《液压机械复合传动系统匹配与控制研究》专题讨论.ppt

《液压机械复合传动系统匹配与控制研究》专题讨论 ——液压机械复合传动与发动机的匹配研究 研讨人：陆丽玲 研究意义 农用拖拉机自身的工作条件有别于普通汽车，繁琐的作业项目使其工况复杂多变，负载变化大且随机性强。为了提高车辆对不同的工作环境的适应能力，提高其动力性和燃油经济性，不仅需要对变速装置进行有效的控制，还要有效的控制发动机工作在最佳动力性和最佳经济性区域，使之适应外界负荷的变化。 因此，对发动机和传动装置的匹配进行研究，实现自动调节，具有极大的现实意义。 国内外研究现状 在国外，1972年美国通用汽车公司首先开发了汽车动力性和燃油经济性的通用预测程序GP-SIM。在测定汽车典型行驶工况的基础上，美国的大汽车公司相继开发了各自的模拟程序，如福特汽车公司的TOFEP，康明斯公司的VMS，美国交通部的VEHSIM，日产汽车公司的CSVFEP等。使用这些程序，在样车制造前就能准确的对汽车动力性、燃油经济性进行预测。 国内对车辆传动系统匹配的研究起步较晚，20世纪80年代以后，国内汽车行业和有关高校开展了一些研究工作，主要围绕汽车动力传动系统最优匹配的评价指标和汽车动力传动系参数的优化，以及工程车辆中泵与发动机的匹配等方面进行研究。针对拖拉机的研究较少，尤其是应用在现代农业领域功能多样化、成本低廉的小型农用拖拉机则更少。 一、匹配问题的提出 为了提高拖拉机的作业性能，要求拖拉机的动力传动系统能提供一个满足需求特性的供应特性场。而拖拉机常用的动力装置为具有全程式调速的发动机，它只能产生一个较窄的供应特性场，不能满足发动机的需求特性，因此必须装备特性转换装置以扩展发动机的供应特性场。 经研究，只有变速器的档位无限增多，即采用无级变速器时才能构成一个没有“漏洞”的理想供应特性场。 液压机械无级变速器是综合了液压传动无级变速和机械传动高效率两方面优点的新型传动装置。但它必须与发动机合理匹配才能发挥其优势。其匹配的关键是根据各种工况和发动机特性调节无级变速器的传动比，保证发动机在理想的工作点或工作线上运行。 二、匹配评价指标 以驱动功率损失系数来评价动力性好坏 ——其值越小，表明在动力性能方面发动机与传动系匹配就越好； 以燃油耗损系数来评价燃油经济性好坏 ——其值越小，表明发动机与传动系统的经济性匹配越好。 三、发动机与无级变速传动系统的匹配 1、发动机数学模型 （1）发动机输出转矩模型 （2）发动机燃油消耗率模型 （3）发动机转速调节特性 四、匹配的方法 1、匹配示意图 根据调速特性曲线可分别确定发动机最佳动力性和最佳经济性时发动机转速与油门开度的对应关系； 根据牵引特性曲线和发动机万有特性曲线确定车速、无级变速器速比和发动机转速的对应关系； 综合以上两点：根据油门开度确定发动机最佳经济性和最佳动力性时的目标转速。当油门开度连续变化时，通过调节无级变速器速比使发动机转速按E曲线或D曲线变化。 五、匹配的实现 1、油门控制策略 2、HMCVT控制策略 * * （1）发动机输出转矩模型 A、稳态输出转矩：采用多项式拟合的方法，利用发动机试验数据，构造发动机稳态输出转矩与油门开度和发动机转速的关系式，并绘制关系曲面； B、动态输出转矩：在实际运行过程中，发动机的输出转矩并不能随着油门的变化瞬时完成，而要经历一个动态响应过程。一般将其动态特性简化为具有滞后的一阶惯性环节，推导出动态输出转矩表达式。 （2）发动机燃油消耗率模型 A、利用样条插值拟合出发动机稳态有效燃油消耗率与发动机转速和输出转矩的关系式并绘制关系曲面； B、发动机动态特性对燃油消耗率影响不大，因此可用发动机稳态的消耗模型近似代替其动态的模型，并以此模型绘制发动机万有特性图。 （3）发动机转速调节特性 A、定义：需求特性的功率值在需求特性场上变化时，独立的调节车辆传动装置的速比，使发动机维持在其供应特性场上任何一个相当功率值下所要求的特定点的转速特性； B、分别根据发动机负荷特性和不同油门开度下最大功率点的转速和油门开度的对应关系绘制发动机最佳燃油经济性和最佳动力性的转速调节特性曲线。 拖拉机作业工况 车速 牵引力 控制算法 目标转速 目标转矩 HMCVT 发动机 发动机转速 发动机转矩 图1 发动机与HMCVT匹配图 驾驶员 E/D模式开关 加速踏板 F-N-R档位 综合控制策略 变速器控制 油门控制 发动机 HST 拖拉机 拖拉机作业工况 拖拉机响应反馈 ne nM 图2 匹配实现方案图 uo 目标功率 Pd=kαg αg 踏板量 E/D 模式开关 αd=f(Pd,ne) αd 油门模糊自适应PID控制器 α 发动机 ne 目标速比 it=f(ne,E/D,uo)