CN114738479A - 一种超宽传动比范围传动装置安全控制方法 - Google Patents

一种超宽传动比范围传动装置安全控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种超宽传动比范围传动装置安全控制方法，包括划分高速挡和超低速挡，明确换挡逻辑；工况识别；确定发动机小扭矩控制模式下的发动机转矩限制值；冗余安全控制；读取发动机齿杆位移参数，设定超阈值保护策略。本方法通过识别挡位、液力变矩器变矩比、传动输出转速、发动机齿杆位移四个工况参数，采取带有冗余保护策略的控制方法，能够可靠避免超宽传动比范围传动装置扭矩过大，对军用工程机械的发展具有重大意义。本方法适用于所有传动比范围很宽(一般达到30倍以上)的传动装置，对于实现车辆宽范围变速具有重要的支撑作用。

Description

一种超宽传动比范围传动装置安全控制方法
技术领域
本发明属于传动装置安全控制技术领域，具体涉及一种适用于大扭矩、超宽传动比范围传动装置的安全控制方法。
背景技术
军用工程机械(如推土机、扫雷车等)需要具备高速机动伴随主战装备快速行驶(不低于65公里每小时)的能力，同时由于其作业工况复杂，还需要具备超低速(不高于0.5公里每小时)机动行驶作业能力。因此，其传动比范围由传统的6-8倍提高至150-170倍，以达到兼顾“高速机动伴随主战装备”和“超低速行驶作业”的需求。超宽范围传动比导致一体化传动装置对从发动机输入到传动装置的扭矩具备150-170倍的放大能力，某些工况下传动装置的输入扭矩被放大150-170倍，如果直接采用能够承受如此大扭矩的零部件，则导致传动装置体积和重量过大而无法满足使用要求；如果仍采用传统较小范围传动比传动装置的零部件，则需要一种能够识别传动装置工况且限制传动装置内部传递扭矩的方法，以解决因传动装置内部扭矩过大导致的零部件断裂失效问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提出一种超宽传动比范围传动装置安全控制方法，以解决如何安全控制军用工程机械超宽传动比范围传动装置内部扭矩，防止因特定工况内部扭矩过大导致零部件过载断裂失效的技术问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提出一种超宽传动比范围传动装置安全控制方法，该安全控制方法包括如下步骤：
S1.划分高速挡和超低速挡，明确换挡逻辑
为满足高速机动和低速作业需求，传动装置通过不同离合器结合与分离，实现不同挡位，包括空挡、超低速行驶挡、高速行驶挡和中心转向挡；
S2.工况识别
读取传动装置输出转速，以超低速行驶挡的额定转速作为判断阈值，当综合传动装置输出转速小于判断阈值时，或者通过直接读取换挡控制器的挡位信号，当挡位选择为超低速行驶挡的任意挡位时，则识别为发动机小扭矩控制模式；如果不符合以上条件，则判别为发动机大扭矩控制模式；
S3.确定发动机小扭矩控制模式下的发动机转矩限制值
液力变矩器闭锁工况下发动机转矩最高限定值计算公式为：Tlim＝Tmax/I总/η总；其中，Tmax为传动装置能够承受的地面负载转矩最大值，I总为传动装置闭锁工况下总传动比，η总为传动装置的总效率；
发动机转矩限制倍数与液力变矩器转矩放大倍数相同，即发动机的转矩限制值随液力变矩器的传动比i和变矩比K而变化；
S4.冗余安全控制
计算驾驶员转矩需求、传动系统转矩需求和辅助系统转矩需求之和，获得转矩需求Tid；取发动机外特性转矩限制、综合传动转矩限制和冒烟极限控制的最小值作为限制转矩Tlim；通过工况判定为发动机大扭矩控制模式时，直接将转矩需求Tid作为目标转矩输出，如果工况判定为发动机小扭矩控制模式，将转矩需求Tid与限制转矩Tlim进行比较，如果Tid≤Tlim，将Tid作为目标转矩输出，再通过发动机喷油量控制实现转矩控制，实现目标转矩的输出；如果Tid≥Tlim，则进行下一步；
S5.读取发动机齿杆位移参数，设定超阈值保护策略
当Tid≥Tlim时，为防止因传动发出的转矩限制请求信号未被发动机收到，以及发动机控制系统出现故障而引发超转矩损坏零部件的问题，综合传动装置实时读取发动机的齿杆位移信号，当齿杆位移信号反映出发动机未及时响应传动装置降低转矩的请求，则传动装置内部采取保护策略，挡位控制直接超越驾驶员的控制，自动降为空挡，同时在显示面板上显示“error”信息。
(三)技术效果
本发明提出一种超宽传动比范围传动装置安全控制方法，包括划分高速挡和超低速挡，明确换挡逻辑；工况识别；确定发动机小扭矩控制模式下的发动机转矩限制值；冗余安全控制；读取发动机齿杆位移参数，设定超阈值保护策略。本方法通过识别挡位、液力变矩器变矩比、传动输出转速、发动机齿杆位移四个工况参数，采取带有冗余保护策略的控制方法，能够可靠避免超宽传动比范围传动装置扭矩过大，对军用工程机械的发展具有重大意义。本方法适用于所有传动比范围很宽(一般达到30倍以上)的传动装置，对于实现车辆宽范围变速具有重要的支撑作用。
附图说明
图1为本发明实施例的扭矩综合控制流程图；
图2为本发明实施例中基于工况识别的扭矩限定流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种超宽传动比范围传动装置安全控制方法，具体流程如图1所示，包括如下步骤：
