大马力拖拉机动力换挡变速器控制系统研究

摘要

在满足大马力拖拉机使用性能的的前提下，为降低成本和控制系统复杂程度，其变速器采用组合式半动力换挡传动方案，其中动力换挡副变速器由3个湿式双离合器包组成。若考虑自动变速，动力换挡变速器控制系统需要解决换挡策略和动力换挡控制策略这两个关键问题。
　　对于负载作业的大马力拖拉机，传统的两参数换挡策略往往会遇到循环换挡问题。循环换挡会大大降低离合器的寿命，增加变速器故障率，同时造成车速不稳定，影响作业质量。基于发动机变速前后工作点变化特性，分析了拖拉机在负载状态下循环换挡的产生原因，并制定一种规避循环换挡的控制策略，该策略可以有效避免循环换挡，同时保证拖拉机能够适应工作阻力变化持续作业，并且提高了燃油经济性。
　　针对动力换挡控制问题，本文基于集成惯量二自由度模型，以变速器输出轴恒定为控制目标，制定了一种恒扭矩动力换挡控制策略。该策略在换挡过程中只有一个离合器处于滑摩态，有利于减少滑摩损失，但该策略在换挡过程中需发动机补充动力交接过程中滑摩损耗的功率，从而实现变速器输出功率和输出扭矩不变。基于恒扭矩动力换挡控制策略，考虑柴油机的调速特性，实际动力换挡控制策略可依靠发动机自身的调速特性在动力交接过程中自适应增加输出扭矩。与主流动力换挡方案相比，本文制定的实际动力换挡控制策略在保证变速器输出扭矩基本一致的前提下，大大减少了滑摩损失。此外，本文探讨了接合离合器作动压力上限和离合器动力交接时间对动力换挡输出扭矩和滑摩功的影响。结果表明:大的压力上限有利于减少换挡时间，但在换挡完成时刻会产生大的输出扭矩突变，由此产生大的冲击度，而动力交接时间对变速器输出扭矩会产生很大影响，交接时间过短，变速器输出扭矩会出现较大波谷。
　　最后，本文探讨了变速器液压控制系统的组成，然后建立了离合器压力控制系统的数字化仿真模型并进行了开环和闭环仿真，仿真结果表明，开环控制和闭环控制都能实现对离合器作动压力控制，但闭环控制更加稳定，在供油压力变化时仍能够精确的控制压力，而在闭环控制中，积分控制效果比较好，其超调小，稳定时间短。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 拖拉机变速器类型和特点

1．1．1 手动变速器(MT)

1．1．2 动力换挡变速器(PST)

1．1．3 无级变速器(CVT)

1．2 拖拉机动力换挡变速器控制系统国内外研究现状

1．2．1 国外现状

1．2．2 国内现状

1．3 拖拉机动力换挡变速器控制系统的关键技术

1．3．1 换挡策略

1．3．2 动力换挡控制策略

1．3．3 变速器液压控制系统

1．4 本课题的来源和意义

第二章 拖拉机动力换挡传动方案分析

2．1 拖拉机传动系统基本组成

2．2 拖拉机传动系统总体方案分析

2．3 大马力拖拉机作业速度覆盖范围和挡位设置要求

2．4 拖拉机传动系统变速器模块传动方案分析

2．5 小结

第三章 拖拉机牵引作业工况下换挡策略

3．1 轮式拖拉机性能评价指标

3．2 轮式拖拉机轮胎-土壤特性

3．3 拖拉机传动系统数学模型

3．3．1 发动机模型

3．3．2 变速器模块模型

3．3．3 轮胎纵向动力学模型

3．3．4 油耗模型

3．4 大马力拖拉机换挡策略

3．4．1 大马力拖拉机自动变速特性分析

3．4．2 大马力拖拉机换挡参数选择

3．4．3 特定工作阻力下的换挡循环分析

3．4．4 换挡曲线确定方法

3．4 仿真与结果分析

3．5 小结

第四章 动力换挡控制策略

4．1 动力换挡恒扭矩控制策略

4．1．1 动力升挡恒扭矩控制策略

4．1．2 动力降挡恒扭矩控制策略

4．2 动力换挡实际控制策略

4．3 系统建模

4．4．1 起步工况

4．4．2 非动力换挡仿真

4．4．3 动力换挡仿真

4．4．4 不同的动力换挡策略对比

4．5 小结

第五章 离合器压力控制

5．1 变速器液压控制系统组成

5．2 离合器压力控制系统数学模型

5．2．1 电磁阀电压平衡方程

5．2．2 磁路方程

5．2．3 电磁阀阀芯动力学方程

5．2．4 电磁阀进油口流量方程

5．2．5 液压缸控制腔流量连续性方程

5．2．6 活塞动力学方程

5．3．1 稳态分析

5．3．2 开环控制

5．3．3 闭环控制

5．4 小结

第六章 实验设计

6．1 实验台架设计

6．2 台架实验内容与步骤

6．3 小结

第七章 总结和展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况