CN112594375A - 一种用于拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制方法，解决了现有技术难以保证整车平顺性的问题。该控制方法包括以下步骤：根据对车辆当前采集的信号计算得到期望速比和期望速比变化率；判断当前档位操作情况，进行相邻档位切换过程中的期望速比变化率控制或档位换向穿梭过程中的期望速比变化率控制；结合变速器换挡使能控制，选择期望输入速比的变化率或者期望穿梭速比的变化率最大值，作为期望输出速比的变化率输出。

Description

一种用于拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制 方法

技术领域

本发明涉及一种机械液压无级变速器的速比变化率控制方法，尤其涉及大马力拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制方法。

背景技术

大马力拖拉机可以实现驾驶员不用停车，直接在前进挡位挂倒挡或在倒挡挂前进档。拖拉机的驱动挡位分为倒挡、静液压倒挡、静液压前进挡、前进1挡、前进2挡共5个驱动挡位。静液压挡位只通过静液压单元中的变量泵摆角来实现速比的控制，而其他挡位是由静液压单元和机械挡位离合器的功率分流共同来实现速比的连续变化。

机械液压无级变速器通过静液压单元和机械挡位的功率分流来实现速比连续变化的特性，但静液压单元组成***比较复杂以及机械体本身的结构限制，导致无级变速器的速比变化不稳定，进一步分析可知，速比变化率的震荡影响会使得车辆的平顺性变差，因此需要更合理的控制方法来对速比变化率进行控制。

以上介绍的技术信息旨在便于快速理解本发明的目的以及构思，因此可能包含并不构成本领域技术人员公知的现有技术的信息和考虑因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制方法，解决现有技术难以保证整车平顺性的问题。

本发明的技术方案如下：

一种用于拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制方法，包括以下步骤：

1)根据对车辆当前采集的信号计算得到期望速比和期望速比变化率；

2)判断当前档位操作情况；若只进行相邻挡位切换，则执行步骤3)；若进行挡位换向穿梭，则执行步骤4)；

3)相邻档位切换过程中的期望速比变化率控制

3.1)根据变速箱挡位状态信号判断当前驾驶方向；前进方向包括前进1挡、前进2挡、静液压前进挡，倒挡方向包括倒挡、静液压倒挡；

3.2)如果为倒挡方向，给出期望速比的变化率饱和非线性特性限制下限；

3.3)如果为前进挡方向，给出期望速比的变化率饱和非线性特性限制上限；

3.4)通过确定的期望速比的变化率饱和非线性特性限制上限/下限，对期望速比的变化率进行限制，得到车辆速比变化率输出控制的期望输入速比的变化率；

4)档位换向穿梭过程中的期望速比变化率控制

如果挡位穿梭使能信号逻辑值判断为1，则对实际速比取绝对值，然后限制速比最快t_s时间后达到期望输出速比，将该限制条件下速比的最大变化率与设定的期望穿梭速比的最大变化率进行比较，取两者中的较大值作为期望穿梭速比的变化率最大值；

5)结合变速器换挡使能控制，选择步骤3)得出的期望输入速比的变化率或者步骤4)得出的期望穿梭速比的变化率最大值，作为期望输出速比的变化率输出。

进一步地，步骤1)中，期望速比gi_target的计算公式为：

其中，n_carr为行星架期望输出转速，n_eng为发动机输入转速；

期望速比变化率dgi_des的计算公式为：

其中，a_des为请求的车辆加速度，k为车速与行星架输出转速的计算系数，其取值为46.4688。

进一步地，步骤2)中判断当前档位操作情况，是通过判断变速箱挡位状态信号，确定目前变速箱所处的挡位。

进一步地，步骤3.2)具体是：

判断挡位状态是否为静液压倒挡；如果是，计算换挡速比的最大变化率dgi1，并设定针对dgi1的饱和非线性特性上下限限制参数；如果不是，设定速比的最小变化率dgi2，将其取值作为期望速比的变化率饱和非线性特性限制下限；

