拖拉机动力换挡变速器控制系统研究

发布时间：2017-12-18 06:12

  本文关键词：拖拉机动力换挡变速器控制系统研究

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【摘要】：动力换挡变速器借助于湿式摩擦元件来实现行进中换挡,换挡过程中进入啮合齿轮副的圆周速度不必同步,可减少换挡所需时间和操纵力;具有不会因超载荷熄火、功率流不中断、能降低外载荷突变所引起的传动系统振动与冲击和提高生产率等一系列优点,在大功率拖拉机和工程机械上表现出良好的应用前景。研究以拖拉机动力换挡变速器为对象,对控制系统开发过程中的传动特性分析、建模仿真技术、自动换挡规律和控制策略、换挡品质控制以及控制系统功能与软硬件设计等方面问题进行了研究。在分析定轴式动力换挡变速器结构型式和传动原理的基础上,结合拖拉机及其传动系统性能的要求,研究了拖拉机变速器挡位分配原理以及各挡传动比设置原则,提出一种适用于拖拉机装备的40F+40R部分动力换挡变速器传动方案。通过分析动力换挡变速器速度特性和转矩特性,表明该变速器传动比范围宽,行驶速度0.3km/h-50km/h,可满足各种作业对拖拉机速度的要求,且与国内目前广泛使用的手动机械式变速器比较,能有效改善拖拉机的动力性和燃油经济性,提高拖拉机的生产率。通过分析装备动力换挡变速器的拖拉机牵引特性,表明装备该动力换挡变速器的拖拉机因挡位增多,传动比公比较小．可保证在载荷变动时行驶速度稳定,最大频度使用挡处于高牵引功率区,挡位设置较为合理,能够满足拖拉机的装机要求,实现与拖拉机的良好匹配。以研究开发动力换挡变速器控制系统为主要目的,采用动力学原理和模块化方法建立了拖拉机传动系统与牵引载荷数学模型。通过对发动机试验数据的拟合,建立了发动机输出转矩模型及燃油消耗率模型。针对动力换挡传动系统电液控制与机械传动相结合的特点,应用AMEsim与Simulink联合仿真平台,建立了拖拉机性能仿真系统,并对手动控制变速过程进行了仿真,为控制策略的制定提供条件。通过对换挡规律与拖拉机换挡特性的分析,以高效、节能为目的,提出动力性和经济性两种换挡规律及其控制策略。在最大生产率影响因素的分析基础上,确定提高拖拉机的牵引功率和牵引效率是获取拖拉机最大生产率的有效措施。以此为目标,提出以发动机转速和油门开度为控制参数的动力性换挡规律及其控制策略。通过分析拖拉机最佳经济性指标及其影响因素,表明经济性换挡规律的主要目标是使拖拉机燃油消耗率最低,这不仅需要发动机工作在最低油耗区,还要求拖拉机具有较高的牵引效率,为此引入驱动轮滑转率,制定了以拖拉机速度、驱动轮转速、发动机转速、油门开度以及变速器传动比为控制参数的经济性换挡规律及其控制策略。并通过仿真,验证了换挡规律的合理性和工程应用控制策略的有效性,为控制系统的开发提供了理论依据。在分析拖拉机动力换挡变速器换挡品质的影响因素与评价指标的基础上,以动力不中断为目的,研究了换挡过程中不同换挡方案下的离合器载荷与功率特性,确定采用固定换挡重叠时间的换挡方法,可保证在不同发动机载荷下都具有良好的换挡平顺性。通过分析换挡控制系统构成,提出以动力换挡变速器输出转速变化幅值为指标来对换挡重叠时间与离合器接合油压进行优化,使换挡参数受拖拉机牵引载荷变化影响较小,变速器输出转速过渡平稳,并减少负向输出转矩的产生,避免了换挡过程中拖拉机减速或动力传递中断,提高了拖拉机生产率。通过仿真和台架试验对控制方案进行了验证,表明所选参数较为合理,对换挡品质有明显改善。分析了拖拉机动力换挡变速器控制系统的功能要求。采用DSP TMS320F28335开发了变速器控制器硬件系统,研究了控制系统对宽范围变化的多路转速信号的实时精确测量技术、多路电磁阀的PWM控制技术以及滑转率检测技术。应用DSP/BIOS实时操作系统开发了变速器的多任务实时控制软件,分析了拖拉机起步、换挡、制动和巡航控制等主要操作程序流程,并给出电子地头转向、自动PTO、差速锁和前轮驱动自动管理系统等辅助操作实现方案。针对拖拉机电控系统不同ECU设备之间的数据共享问题,采用ISO11783协议作为总线通信网络规范,对拖拉机总线网络拓扑结构进行规划,并对变速器控制器的总线接口电路以及信息通信传输流程进行了分析。该研究成果为动力换挡变速器的实际装车应用奠定了基础。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S219.03

【参考文献】

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本文编号：1303106