一种无级变速拖拉机控制系统的制作方法
【专利摘要】一种无级变速拖拉机控制系统，包括发动机、液压机械无级变速器、车速传感器、牵引力传感器、发动机电子控制单元、变速器电子控制单元、变速器液压控制单元。本实用新型采用车速、牵引阻力、变速比和发动机转速作为控制参数，变速器电子控制单元根据车速和牵引负载确定最佳变速比和发动机转速，通过发动机电子控制单元和变速器液压控制单元调节发动机转速和变速器变速比，使拖拉机生产率?经济性达到综合最佳，保证拖拉机有较好的牵引性能、燃油经济性和驾驶舒适性，提高拖拉机的自动化操作水平。
【专利说明】
一种无级变速拖拉机控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及拖拉机控制系统，具体涉及一种无级变速拖拉机控制系统。
【背景技术】
[0002]拖拉机作为农田作业的重要工具，复杂的工作环境使得拖拉机的牵引负载和行驶车速波动较大，液压机械无级变速器能够适应复杂的工况，使车辆性能得到很大提升。通常，无级变速拖拉机的工作模式分为生产率最大工作模式和经济性最佳工作模式，其中，生产率最大工作模式下，拖拉机燃油经济性较差;在经济性最佳模式下，拖拉机工作在燃油消耗最低点，此时如果突然增大车辆牵引负载，易导致发动机熄火。
[0003]目前，为了获得较大的生产率同时又保证拖拉机的经济性，在拖拉机控制方法引入了权重系数。例如，郝允志，孙冬野等在“无级变速传动系统整体优化控制策略”一文中提出:通过驾驶员的判断选择合适的权重系数，从而得到一定条件下车辆传动系统的整体最佳。然而经过实际操作，各驾驶员操作的熟练程度和对复杂道路状况的判断不同，并不能取得良好的效果。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型为了克服现有技术方法难以很好地解决拖拉机经济性与生产率之间矛盾的问题，提供一种无级变速拖拉机控制系统。
[0005]本实用新型为解决上述问题所采用的技术方案为:一种无级变速拖拉机控制系统，包括发动机、液压机械无级变速器、车速传感器、牵引力传感器、发动机电子控制单元、变速器电子控制单元、变速器液压控制单元，所述的液压机械无级变速器包括机械变速机构、液压调速机构以及将机械和液压动力进行汇流合成的行星齿轮机构，液压调速机构是由电液比例变量栗和定量马达组成的闭式液压调速机构，电液比例变量栗包括电液比例电磁阀、油缸柱塞和斜盘，其中，牵引力传感器和车速传感器的输出端与变速器电子控制单元的输入端连接，变速器电子控制单元的输出端与发动机电子控制单元、变速器液压控制单元的输入端连接，变速器液压控制单元根据最佳变速比输出斜盘倾角的控制信号，电液比例电磁阀接收该控制信号，经过放大器后，控制油缸柱塞运动，推动斜盘发生偏转，改变变量栗的排量比，实现无级变速。
[0006]进一步地，变速器电子控制单元包括中央处理模块、信号输入模块、信号输出模块、通讯模块和应急处理模块，其中，中央处理模块包括电源模块、复位模块、时钟模块、JTAG接口。
[0007]进一步地，信号输入模块用于向中央处理模块输入反映驾驶员意图和整车系统状态信息;信号输出模块用于驱动变速器液压控制单元的电磁阀实现变速器变速。
[0008]进一步地，通讯模块包括CAN通讯模块、SCI通讯模块、SPI显示模块。
[0009]本实用新型中，应急处理模块用于在变速器无法正常工作时，通过外部开关电路强制变速器低速前进或倒车段离合器结合，使发动机动力可以通过变速器传递到拖拉机驱动轮，保证驾驶员可以将拖拉机从故障点转移到维修站。
[0010]有益效果:本实用新型利用车速传感器、牵引力传感器的输出端与变速器电子控制单元的输入端连接，变速器电子控制单元根据拖拉机车速和牵引负载确定最佳变速比和发动机的转速，通过发动机电子控制单元和变速器液压控制单元对应调节发动机转速和变速器变速比，使拖拉机生产率-经济性达到综合最佳，保证拖拉机有较好的牵引性能、燃油经济性和驾驶舒适性，提高拖拉机的自动化操作水平。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型中变速器电子控制单元原理图；