所述换挡速比的最大变化率dgi1也记为dgi_HR，其计算公式如下：

其中，cfg_HR为静液压倒挡速比同步点，gi为实际速比，T为***采样周期，t_prepHR为静液压倒挡速比同步点达到时间。

进一步地，步骤3.3)具体是：

判断挡位状态是否为静液压前进挡，如果是，计算换挡速比的最大变化率dgi3，并设定针对dgi3的饱和非线性特性上下限限制参数，如果不是，进一步判断挡位状态是否为前进1挡，如果是，设定速比的最小变化率dgi4，如果不是，则进行线性速比的变化率查表函数换算得到dgi5，将其最小值作为期望速比的变化率饱和非线性特性限制上限；

所述换挡速比的最大变化率dgi3也记为dgi_H1，其计算公式如下：

其中，cfg_H1为静液压前进挡速比同步点，t_prepH1为静液压前进挡速比同步点达到时间。

进一步地，步骤5)具体是：

判断挡位穿梭限制信号逻辑值；

如果挡位穿梭限制信号逻辑值判断为0时，将期望输入速比的变化率作为期望输出速比的变化率；

如果挡位穿梭限制信号逻辑值判断为1时，进一步比较判断期望输入速比的变化率与期望穿梭速比的最大变化率的大小；如果期望输入速比的变化率大于期望穿梭速比的最大变化率时，将期望穿梭速比的最大变化率作为期望输出速比的变化率，否则，将期望输入速比的变化率作为期望输出速比的变化率。

进一步地，所述挡位穿梭限制信号逻辑值按照以下方式确定：

将期望速比数据类型转换为逻辑值(非0即1)，如果期望速比不等于0，则期望速比与挡位穿梭使能信号进行逻辑与运算，将其逻辑运算值作为挡位穿梭限制信号。

相应地，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述速比变化率控制方法的步骤。

相应地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述速比变化率控制方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过对速比的变化率进行控制，从而使速比得到更精确的控制，提高了整车的平顺性。

通过静液挡位速比达到的同步点来对相应的静液压挡位进行限制，改善了由于静液压挡位和机械挡位共同驱动而导致机械挡位离合器因速比变化率的震荡使得离合器在结合和脱开之间来回波动的情况，极大地提高了驾驶员驾驶感受。

附图说明

图1为本发明的车辆速比变化率控制方法的功能模块示意图。

图2为图1中速比变化率输出控制模块的原理示意图。

图3为图1中相邻挡位切换过程中的期望速比变化率控制模块的原理示意图。

图4为图1中挡位穿梭过程中的期望速比变化率控制模块的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。

本发明通过对速比变化率进行控制，将期望的速比变化率增加到期望的速比中，使速比得到更精确的控制，并对相应的静液压挡位进行限制，提升了整车的平顺性。

在车辆速比变化率控制过程中，输入信号有期望速比变化率、实际速比、期望速比、从静液压挡到1挡使能标志位、从静液压挡到倒挡使能标志位、变速器挡位状态信号以及挡位穿梭使能信号。

期望速比变化率，是通过采集数据计算得到，涉及相邻挡位、穿梭挡位。

实际速比，即当前车辆的实际速比，其值为实际行星架转速/发动机转速。实际行星架转速和发动机转速均是通过采集数据得到。

期望速比，也即期望输出速比。

从静液压挡到1挡使能标志位、从静液压挡到倒挡使能标志位：标志位初始值都为0，是通过判断条件得到的，与期望速比进行比较(升档期望速比大于实际速比，降档期望速比小于实际速比)满足条件时标志位值为1。

变速器挡位状态信号，是通过实际速比判断得到挡位状态。

如图1所示，通过相邻挡位切换过程中的期望速比变化率控制模块(图3中的输出)、挡位穿梭过程中的期望速比变化率控制模块(图4中的输出)以及变速器挡位使能控制模块来对车辆的速比变化率进行控制，最终输出期望的速比变化率(图2中的输出)，其总和作为请求速比来控制变速器(每个周期下的速比变化率叠加达到请求速比，即达到期望速比)。

其中，期望速比计算公式：

n_carr为行星架期望输出转速，n_eng为发动机输入转速。

期望速比变化率计算公式：

a_des为请求的车辆加速度，k为车速与行星架输出转速的计算系数。

如图2所示，对于期望输出速比的变化率的确定，输入信号有挡位穿梭限制信号、期望输入速比的变化率和期望穿梭速比的最大变化率，如果挡位穿梭限制信号逻辑值判断为0时，将期望输入速比的变化率作为期望输出速比的变化率，否则，如果挡位穿梭限制信号逻辑值判断为1时，将进一步进行判断，如果期望输入速比的变化率大于期望穿梭速比的最大变化率时，将期望穿梭速比的最大变化率作为期望输出速比的变化率，否则，将期望输入速比的变化率作为期望输出速比的变化率。最终输出期望输出速比的变化率。

