

1)根据上一时刻的发动机转速列举一组下一时刻的发动机转速，对该组下一时刻的发动机转速进行筛选，将多个筛选后的下一时刻的发动机转速作为下一时刻的备选发动机转速；

2)选择一个下一时刻的备选发动机转速，根据当前备选发动机转速和主减速器轴转速，利用主减速器轴上所反映的车辆动力学特性计算当前备选发动机转速对应的液压变速器的液压控制油口压力；

3)根据液压变速器的液压控制油口压力，分别利用液压管路的压力动态方程和发动机轴的动力学方程分别计算获得当前备选发动机转速对应的比例节流阀开度和发动机转矩；

4)由发动机转速、液压控制油口压力、比例节流阀开度和发动机转矩组成当前备选发动机转速对应的系统状态，检验其是否符合物理限制，符合则保留当前备选发动机转速；

5)对剩余的备选发动机转速重复步骤2)-4)，获得符合物理限制的备选发动机转速以及对应的系统状态，根据各个备选发动机转速对应系统状态中的发动机转速和发动机转矩，查表计算发动机油耗，选择最低发动机油耗对应的备选发动机转速并作为系统的控制目标，通过调节发动机油门来实现目标发动机转速；同时输出实现目标车速所需的比例节流阀开度，通过前馈控制实现目标车速。

所述步骤2)中，主减速器轴上所反映的车辆动力学特性的公式如下，令机械刹车转矩T_b为0，通过以下公式计算获得当前备选发动机转速对应的液压变速器的液压控制油口压力p_c：

其中，J_f为主减速器轴的转动惯量，ω_f为主减速器轴转速，η_g和k_g分别为自动变速箱的效率和传动比，k₂₁为液压变速器的输出轴粘性摩擦转矩系数，v为油液粘度，ω_e为发动机转速，k₂₂为液压变速器的输出轴液压转矩系数，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，k₂₃为液压变速器的输出轴寄生转矩，T_f为主减速器轴的负载转矩，T_b为机械刹车转矩，p_{c_min}为液压控制油口压力设定的下限值。

所述步骤3)中，液压管路的压力动态方程的公式如下，通过以下公式计算获得当前备选发动机转速对应的比例节流阀开度x_v：

其中，V_p为液压管路中的油液体积，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，β_e为油液弹性模量，D为液压变速器排量，ω_e为发动机转速，ω_f为主减速器轴转速，k₃为液压变速器泄漏系数，k_v为比例节流阀系数，k_g为自动变速箱的传动比；

所述步骤3)中，发动机轴的动力学方程的公式如下，通过以下公式计算获得当前备选发动机转速对应的发动机转矩T_e：

其中，J_e为发动机轴转动惯量，ω_e为发动机转速，ω_f为主减速器轴转速，T_e为发动机转矩，k₁₁为液压变速器的输入轴粘性摩擦转矩系数，v为油液粘度，k_g为自动变速箱的传动比，k₁₂为液压变速器输入轴液压转矩系数，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，k₁₃为液压变速器输入轴寄生转矩。

所述步骤4)中的物理限制的公式如下：

其中，p_c为液压控制油口压力，T_e为发动机转矩，p_{c_max}为液压控制油口压力的上限值，x_v为比例节流阀开度，比例节流阀开度x_v作归一化处理，范围在0到1，T_{e_max}为发动机转矩的上限值。

三、一种基于液压变速器最小流量的车辆动力系统控制方法

所述车辆动力系统中的控制阀为比例节流阀；控制方法包括以下步骤：

1)当发动机转速高于怠速时，使液压变速器的液压控制油口流量为0，计算获得液压变速器液压控制油口压力和发动机转速；

2)检验步骤1)所得的发动机转速是否高于发动机怠速，若不高于，则重新计算液压变速器的液压控制油口压力和发动机转速；否则，则保持不变；

3)根据步骤2)中的液压变速器的液压控制油口压力和发动机转速，计算比例节流阀开度；

4)输出发动机转速并作为系统的控制目标，通过调节发动机油门来实现目标发动机转速；同时输出比例节流阀开度，通过前馈控制实现目标车速。

所述步骤1)中，利用以下公式计算液压变速器的液压控制油口压力p_c和发动机转速ω_e：

其中，p_{c_min}和p_{c_max}分别为液压变速器的液压控制油口压力的下限值和上限值，J_f为主减速器轴的转动惯量，ω_f为主减速器轴转速，η_g和k_g分别为自动变速箱的效率和传动比，k₂₁为液压变速器的输出轴粘性摩擦转矩系数，v为油液粘度，k₂₂为液压变速器的输出轴液压转矩系数，k₂₃为液压变速器的输出轴寄生转矩，T_f为主减速器轴的负载转矩，k₃为液压变速器泄漏系数，D为液压变速器排量。

