本文關(guān)鍵詞：拖拉機(jī)動(dòng)力換擋變速器控制系統(tǒng)研究

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【摘要】：動(dòng)力換擋變速器借助于濕式摩擦元件來實(shí)現(xiàn)行進(jìn)中換擋,換擋過程中進(jìn)入嚙合齒輪副的圓周速度不必同步,可減少換擋所需時(shí)間和操縱力;具有不會(huì)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(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)與沖擊和提高生產(chǎn)率等一系列優(yōu)點(diǎn),在大功率拖拉機(jī)和工程機(jī)械上表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。研究以拖拉機(jī)動(dòng)力換擋變速器為對(duì)象,對(duì)控制系統(tǒng)開發(fā)過程中的傳動(dòng)特性分析、建模仿真技術(shù)、自動(dòng)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(jì)等方面問題進(jìn)行了研究。在分析定軸式動(dòng)力換擋變速器結(jié)構(gòu)型式和傳動(dòng)原理的基礎(chǔ)上,結(jié)合拖拉機(jī)及其傳動(dòng)系統(tǒng)性能的要求,研究了拖拉機(jī)變速器擋位分配原理以及各擋傳動(dòng)比設(shè)置原則,提出一種適用于拖拉機(jī)裝備的40F+40R部分動(dòng)力換擋變速器傳動(dòng)方案。通過分析動(dòng)力換擋變速器速度特性和轉(zhuǎn)矩特性,表明該變速器傳動(dòng)比范圍寬,行駛速度0.3km/h-50km/h,可滿足各種作業(yè)對(duì)拖拉機(jī)速度的要求,且與國(guó)內(nèi)目前廣泛使用的手動(dòng)機(jī)械式變速器比較,能有效改善拖拉機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性,提高拖拉機(jī)的生產(chǎn)率。通過分析裝備動(dòng)力換擋變速器的拖拉機(jī)牽引特性,表明裝備該動(dòng)力換擋變速器的拖拉機(jī)因擋位增多,傳動(dòng)比公比較�。杀ＷC在載荷變動(dòng)時(shí)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(jī)的裝機(jī)要求,實(shí)現(xiàn)與拖拉機(jī)的良好匹配。以研究開發(fā)動(dòng)力換擋變速器控制系統(tǒng)為主要目的,采用動(dòng)力學(xué)原理和模塊化方法建立了拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)與牽引載荷數(shù)學(xué)模型。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合,建立了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩模型及燃油消耗率模型。針對(duì)動(dòng)力換擋傳動(dòng)系統(tǒng)電液控制與機(jī)械傳動(dòng)相結(jié)合的特點(diǎn),應(yīng)用AMEsim與Simulink聯(lián)合仿真平臺(tái),建立了拖拉機(jī)性能仿真系統(tǒng),并對(duì)手動(dòng)控制變速過程進(jìn)行了仿真,為控制策略的制定提供條件。通過對(duì)換擋規(guī)律與拖拉機(jī)換擋特性的分析,以高效、節(jié)能為目的,提出動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)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(jī)的牽引功率和牽引效率是獲取拖拉機(jī)最大生產(chǎn)率的有效措施。以此為目標(biāo),提出以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門開度為控制參數(shù)的動(dòng)力性換擋規(guī)律及其控制策略。通過分析拖拉機(jī)最佳經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)及其影響因素,表明經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律的主要目標(biāo)是使拖拉機(jī)燃油消耗率最低,這不僅需要發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最低油耗區(qū),還要求拖拉機(jī)具有較高的牽引效率,為此引入驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率,制定了以拖拉機(jī)速度、驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門開度以及變速器傳動(dòng)比為控制參數(shù)的經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律及其控制策略。并通過仿真,驗(yàn)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(jī)動(dòng)力換擋變速器換擋品質(zhì)的影響因素與評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上,以動(dòng)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(shí)間的換擋方法,可保證在不同發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)力換擋變速器輸出轉(zhuǎn)速變化幅值為指標(biāo)來對(duì)換擋重疊時(shí)間與離合器接合油壓進(jìn)行優(yōu)化,使換擋參數(shù)受拖拉機(jī)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(fù)向輸出轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生,避免了換擋過程中拖拉機(jī)減速或動(dòng)力傳遞中斷,提高了拖拉機(jī)生產(chǎn)率。通過仿真和臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)控制方案進(jìn)行了驗(yàn)證,表明所選參數(shù)較為合理,對(duì)換擋品質(zhì)有明顯改善。分析了拖拉機(jī)動(dòng)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(duì)寬范圍變化的多路轉(zhuǎn)速信號(hào)的實(shí)時(shí)精確測(cè)量技術(shù)、多路電磁閥的PWM控制技術(shù)以及滑轉(zhuǎn)率檢測(cè)技術(shù)。應(yīng)用DSP/BIOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)了變速器的多任務(wù)實(shí)時(shí)控制軟件,分析了拖拉機(jī)起步、換擋、制動(dòng)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(dòng)PTO、差速鎖和前輪驅(qū)動(dòng)自動(dòng)管理系統(tǒng)等輔助操作實(shí)現(xiàn)方案。針對(duì)拖拉機(jī)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(duì)拖拉機(jī)總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃,并對(duì)變速器控制器的總線接口電路以及信息通信傳輸流程進(jìn)行了分析。該研究成果為動(dòng)力換擋變速器的實(shí)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S219.03

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本文編號(hào)：1303106