[0012]图2为无级变速拖拉机控制系统原理图；
[0013]图3为发动机、变量栗-定量马达液压调速机构的控制原理图；
[0014]图4为发动机、变速器协同控制原理图；
[0015]附图标记:附图3中，1、电液比例电磁阀，2、油缸柱塞，3、溢流阀，4、高压溢流阀，5、稳压溢流阀，6、过滤器，7、油箱。
【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
[0017]—种无级变速拖拉机控制系统，包括发动机、液压机械无级变速器、车速传感器、牵引力传感器、发动机电子控制单元、变速器电子控制单元、变速器液压控制单元，所述的液压机械无级变速器包括机械变速机构、液压调速机构以及将机械和液压动力进行汇流合成的行星齿轮机构，其中，液压调速机构是由电液比例变量栗和定量马达组成的闭式液压调速机构，电液比例变量栗包括电液比例电磁阀、油缸柱塞和斜盘，牵引力传感器和车速传感器的输出端与变速器电子控制单元的输入端连接，变速器电子控制单元的输出端与发动机电子控制单元、变速器液压控制单元的输入端连接，变速器液压控制单元根据最佳变速比输出斜盘倾角的控制信号，电液比例电磁阀接收该控制信号，经过放大器后，控制油缸柱塞运动，推动斜盘发生偏转，改变变量栗的排量比，实现无级变速。
[0018]其中，如图1所不，变速器电子控制单元包括中央处理模块、信号输入模块、信号输出模块、通讯模块和应急处理模块，其中，中央处理模块包括电源模块、复位模块、时钟模块、JTAG接口；信号输入模块用于向中央处理模块输入反映驾驶员意图和整车系统状态信息;信号输出模块用于驱动变速器液压控制单元的电磁阀实现变速器变速;通讯模块包括CAN通讯模块、SCI通讯模块、SPI显示模块。
[0019]本实用新型中，如图1所示的变速器电子控制单元原理图，本实用新型采用TMS320C24X型DSP微控制器，主要的接口信号有:输入信号有包括车辆前进、倒车、档位开关，齿条位移，牵引阻力、行驶车速、离合器压力等模拟信号。输出信号离合器电磁换向阀开关控制信号、变量栗控制比例电磁阀控制信号、发动机指令转速信号。人机界面显示车速、变速比、发动机转速、排量比等数值。
[0020]DSP内置有微处理器、程序和数据Flash存储器、RAM、PWM控制电路、A/D和D/A、并行I/O接口、CAN接口等。光电隔离电路能够保护微控制器，提高TCU抗干扰能力，信号调理电路对模拟信号进行放大、滤波，保证可靠的采样输入，功率放大电路对信号进行功率放大达到需求值，对功率元件进行短路和反压保护。应急电路在控制器故障时，保证拖拉机能够低速自救行驶。
[0021]发动机采用电子调速，电子调速器接收发动机指令转速，输出齿条位移驱动信号，控制油栗齿条位移，调整供油量，进而改变发动机转速，保证发动机实际转速与指令转速一致，调速器实时测量发动机转速与齿条位移，采用闭环方式控制齿条位移和转速。
[0022]本实用新型利用车速传感器、牵引力传感器的输出端与变速器电子控制单元的输入端连接，变速器电子控制单元根据拖拉机车速和牵引负载确定最佳变速比和发动机的转速，通过发动机电子控制单元和变速器液压控制单元对应调节发动机转速和变速器变速比。本实用新型提出用目标车速，牵引阻力，最佳变速比和发动机转速作为控制参数，实现综合最佳无级变速规律的工程应用;控制目标为拖拉机按照给定的速度行驶，根据牵引负载的变化，调节变速比和发动机转速，实现拖拉机生产率-经济性综合最佳，控制输入为目标车速和牵引力；控制输出为变速器最佳变速比和发动机转速。依据无级变速规律制定的拖拉机生产率-经济性综合最佳变速控制系统，包括:车速传感器，用于测量拖拉机行驶的速度;牵引力传感器，用于测量拖拉机工作的牵引阻力;变速器电子控制单元，根据车速和牵引负载，判定发动机负荷，确定变速器最佳变速比和对应的发动机转速;发动机电子控制单元，根据发动机转速信号调节发动机转速;HMCVT液压控制单元，根据变速比信号调节变量栗斜盘倾角，改变栗的排量比，实现无级变速。其中，车速传感器安装在拖拉机非驱动轮上，牵引力传感器安装在拖拉机液压悬挂机构与农机具的连接处。