如图3所示为相邻挡位切换过程中的期望速比变化率控制框图，输出期望输入速比的变化率(输入图1中所示车辆速比变化率输出控制模块)。

本实施例中的车辆驱动挡位分为倒挡、静液压倒挡、静液压前进挡、前进1挡、前进2挡共5个驱动挡位。

首先判断驾驶方向；

如果为倒挡方向，进一步判断挡位状态是否为静液压倒挡，如果是，计算换挡速比的最大变化率dgi1，并设定针对dgi1的饱和非线性特性上下限限制参数，如果不是，设定速比的最小变化率dgi2，将其取值作为期望速比的变化率饱和非线性特性限制下限。

如果为前进挡方向，进一步判断挡位状态是否为静液压前进挡，如果是，计算换挡速比的最大变化率dgi3，并设定针对dgi3的饱和非线性特性上下限限制参数，如果不是，进一步判断挡位状态是否为前进1挡，如果是，设定速比的最小变化率dgi4，如果不是，则进行线性速比的变化率查表函数换算得到dgi5，将其最小值作为期望速比的变化率饱和非线性特性限制上限。

通过设置上下限来限制期望输入速比的变化率。

上述速比的变化率dgi1计算公式如下：

其中，cfg_HR为静液压倒挡速比同步点，gi为实际速比，T为***采样周期，t_prepHR为静液压倒挡速比同步点达到时间。

上述速比的变化率dgi3计算公式如下：

其中，cfg_H1为静液压前进挡速比同步点，t_prepH1为静液压前进挡速比同步点达到时间。

如图4所示为挡位穿梭过程中的期望速比变化率控制框图，输入信号有：实际速比和挡位穿梭使能信号。

如果挡位穿梭使能信号逻辑值判断为1(表明驾驶员进行了挡位穿梭指令操作，即在驾驶室进行了车辆驱动换向操作)，则对实际速比取绝对值，然后限制速比最快t_s时间后达到期望输出速比，同时与设定的期望穿梭速比的最大变化率进行比较，最后取两者中的最大值作为期望穿梭速比的变化率最大值。

如果挡位穿梭使能信号逻辑值判断为0，则说明驾驶员未进行挡位穿梭操作，此时的速比变化率为0，用0值与设定的期望穿梭速比的最大变化率进行比较。

变速器换挡使能控制的输入信号有：期望速比和挡位穿梭使能信号。如果期望速比不等于0，则期望速比与挡位穿梭使能信号进行逻辑与运算，将其逻辑运算值作为挡位穿梭限制信号。

以大马力拖拉机用的机械液压无级变速器为例：拖拉机可以实现驾驶员不用停车，直接在前进挡位挂倒挡或在倒挡挂前进档。拖拉机的驱动挡位分为倒挡、静液压倒挡、静液压前进挡、前进1挡、前进2挡共5个驱动挡位。静液压挡位只通过静液压单元中的变量泵摆角来实现速比的控制，而其他挡位是由静液压单元和机械挡位离合器的功率分流共同来实现速比的连续变化。

具体的控制方法如下：

首先，通过对车辆采集到的信号进行计算得到期望速比和期望速比变化率，并将这些信号以及实际速比、从静液压挡到1挡使能标志位、从静液压挡到倒挡使能标志位、变速器挡位状态信号和挡位穿梭使能信号一并作为速比变化率控制的输入信号。

期望速比计算公式：

其中，n_carr为行星架期望输出转速，n_eng为发动机输入转速；

发动机输入转速n_eng为采集数据得到的信号；

行星架期望输出转速n_carr是通过一系列计算得到的，输入驾驶员踩油门踏板的百分比，将油门踏板百分比转换到期望车速，再转换到期望转速。

n_carr＝per_Drvpedal*0.01*v_Max*K

K为车速与行星架输出转速的计算系数,v_Max车辆最大前进车速＝50Km/h，车辆最大倒退车速＝20Km/h；其中，油门踏板百分比：0％-100％

计算公式：per_Drvpedal＝(uSensor–(Vss*0,1))*(100/(Vss*0,9-Vss*0,1)

uSensor为实际采集电压信号值，Vss为电压传感器最大量程。

期望速比变化率计算公式：

其中，a_des为请求的车辆加速度，a_des＝dv/dt(单位时间内的车速变化即为加速度)，车速为采集数据得到的信号；k为车速与行星架输出转速的计算系数，其取值为46.4688。