S1.划分高速挡和超低速挡，明确换挡逻辑
为满足高速机动和低速作业需求，共设计13个挡位，如表1所示。传动装置通过不同离合器结合与分离，实现不同挡位。该传动装置有CH、CL、CR、C3、C2、C1、CHL、C3L、Y1、Y2共10个离合器，通过不同离合器的结合实现空挡，3个超低速行驶挡L1、L2、L3，8个高速行驶挡1、2、3、4、5、6、R1、R2和1个中心转向挡PT挡。表1中●表示该离合器结合。
表1换挡逻辑表
Figure BDA0003617011100000031
Figure BDA0003617011100000041
S2.工况识别
读取传动装置输出转速，以超低速行驶挡L3挡的额定转速NL3max作为判断阈值，当综合传动装置输出转速小于NL3max时，或者通过直接读取换挡控制器的挡位信号，当挡位选择为L1、L2、L3任意挡位时，则可识别为发动机小扭矩控制模式。如果不符合以上条件，则可判别为发动机大扭矩控制模式。
S3.确定发动机小扭矩控制模式下的发动机转矩限制值
发动机转矩限制值Tlim的确定与液力变矩器在闭锁工况或液力工况下工作有关，具体如下：
液力变矩器闭锁工况下发动机转矩最高限定值计算公式为：Tlim＝Tmax/I总/η总；其中，Tmax为传动装置能够承受的地面负载转矩最大值，I总为传动装置闭锁工况下总传动比，η总为传动装置的总效率。
液力变矩器液力工况下发动机转矩限制策略，如表2所示。由于液力变矩器具有转矩放大的作用，发动机转矩限制倍数与液力变矩器转矩放大倍数相同，即发动机的转矩限制值随液力变矩器的传动比i和变矩比K而变化。
表2液力工况发动机转矩限制策略
Figure BDA0003617011100000042
S4.冗余安全控制
为提高转矩限制的可靠性，设计了冗余安全控制流程，如图2所示。计算驾驶员转矩需求、传动系统转矩需求和辅助系统转矩需求之和，获得转矩需求Tid；取发动机外特性转矩限制、综合传动转矩限制和冒烟极限控制的最小值作为限制转矩Tlim。通过工况判定为发动机大扭矩控制模式时，直接将转矩需求Tid作为目标转矩输出，如果工况判定为发动机小扭矩控制模式，将转矩需求Tid与限制转矩Tlim进行比较，如果Tid≤Tlim，将Tid作为目标转矩输出，再通过发动机喷油量控制实现转矩控制，实现目标转矩的输出。如果Tid≥Tlim，则进行下一步。
S5.读取发动机齿杆位移参数，设定超阈值保护策略
当Tid≥Tlim时，为防止因传动发出的转矩限制请求信号未被发动机收到，以及发动机控制系统出现故障而引发超转矩损坏零部件的问题，利用CAN总线的数据交互功能，综合传动装置实时读取发动机的齿杆位移信号，当齿杆位移信号反映出发动机未及时响应传动装置降低转矩的请求，则传动装置内部采取保护策略，挡位控制直接超越驾驶员的控制，自动降为空挡，同时在显示面板上显示“error”信息。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种超宽传动比范围传动装置安全控制方法，其特征在于，所述安全控制方法包括如下步骤：
S1.划分高速挡和超低速挡，明确换挡逻辑
为满足高速机动和低速作业需求，传动装置通过不同离合器结合与分离，实现不同挡位，包括空挡、超低速行驶挡、高速行驶挡和中心转向挡；
S2.工况识别
读取传动装置输出转速，以超低速行驶挡的额定转速作为判断阈值，当综合传动装置输出转速小于判断阈值时，或者通过直接读取换挡控制器的挡位信号，当挡位选择为超低速行驶挡的任意挡位时，则识别为发动机小扭矩控制模式；如果不符合以上条件，则判别为发动机大扭矩控制模式；
S3.确定发动机小扭矩控制模式下的发动机转矩限制值
液力变矩器闭锁工况下发动机转矩最高限定值计算公式为：Tlim＝Tmax/I总/η总；其中，Tmax为传动装置能够承受的地面负载转矩最大值，I总为传动装置闭锁工况下总传动比，η总为传动装置的总效率；
发动机转矩限制倍数与液力变矩器转矩放大倍数相同，即发动机的转矩限制值随液力变矩器的传动比i和变矩比K而变化；
S4.冗余安全控制
计算驾驶员转矩需求、传动系统转矩需求和辅助系统转矩需求之和，获得转矩需求Tid；取发动机外特性转矩限制、综合传动转矩限制和冒烟极限控制的最小值作为限制转矩Tlim；通过工况判定为发动机大扭矩控制模式时，直接将转矩需求Tid作为目标转矩输出，如果工况判定为发动机小扭矩控制模式，将转矩需求Tid与限制转矩Tlim进行比较，如果Tid≤Tlim，将Tid作为目标转矩输出，再通过发动机喷油量控制实现转矩控制，实现目标转矩的输出；如果Tid≥Tlim，则进行下一步；
S5.读取发动机齿杆位移参数，设定超阈值保护策略
当Tid≥Tlim时，为防止因传动发出的转矩限制请求信号未被发动机收到，以及发动机控制系统出现故障而引发超转矩损坏零部件的问题，综合传动装置实时读取发动机的齿杆位移信号，当齿杆位移信号反映出发动机未及时响应传动装置降低转矩的请求，则传动装置内部采取保护策略，挡位控制直接超越驾驶员的控制，自动降为空挡，同时在显示面板上显示“error”信息。
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