[0023]本实用新型利用电子控制技术实现液压机械无级变速拖拉机生产率-经济性综合最佳无级变速和控制。通过监测拖拉机牵引阻力和车速，调节变速器变速比和发动机转速，使拖拉机工作在生产率-经济性综合最佳工况。
[0024]如图4所示的发动机、变速器协同控制原理，由拖拉机牵引力求出驱动力和变速器转矩，根据拖拉机滑转率特性曲线，计算出车辆滑转率;根据目标速度，计算出拖拉机理论速度和变速器转速，由最佳变速比表，求出变速器最佳变速比和发动机转速，根据发动机转速和最佳变速比分别调节发动机和变速器变速比。为保证车速稳定，对车速进行反馈控制。
[0025]如图2所示的控制系统原理，牵引阻力传感器和车速传感器信号输入到变速ECU的信号处理单元，信号经过处理后传到发动机负荷判定单元和协同控制单元，经过计算求出发动机转速和变速器最佳变速比，发动机转速指令输入到发动机ECU，控制调节发动机转速，最佳变速比指令输入到HMCVT液压控制单元，控制调节变速器斜盘倾角，改变变量栗的排量比，实现无级变速。
[0026]如图3所示的发动机、栗-马达控制系统原理，发动机采用电子调速，电子调速器接收发动机指令转速，输出齿条位移驱动信号，控制油栗齿条位移，调整供油量，进而改变发动机转速，保证发动机实际转速与指令转速一致，调速器实时测量发动机转速与齿条位移，采用闭环方式控制齿条位移和转速。
[0027]本实用新型中，如图3所示，变量栗-定量马达采用闭式传动，电液比例电磁阀I接收变速器斜盘倾角电信号，经过放大器后，控制油缸柱塞2运动，推动斜盘发生偏转，改变变量栗的排量比。电液比例电磁阀I通过油缸柱塞2的机械刚性反馈，实现闭式控制，使斜盘倾角与控制电流成比例变化。为避免加减速时斜盘旋转过快造成油路压力达到最高工作压力，安全阀在主油路油压超过设定值时，对控制油路泄压;溢流阀3在主油路油压超过最大值时，对油路溢流，保护栗-马达系统的安全;冲洗阀将主油路低压侧的少量油液溢流回油路，起到冲洗油路杂质和降温的作用，避免油温过高影响液压系统的性能和泄漏;栗-马达的泄漏和冲洗阀的溢流油液流入冷却器，冷却之后回流到油箱循环使用。高压溢流阀4，是当主油路压力达到最大压力值时对主油路保护;稳压溢流阀5，使从油箱7出来的油稳压;进入油箱7的油需要经过过滤器进行过滤。
【主权项】
1.一种无级变速拖拉机控制系统，包括发动机、液压机械无级变速器、车速传感器、牵弓I力传感器、发动机电子控制单元、变速器电子控制单元、变速器液压控制单元，其特征在于:所述的液压机械无级变速器包括机械变速机构、液压调速机构以及将机械和液压动力进行汇流合成的行星齿轮机构，液压调速机构是由电液比例变量栗和定量马达组成的闭式液压调速机构，电液比例变量栗包括电液比例电磁阀、油缸柱塞和斜盘，其中，牵引力传感器和车速传感器的输出端与变速器电子控制单元的输入端连接，变速器电子控制单元的输出端与发动机电子控制单元、变速器液压控制单元的输入端连接，变速器液压控制单元根据最佳变速比输出斜盘倾角的控制信号，电液比例电磁阀接收该控制信号，经过放大器后，控制油缸柱塞运动，推动斜盘发生偏转，改变变量栗的排量比，实现无级变速。2.根据权利要求1所述的一种无级变速拖拉机控制系统，其特征在于:变速器电子控制单元包括中央处理模块、信号输入模块、信号输出模块、通讯模块和应急处理模块，其中，中央处理模块包括电源模块、复位模块、时钟模块、JTAG接口。3.根据权利要求1所述的一种无级变速拖拉机控制系统，其特征在于:信号输入模块用于向中央处理模块输入反映驾驶员意图和整车系统状态信息;信号输出模块用于驱动变速器液压控制单元的电磁阀实现变速器变速。4.根据权利要求1所述的一种无级变速拖拉机控制系统，其特征在于:通讯模块包括CAN通讯模块、SCI通讯模块、SPI显示模块。
【文档编号】B60W30/18GK205524228SQ201620253568
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】张明柱, 郝晓阳, 尹玉鑫, 崔明明, 王婷婷, 白东洋, 王全胜
【申请人】河南科技大学