然后，针对不同的逻辑模块进行运算或条件判断。

A、当驾驶员只进行相邻挡位切换时，需对相邻挡位切换过程中的期望速比变化率进行控制。首先通过判断驾驶方向，如果为倒挡方向，进一步判断挡位状态是否为静液压倒挡，如果是，计算换挡速比的最大变化率dgi1，并设定饱和非线性特性上下限限制参数，上限为0.0005，下限为-0.006。如果不是，设定速比的最小变化率dgi2，其值为-0.006，将其取值作为期望速比的变化率饱和非线性特性限制下限。如果为前进挡方向，进一步判断挡位状态是否为静液压前进挡，如果是，计算换挡速比的最大变化率dgi3，并设定饱和非线性特性上下限限制参数，上限为0.006，下限为0.0005。如果不是，进一步判断挡位状态是否为前进1挡，如果是，设定速比的最小变化率dgi4，其值为0.006，如果不是，则进行线性速比的变化率查表函数换算得到dgi5，将其最小值作为期望速比的变化率饱和非线性特性限制上限。通过设置上下限来限制期望输入速比的变化率。

上述速比的变化率dgi1计算公式如下：

其中，cfg_HR为静液压倒挡速比同步点，gi为实际速比，T为***采样周期，t_prepHR为静液压倒挡速比同步点达到时间。

上述速比的变化率dgi3计算公式如下：

其中，cfg_H1为静液压前进挡速比同步点，t_prepH1为静液压前进挡速比同步点达到时间。

在本发明的实施例中，上述计算公式中的参数cfg_HR取值为0.2043，cfg_H1取值为-0.2097，T取值为0.01s，t_prepHR取值为0.5s，t_prepH1取值为0.5s。

上述速比的变化率dgi5查表函数如下：

B、当驾驶员进行挡位换向穿梭时，需对挡位穿梭过程中的期望速比变化率进行控制。可在5个驱动挡位之间出现驱动方向换向穿梭有倒挡挂前进1挡、倒挡挂前进2挡等共计12种情况。挡位穿梭过程中的期望速比变化率进行控制模块输入信号有实际速比和挡位穿梭使能信号，如果挡位穿梭使能信号逻辑值判断为1，则对实际速比取绝对值，再乘以采样周期0.01s，然后除以2s来限制速比最快达到期望输出速比的时间，同时将该值与期望穿梭速比的最大变化率设定参数0.004进行比较，最后取两者中的最大值作为期望穿梭速比的变化率最大值。

最后，将上述的速比变化率输入速比变化率输出控制模块进行条件判断。

判断前，需对挡位穿梭使能信号进行逻辑运算，如果期望速比不等于0，则期望速比与挡位穿梭使能信号进行逻辑与运算，将其逻辑运算值作为挡位穿梭限制信号。进一步如果挡位穿梭限制信号逻辑值判断为0时，将期望输入速比的变化率作为期望输出速比的变化率，否则，如果挡位穿梭限制信号逻辑值判断为1时，将进一步进行判断，如果期望输入速比的变化率大于期望穿梭速比的最大变化率时，将期望穿梭速比的最大变化率作为期望输出速比的变化率，否则，将期望输入速比的变化率作为期望输出速比的变化率。最终输出期望输出速比的变化率。将其增加到期望的速比中，使速比得到更精确的控制，并对相应的静液压挡位进行限制，提升了整车的平顺性。

本发明实现了大马力拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制，从而使速比得到更精确的控制，并通过静液挡位速比达到的同步点来对相应的静液压挡位进行限制，提高了整车的平顺性。

Claims (9)

1.一种用于拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据对车辆当前采集的信号计算得到期望速比和期望速比变化率；