所述步骤2)中，若步骤1)所得的发动机转速不高于发动机怠速，则利用以下公式重新计算液压变速器的液压控制油口压力p_c和发动机转速ω_e：

ω_e＝ω_{e_min}

其中，ω_{e_min}为发动机怠速，p_{c_min}和p_{c_max}分别为液压变速器的液压控制油口压力的下限值和上限值，J_f为主减速器轴的转动惯量，ω_f为主减速器轴转速，η_g和k_g分别为自动变速箱的效率和传动比，k₂₁为液压变速器的输出轴粘性摩擦转矩系数，v为油液粘度，k₂₂为液压变速器的输出轴液压转矩系数，k₂₃为液压变速器的输出轴寄生转矩，T_f为主减速器轴的负载转矩。

所述步骤3)中，利用以下公式计算比例节流阀开度x_v：

其中，D为液压变速器排量，k₃为液压变速器泄漏系数，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，ω_e为发动机转速，V_p为液压管路中的油液体积，β_e为油液弹性模量，ω_f为主减速器轴转速，k_g为自动变速箱的传动比，k_v为比例节流阀系数。

本发明的有益效果是：

与传统的采用液力变矩器的车辆动力系统相比，本发明采用液压变速器代替液力变矩器，从而避免了液力变矩器容易过热、性能受限、结构和安装方式复杂等问题，系统结构更简单。

本发明能在车辆动力系统中，将发动机转速和车辆速度解耦，使发动机工作在高效率点，提高能量利用率。

对于传统的采用液力变矩器的车辆动力系统，可以控制的只有发动机转速，为实现目标车速，发动机转速是唯一确定的；对于本发明的车辆动力系统，可以控制的有发动机转速和液压变速器控制油口压力两个变量，为实现目标车速，这两个控制变量有不止唯一解，需要制定控制方法来协调各个控制变量，本发明通过优化方法、控制方法实现协调，并降低发动机油耗。其中，优化方法得到的结果，是严格意义上的每个时刻的最低油耗；控制方法是根据优化结果的规律总结出来的规则，油耗接近优化结果，而计算过程更简单，便于在线实时控制。

附图说明

图1为本发明车辆动力系统结构原理图。

图2为本发明车辆动力系统采用的液压变速器。

图3为本发明应用实施时采用的基于发动机转速的系统优化方法的流程图。

图4为本发明应用实施时采用的基于液压变速器最小流量的控制方法的流程图。

图5为本发明应用实施时采用的系统控制层次框图。

图6为本发明应用实施时采用的发动机转速控制框图。

图7为本发明应用实施时采用的车辆速度控制框图。

图3—图7均为控制阀为比例节流阀的情况。

图中：液压变速器1、液压管路2、控制阀3、液压油箱4、自动变速箱5、发动机6、主减速器7。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括液压变速器1、控制阀3、液压油箱4、自动变速箱5、发动机6和主减速器7；

发动机6的输出轴与液压变速器1的输入轴同轴连接，液压变速器1的输出轴与自动变速箱5的输入轴同轴连接，自动变速箱5的输出轴与主减速器7的主减速器轴同轴连接，主减速器7与车辆连接；液压变速器1的液压控制油口通过控制阀3与液压油箱4连通，液压变速器1的液压控制油口与控制阀3之间的油路记为液压管路2，液压变速器1的进油口与液压油箱4连通；控制阀3调节液压变速器1液压控制油口的压力，液压控制油口压力的改变实现对液压变速器1输出轴转速的调节，从而控制车辆速度。

控制阀3为比例溢流阀或比例节流阀，分别如图1的(a)和图1的(b)，其中图1的(a)为采用比例溢流阀的方案，图1的(b)为采用比例节流阀的方案，可以应用在家庭乘用车辆、公路车辆(如公路卡车)、工程车辆(如轮式装载机、重型卡车)等目前采用液力变矩器的动力系统中。

