本文關(guān)鍵詞：拖拉機動力換擋變速器控制系統(tǒng)研究

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【摘要】：動力換擋變速器借助于濕式摩擦元件來實現(xiàn)行進中換擋,換擋過程中進入嚙合齒輪副的圓周速度不必同步,可減少換擋所需時間和操縱力;具有不會因超載荷熄火、功率流不中斷、能降低外載荷突變所引起的傳動系統(tǒng)振動與沖擊和提高生產(chǎn)率等一系列優(yōu)點,在大功率拖拉機和工程機械上表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。研究以拖拉機動力換擋變速器為對象,對控制系統(tǒng)開發(fā)過程中的傳動特性分析、建模仿真技術(shù)、自動換擋規(guī)律和控制策略、換擋品質(zhì)控制以及控制系統(tǒng)功能與軟硬件設(shè)計等方面問題進行了研究。在分析定軸式動力換擋變速器結(jié)構(gòu)型式和傳動原理的基礎(chǔ)上,結(jié)合拖拉機及其傳動系統(tǒng)性能的要求,研究了拖拉機變速器擋位分配原理以及各擋傳動比設(shè)置原則,提出一種適用于拖拉機裝備的40F+40R部分動力換擋變速器傳動方案。通過分析動力換擋變速器速度特性和轉(zhuǎn)矩特性,表明該變速器傳動比范圍寬,行駛速度0.3km/h-50km/h,可滿足各種作業(yè)對拖拉機速度的要求,且與國內(nèi)目前廣泛使用的手動機械式變速器比較,能有效改善拖拉機的動力性和燃油經(jīng)濟性,提高拖拉機的生產(chǎn)率。通過分析裝備動力換擋變速器的拖拉機牽引特性,表明裝備該動力換擋變速器的拖拉機因擋位增多,傳動比公比較�。杀ＷC在載荷變動時行駛速度穩(wěn)定,最大頻度使用擋處于高牽引功率區(qū),擋位設(shè)置較為合理,能夠滿足拖拉機的裝機要求,實現(xiàn)與拖拉機的良好匹配。以研究開發(fā)動力換擋變速器控制系統(tǒng)為主要目的,采用動力學(xué)原理和模塊化方法建立了拖拉機傳動系統(tǒng)與牽引載荷數(shù)學(xué)模型。通過對發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)的擬合,建立了發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩模型及燃油消耗率模型。針對動力換擋傳動系統(tǒng)電液控制與機械傳動相結(jié)合的特點,應(yīng)用AMEsim與Simulink聯(lián)合仿真平臺,建立了拖拉機性能仿真系統(tǒng),并對手動控制變速過程進行了仿真,為控制策略的制定提供條件。通過對換擋規(guī)律與拖拉機換擋特性的分析,以高效、節(jié)能為目的,提出動力性和經(jīng)濟性兩種換擋規(guī)律及其控制策略。在最大生產(chǎn)率影響因素的分析基礎(chǔ)上,確定提高拖拉機的牽引功率和牽引效率是獲取拖拉機最大生產(chǎn)率的有效措施。以此為目標(biāo),提出以發(fā)動機轉(zhuǎn)速和油門開度為控制參數(shù)的動力性換擋規(guī)律及其控制策略。通過分析拖拉機最佳經(jīng)濟性指標(biāo)及其影響因素,表明經(jīng)濟性換擋規(guī)律的主要目標(biāo)是使拖拉機燃油消耗率最低,這不僅需要發(fā)動機工作在最低油耗區(qū),還要求拖拉機具有較高的牽引效率,為此引入驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率,制定了以拖拉機速度、驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油門開度以及變速器傳動比為控制參數(shù)的經(jīng)濟性換擋規(guī)律及其控制策略。并通過仿真,驗證了換擋規(guī)律的合理性和工程應(yīng)用控制策略的有效性,為控制系統(tǒng)的開發(fā)提供了理論依據(jù)。在分析拖拉機動力換擋變速器換擋品質(zhì)的影響因素與評價指標(biāo)的基礎(chǔ)上,以動力不中斷為目的,研究了換擋過程中不同換擋方案下的離合器載荷與功率特性,確定采用固定換擋重疊時間的換擋方法,可保證在不同發(fā)動機載荷下都具有良好的換擋平順性。通過分析換擋控制系統(tǒng)構(gòu)成,提出以動力換擋變速器輸出轉(zhuǎn)速變化幅值為指標(biāo)來對換擋重疊時間與離合器接合油壓進行優(yōu)化,使換擋參數(shù)受拖拉機牽引載荷變化影響較小,變速器輸出轉(zhuǎn)速過渡平穩(wěn),并減少負向輸出轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生,避免了換擋過程中拖拉機減速或動力傳遞中斷,提高了拖拉機生產(chǎn)率。通過仿真和臺架試驗對控制方案進行了驗證,表明所選參數(shù)較為合理,對換擋品質(zhì)有明顯改善。分析了拖拉機動力換擋變速器控制系統(tǒng)的功能要求。采用DSP TMS320F28335開發(fā)了變速器控制器硬件系統(tǒng),研究了控制系統(tǒng)對寬范圍變化的多路轉(zhuǎn)速信號的實時精確測量技術(shù)、多路電磁閥的PWM控制技術(shù)以及滑轉(zhuǎn)率檢測技術(shù)。應(yīng)用DSP/BIOS實時操作系統(tǒng)開發(fā)了變速器的多任務(wù)實時控制軟件,分析了拖拉機起步、換擋、制動和巡航控制等主要操作程序流程,并給出電子地頭轉(zhuǎn)向、自動PTO、差速鎖和前輪驅(qū)動自動管理系統(tǒng)等輔助操作實現(xiàn)方案。針對拖拉機電控系統(tǒng)不同ECU設(shè)備之間的數(shù)據(jù)共享問題,采用ISO11783協(xié)議作為總線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)范,對拖拉機總線網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃,并對變速器控制器的總線接口電路以及信息通信傳輸流程進行了分析。該研究成果為動力換擋變速器的實際裝車應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S219.03

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本文編號：1303106