2)判断当前档位操作情况；若只进行相邻挡位切换，则执行步骤3)；若进行挡位换向穿梭，则执行步骤4)；

3)相邻档位切换过程中的期望速比变化率控制

3.1)根据变速箱挡位状态信号判断当前驾驶方向；前进方向包括前进1挡、前进2挡、静液压前进挡，倒挡方向包括倒挡、静液压倒挡；

3.2)如果为倒挡方向，给出期望速比的变化率饱和非线性特性限制下限；

3.3)如果为前进挡方向，给出期望速比的变化率饱和非线性特性限制上限；

3.4)通过确定的期望速比的变化率饱和非线性特性限制上限/下限，对期望速比的变化率进行限制，得到车辆速比变化率输出控制的期望输入速比的变化率；

4)档位换向穿梭过程中的期望速比变化率控制

如果挡位穿梭使能信号逻辑值判断为1，则对实际速比取绝对值，然后限制速比最快t_s时间后达到期望输出速比，将该限制条件下速比的最大变化率与设定的期望穿梭速比的最大变化率进行比较，取两者中的较大值作为期望穿梭速比的变化率最大值；

5)结合变速器换挡使能控制，选择步骤3)得出的期望输入速比的变化率或者步骤4)得出的期望穿梭速比的变化率最大值，作为期望输出速比的变化率输出。

2.根据权利要求1所述的一种用于拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制方法，其特征在于，步骤1)中，期望速比gi_target的计算公式为：

其中，n_carr为行星架期望输出转速，n_eng为发动机输入转速；

期望速比变化率dgi_des的计算公式为：

其中，a_des为请求的车辆加速度，k为车速与行星架输出转速的计算系数，其取值为46.4688。

3.根据权利要求1所述的一种用于拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制方法，其特征在于，步骤2)中判断当前档位操作情况，是通过判断变速箱挡位状态信号，确定目前变速箱所处的挡位。

4.根据权利要求1所述的一种用于拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制方法，其特征在于，步骤3.2)具体是：

判断挡位状态是否为静液压倒挡；如果是，计算换挡速比的最大变化率dgi1，并设定针对dgi1的饱和非线性特性上下限限制参数；如果不是，设定速比的最小变化率dgi2，将其取值作为期望速比的变化率饱和非线性特性限制下限；

所述换挡速比的最大变化率dgi1也记为dgi_HR，其计算公式如下：

其中，cfg_HR为静液压倒挡速比同步点，gi为实际速比，T为***采样周期，t_prepHR为静液压倒挡速比同步点达到时间。

5.根据权利要求1所述的一种用于拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制方法，其特征在于，步骤3.3)具体是：

判断挡位状态是否为静液压前进挡，如果是，计算换挡速比的最大变化率dgi3，并设定针对dgi3的饱和非线性特性上下限限制参数，如果不是，进一步判断挡位状态是否为前进1挡，如果是，设定速比的最小变化率dgi4，如果不是，则进行线性速比的变化率查表函数换算得到dgi5，将其最小值作为期望速比的变化率饱和非线性特性限制上限；

所述换挡速比的最大变化率dgi3也记为dgi_H1，其计算公式如下：

其中，cfg_H1为静液压前进挡速比同步点，t_prepH1为静液压前进挡速比同步点达到时间。

6.根据权利要求1所述的一种用于拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制方法，其特征在于，步骤5)具体是：

判断挡位穿梭限制信号逻辑值；

如果挡位穿梭限制信号逻辑值判断为0时，将期望输入速比的变化率作为期望输出速比的变化率；

如果挡位穿梭限制信号逻辑值判断为1时，进一步比较判断期望输入速比的变化率与期望穿梭速比的最大变化率的大小；如果期望输入速比的变化率大于期望穿梭速比的最大变化率时，将期望穿梭速比的最大变化率作为期望输出速比的变化率，否则，将期望输入速比的变化率作为期望输出速比的变化率。

7.根据权利要求1所述的一种用于拖拉机的机械液压无级变速器的速比变化率控制方法，其特征在于，所述挡位穿梭限制信号逻辑值按照以下方式确定：

将期望速比数据类型转换为逻辑值，如果期望速比不等于0，则期望速比与挡位穿梭使能信号进行逻辑与运算，将其逻辑运算值作为挡位穿梭限制信号。

8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述速比变化率控制方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述速比变化率控制方法的步骤。

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