本发明采用的液压变速器1的结构如图2所示，其中图2的(a)为液压变速器1的液压符号，图2的(b)为液压变速器1的等效液压原理图。通过控制阀3调节液压变速器的液压控制油口压力，若控制阀3为比例溢流阀，则直接调节液压控制油口压力；若控制阀3为比例节流阀，则通过改变控制阀3开度间接调节液压控制油口压力，液压控制油口压力的改变实现对液压变速器1输出轴转速的调节，从而控制车辆速度。发动机油门用于控制发动机转速，能将发动机转速与车辆速度解耦，可以使发动机工作在高效率点。

以控制阀3为比例节流阀为例，当车辆速度较低时，比例节流阀开度较大，液压变速器的液压控制油口压力较低，发动机输出的大部分能量转化为液压控制油口的液压能，被比例节流阀消耗；随着车辆速度增加，比例节流阀开度减小，液压变速器的液压控制油口压力升高，发动机输出的大部分能量传递到液压变速器1的输出轴上，液压变速器1的传动比和效率逐渐提高。

本发明的两种实施工作过程如下：

实施工作过程1：基于发动机转速的车辆动力系统优化方法

车辆动力系统中的控制阀3为比例节流阀，其原理是在每一时刻计算不同发动机转速对应的油耗，从中选择油耗最低的发动机转速作为系统的控制目标，如图3所示，车辆动力系统优化方法包括以下步骤：

1)根据上一时刻的发动机转速列举一组下一时刻的发动机转速，对该组下一时刻的发动机转速进行筛选，排除过高和过低的下一时刻的发动机转速，将多个筛选后的下一时刻的发动机转速作为下一时刻的备选发动机转速；

2)选择一个下一时刻的备选发动机转速，根据当前备选发动机转速和已知的主减速器轴转速，利用主减速器轴上所反映的车辆动力学特性计算当前备选发动机转速对应的液压变速器的液压控制油口压力，并设置液压变速器的液压控制油口压力的下限值和上限值；

步骤2)中，主减速器轴上所反映的车辆动力学特性的公式如下，令机械刹车转矩T_b为0，通过以下公式计算获得当前备选发动机转速对应的液压变速器的液压控制油口压力p_c：

其中，_Jf为主减速器轴的转动惯量，ω_f为主减速器轴转速，与车辆速度成正比，η_g和k_g分别为自动变速箱的效率和传动比，k₂₁为液压变速器的输出轴粘性摩擦转矩系数，v为油液粘度，ω_e为发动机转速，k₂₂为液压变速器的输出轴液压转矩系数，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，k₂₃为液压变速器的输出轴寄生转矩，T_f为主减速器轴的负载转矩，T_b为机械刹车转矩，p_{c_min}为液压控制油口压力设定的下限值，一方面避免比例节流阀稳定性较差的工作点，另一方面车辆减速需要通过机械刹车实现。

3)根据液压变速器的液压控制油口压力，分别利用液压管路的压力动态方程和发动机轴的动力学方程分别计算获得当前备选发动机转速对应的比例节流阀开度和发动机转矩；

步骤3)中，液压管路的压力动态方程的公式如下，通过以下公式计算获得当前备选发动机转速对应的比例节流阀开度x_v：

其中，V_p为液压管路中的油液体积，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，β_e为油液弹性模量，D为液压变速器排量，ω_e为发动机转速，ω_f为主减速器轴转速，k₃为液压变速器泄漏系数，k_v为比例节流阀系数，k_g为自动变速箱的传动比。

步骤3)中，发动机轴的动力学方程的公式如下，通过以下公式计算获得当前备选发动机转速对应的发动机转矩T_e：

其中，J_e为发动机轴转动惯量，ω_e为发动机转速，ω_f为主减速器轴转速，T_e为发动机转矩，k₁₁为液压变速器的输入轴粘性摩擦转矩系数，v为油液粘度，k_g为自动变速箱的传动比，k₁₂为液压变速器输入轴液压转矩系数，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，k₁₃为液压变速器输入轴寄生转矩。

4)由发动机转速ω_e、液压控制油口压力p_c、比例节流阀开度x_v和发动机转矩T_e组成当前备选发动机转速对应的系统状态{ω_e,p_c,x_v,T_e}，检验其是否符合物理限制，符合则保留当前备选发动机转速，否则，则去除；

