拖拉机液压机械无级变速传动系统控制策略研究

拖拉机是量大面广的农业机械，可以与悬挂的、牵引的或附装的农机具组成作业机组，完成各种田间作业和道路运输作业。液压机械无级变速器(Hydro-Mechanical Continuously Variable Transmission，简称HMCVT)综合了液压传动和机械传动的优点，能够容易地实现传动比大范围连续无级变化，提高整个传动系效率，减轻传动系的动载，在大功率拖拉机上表现出了良好的应用前景。在HMCVT的应用研究中，自动变速控制和换段品质控制是实现其优良性能的关键。本文以东方红1302R拖拉机装配的HMCVT为研究对象，对其做了较深入的研究。 系统分析了HMCVT传动原理，研究了功率传递，分析了速度特性。基于无级变速器基本匹配原则，在发动机试验数据的基础上，求解了发动机最佳经济性和最佳动力性工作曲线，并根据HMCVT传动比变化特点，对发动机和变速器进行了匹配，求解了变速控制的经济性和动力性目标段位和泵—马达目标排量比。为了改善拖拉机作业过程中人—机—环境的协调关系，提高拖拉机的综合性能，建立了以拖拉机动态时的动力性和稳态时的经济性作为目标，包含瞬态动力性变速规律和瞬态动力性到稳态经济性的过渡变速规律的智能变速策略。采用键合图理论建立了拖拉机数学模型，并应用MATLAB／Simulink和MATLAB／Stateflow软件建立了拖拉机整车仿真模型，对系统进行仿真，验证了智能变速控制策略的有效性。 根据拖拉机作业及HMCVT的换段特点，建立了HMCVT换段品质评价体系，分析了HMCVT换段过程，对换段过程进行了状态划分，建立了基于键合图理论的连续系统和基于有限状态机的离散系统的多组离合器参与的HMCVT换段过程混合模型。应用MATLAB／Simulink和MATLAB／Stateflow软件建立HMCVT换段过程仿真模型，分析了换段过程中HMCVT输入轴、中间轴和输出轴的转速和转矩特性，研究油压、阻力和离合器搭接定时对换段品质的影响。提出了油压控制和离合器搭接定时控制的综合换段控制策略，并应用仿真手段验证了换段控制策略的有效性。 在HMCVT性能测试实验台上，依据设计的实验方案验证了所建立的拖拉机整车模型和换段过程混合模型的正确性、变速控制和换段品质控制策略的有效性。