步骤4)中的物理限制的公式如下：

其中，p_c为液压控制油口压力，x_v为比例节流阀开度，T_e为发动机转矩，p_{c_max}为液压控制油口压力的上限值，由液压变速器的结构和性能决定，x_v作归一化处理，范围在0到1，T_{e_max}为发动机转矩的上限值，每一个发动机转速对应一个发动机转矩上限值，由发动机特性测试得到。

5)对剩余的备选发动机转速重复步骤2)-4)，获得符合物理限制的备选发动机转速以及对应的系统状态，根据各个备选发动机转速对应系统状态中的发动机转速和发动机转矩，查表计算发动机油耗，选择最低发动机油耗对应的备选发动机转速并作为系统的控制目标(即下一时刻的发动机转速)，通过调节发动机油门来实现目标发动机转速，同时输出实现目标车速所需的比例节流阀开度，通过前馈控制实现目标车速。

实施工作过程2：基于液压变速器最小流量的车辆动力系统控制方法

车辆动力系统中的控制阀为比例节流阀；如图4所示，车辆动力系统控制方法包括以下步骤：

1)当发动机转速高于怠速(怠速为发动机能够长时间稳定工作的最低转速)时，使液压变速器的液压控制油口流量为0，计算获得液压变速器液压控制油口压力和发动机转速；

步骤1)中，利用以下公式计算液压变速器的液压控制油口压力p_c和发动机转速ω_e：

其中，p_{c_min}和p_{c_max}分别为液压变速器的液压控制油口压力的下限值和上限值，_Jf为主减速器轴的转动惯量，ω_f为主减速器轴转速，与车辆速度成正比，η_g和k_g分别为自动变速箱的效率和传动比，k₂₁为液压变速器的输出轴粘性摩擦转矩系数，v为油液粘度，k₂₂为液压变速器的输出轴液压转矩系数，k₂₃为液压变速器的输出轴寄生转矩，T_f为主减速器轴的负载转矩，k₃为液压变速器泄漏系数，D为液压变速器排量。

2)检验步骤1)所得的发动机转速是否高于发动机怠速，若不高于，则重新计算液压变速器的液压控制油口压力和发动机转速；否则，则保持不变；

步骤2)中，若步骤1)所得的发动机转速不高于发动机怠速，则利用以下公式重新计算液压变速器的液压控制油口压力p_c和发动机转速ω_e：

ω_e＝ω_{e_min}

其中，ω_{e_min}为发动机怠速，p_{c_min}和p_{c_max}分别为液压变速器的液压控制油口压力的下限值和上限值，J_f为主减速器轴的转动惯量，ω_f为主减速器轴转速，与车辆速度成正比，η_g和k_g分别为自动变速箱的效率和传动比，k₂₁为液压变速器的输出轴粘性摩擦转矩系数，v为油液粘度，k₂₂为液压变速器的输出轴液压转矩系数，k₂₃为液压变速器的输出轴寄生转矩，T_f为主减速器轴的负载转矩。

3)根据步骤2)中的液压变速器的液压控制油口压力和发动机转速，计算比例节流阀开度；

步骤3)中，利用以下公式计算比例节流阀开度x_v：

其中，D为液压变速器排量，k₃为液压变速器泄漏系数，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，ω_e为发动机转速，V_p为液压管路中的油液体积，β_e为油液弹性模量，ω_f为主减速器轴转速，与车辆速度成正比，k_g为自动变速箱的传动比，k_v为比例节流阀系数。

4)输出发动机转速并作为系统的控制目标，通过调节发动机油门来实现目标发动机转速；同时输出比例节流阀开度，通过前馈控制实现目标车速。

图5是车辆动力系统的控制层次框图，控制策略根据预期车辆速度，采用基于发动机转速的车辆动力系统优化方法或基于液压变速器最小流量的车辆动力系统控制方法作为控制策略，计算出预期发动机转速和预期比例节流阀开度。预期发动机转速输出给发动机控制器，通过调节发动机油门来实现发动机转速的控制，比例节流阀开度直接根据控制策略的计算结果来调节，从而实现车辆速度的前馈控制。具体的发动机转速和车辆速度的控制过程如图6和图7所示。

图6是发动机转速的控制框图，采用反馈控制，比例-积分控制器根据预期发动机转速和实际发动机转速的偏差，生成发动机油门的控制信号，从而调节发动机转矩，发动机转速由发动机转矩和液压变速器输入轴转矩(即发动机轴的负载转矩)共同决定。

图7为车辆速度的控制框图，采用前馈控制，通过比例节流阀开度调节液压变速器的液压控制油口压力，从而调节液压变速器输出轴转矩和自动变速箱输出轴转矩，主减速器轴转速由自动变速箱输出轴转矩和负载转矩共同决定，车辆速度和主减速器轴转速成正比。

Claims (4)

1.一种基于发动机转速的车辆动力系统优化方法，其特征在于：所述车辆动力系统包括液压变速器(1)、控制阀(3)、液压油箱(4)、自动变速箱(5)、发动机(6)和主减速器(7)；

发动机(6)的输出轴与液压变速器(1)的输入轴同轴连接，液压变速器(1)的输出轴与自动变速箱(5)的输入轴同轴连接，自动变速箱(5)的输出轴与主减速器(7)的主减速器轴同轴连接，主减速器(7)与车辆连接；液压变速器(1)的液压控制油口通过控制阀(3)与液压油箱(4)连通，液压变速器(1)的液压控制油口与控制阀(3)之间的油路记为液压管路(2)，液压变速器(1)的进油口与液压油箱(4)连通；控制阀(3)调节液压变速器(1)液压控制油口的压力，液压控制油口压力的改变实现对液压变速器(1)输出轴转速的调节，从而控制车辆速度；

所述车辆动力系统中的控制阀(3)为比例节流阀，包括以下步骤：

1)根据上一时刻的发动机转速列举一组下一时刻的发动机转速，对该组下一时刻的发动机转速进行筛选，将多个筛选后的下一时刻的发动机转速作为下一时刻的备选发动机转速；

2)选择一个下一时刻的备选发动机转速，根据当前备选发动机转速和主减速器轴转速，利用主减速器轴上所反映的车辆动力学特性计算当前备选发动机转速对应的液压变速器的液压控制油口压力；

3)根据液压变速器的液压控制油口压力，分别利用液压管路的压力动态方程和发动机轴的动力学方程分别计算获得当前备选发动机转速对应的比例节流阀开度和发动机转矩；

4)由发动机转速、液压控制油口压力、比例节流阀开度和发动机转矩组成当前备选发动机转速对应的系统状态，检验其是否符合物理限制，符合则保留当前备选发动机转速；

5)对剩余的备选发动机转速重复步骤2)-4)，获得符合物理限制的备选发动机转速以及对应的系统状态，根据各个备选发动机转速对应系统状态中的发动机转速和发动机转矩，查表计算发动机油耗，选择最低发动机油耗对应的备选发动机转速并作为系统的控制目标，通过调节发动机油门来实现目标发动机转速；同时输出实现目标车速所需的比例节流阀开度，通过前馈控制实现目标车速；

所述步骤2)中，主减速器轴上所反映的车辆动力学特性的公式如下，令机械刹车转矩T_b为0，通过以下公式计算获得当前备选发动机转速对应的液压变速器的液压控制油口压力p_c：

其中，J_f为主减速器轴的转动惯量，ω_f为主减速器轴转速，η_g和k_g分别为自动变速箱的效率和传动比，k₂₁为液压变速器的输出轴粘性摩擦转矩系数，v为油液粘度，ω_e为发动机转速，k₂₂为液压变速器的输出轴液压转矩系数，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，k₂₃为液压变速器的输出轴寄生转矩，T_f为主减速器轴的负载转矩，T_b为机械刹车转矩，p_{c_min}为液压控制油口压力设定的下限值；

所述步骤3)中，液压管路的压力动态方程的公式如下，通过以下公式计算获得当前备选发动机转速对应的比例节流阀开度x_v：

其中，V_p为液压管路中的油液体积，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，β_e为油液弹性模量，D为液压变速器排量，ω_e为发动机转速，ω_f为主减速器轴转速，k₃为液压变速器泄漏系数，k_v为比例节流阀系数，k_g为自动变速箱的传动比；

所述步骤3)中，发动机轴的动力学方程的公式如下，通过以下公式计算获得当前备选发动机转速对应的发动机转矩T_e：

其中，J_e为发动机轴转动惯量，ω_e为发动机转速，ω_f为主减速器轴转速，T_e为发动机转矩，k₁₁为液压变速器的输入轴粘性摩擦转矩系数，v为油液粘度，k_g为自动变速箱的传动比，k₁₂为液压变速器输入轴液压转矩系数，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，k₁₃为液压变速器输入轴寄生转矩。

2.根据权利要求1所述的一种基于发动机转速的车辆动力系统优化方法，其特征在于：所述步骤4)中的物理限制的公式如下：

其中，p_c为液压控制油口压力，T_e为发动机转矩，p_{c_max}为液压控制油口压力的上限值，x_v为比例节流阀开度，比例节流阀开度x_v作归一化处理，范围在0到1，T_{e_max}为发动机转矩的上限值。

3.一种基于液压变速器最小流量的车辆动力系统控制方法，其特征在于，所述车辆动力系统包括液压变速器(1)、控制阀(3)、液压油箱(4)、自动变速箱(5)、发动机(6)和主减速器(7)；

发动机(6)的输出轴与液压变速器(1)的输入轴同轴连接，液压变速器(1)的输出轴与自动变速箱(5)的输入轴同轴连接，自动变速箱(5)的输出轴与主减速器(7)的主减速器轴同轴连接，主减速器(7)与车辆连接；液压变速器(1)的液压控制油口通过控制阀(3)与液压油箱(4)连通，液压变速器(1)的液压控制油口与控制阀(3)之间的油路记为液压管路(2)，液压变速器(1)的进油口与液压油箱(4)连通；控制阀(3)调节液压变速器(1)液压控制油口的压力，液压控制油口压力的改变实现对液压变速器(1)输出轴转速的调节，从而控制车辆速度；

所述车辆动力系统中的控制阀为比例节流阀；包括以下步骤：

1)当发动机转速高于怠速时，使液压变速器的液压控制油口流量为0，计算获得液压变速器液压控制油口压力和发动机转速；

2)检验步骤1)所得的发动机转速是否高于发动机怠速，若不高于，则重新计算液压变速器的液压控制油口压力和发动机转速；否则，则保持不变；

3)根据步骤2)中的液压变速器的液压控制油口压力和发动机转速，计算比例节流阀开度；

4)输出发动机转速并作为系统的控制目标，通过调节发动机油门来实现目标发动机转速；同时输出比例节流阀开度，通过前馈控制实现目标车速；

所述步骤1)中，利用以下公式计算液压变速器的液压控制油口压力p_c和发动机转速ω_e：

其中，p_{c_min}和p_{c_max}分别为液压变速器的液压控制油口压力的下限值和上限值，J_f为主减速器轴的转动惯量，ω_f为主减速器轴转速，η_g和k_g分别为自动变速箱的效率和传动比，k₂₁为液压变速器的输出轴粘性摩擦转矩系数，v为油液粘度，k₂₂为液压变速器的输出轴液压转矩系数，k₂₃为液压变速器的输出轴寄生转矩，T_f为主减速器轴的负载转矩，k₃为液压变速器泄漏系数，D为液压变速器排量；

所述步骤2)中，若步骤1)所得的发动机转速不高于发动机怠速，则利用以下公式重新计算液压变速器的液压控制油口压力p_c和发动机转速ω_e：

ω_e＝ω_{e_min}

其中，ω_{e_min}为发动机怠速，p_{c_min}和p_{c_max}分别为液压变速器的液压控制油口压力的下限值和上限值，J_f为主减速器轴的转动惯量，ω_f为主减速器轴转速，η_g和k_g分别为自动变速箱的效率和传动比，k₂₁为液压变速器的输出轴粘性摩擦转矩系数，v为油液粘度，k₂₂为液压变速器的输出轴液压转矩系数，k₂₃为液压变速器的输出轴寄生转矩，T_f为主减速器轴的负载转矩。

4.根据权利要求3所述的一种基于液压变速器最小流量的车辆动力系统控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，利用以下公式计算比例节流阀开度x_v：

其中，D为液压变速器排量，k₃为液压变速器泄漏系数，p_c为液压变速器的液压控制油口压力，ω_e为发动机转速，V_p为液压管路中的油液体积，β_e为油液弹性模量，ω_f为主减速器轴转速，k_g为自动变速箱的传动比，k_v为比例节流阀系数。