基于扩张观测器的HMCVT换段离合器油压跟踪控制

针对液压机械无级变速器(HMCVT)换段离合器油压跟踪控制过程中,不匹配干扰造成实际油压与期望油压产生偏差的问题,提出了一种基于扩张观测器的全局终端滑模控制算法,以实现油压的高精度跟踪控制。通过建立带有不匹配干扰的非线性湿式离合器数学模型,推导了油压控制系统的状态方程,使用扩张观测器对不匹配干扰进行估计,设计了一种能够快速收敛的全局终端滑模控制算法,并将干扰估计值补偿到控制算法中以提高控制精度和降低滑模控制的抖振。基于全局终端滑模控制算法设计了换段离合器油压跟踪控制器,通过试验对控制器效果进行了验证。结果表明,扩张观测器能够有效观测不匹配干扰,与传统终端滑模控制算法相比,基于本文算法设计的油压跟踪控制器动态响应时间仅为0.13 s,超调量为0.08 MPa,且无明显抖振。在换段过程中,冲击度降低12.7%,滑摩功减少10.2%,表明所提油压跟踪控制算法具有较好鲁棒性,能够改善换段离合器的接合品质。

基于HMCVT湿式离合器欠充油智能识别及修正方法研究

湿式离合器在换挡时为保证换挡过程平稳舒适,需要在换挡进程开始前对离合器进行预充以消除摩擦片与对耦钢片之间的间隙,如果预充油控制不合理,会出现过充或欠充现象,影响整车换挡品质。在实际湿式离合器预充油控制过程中,预充的时间和压力通常在整车下线时由标定工程师进行标定,消耗大量的人力及时间,同时由于机械一致性、零部件的老化磨损、油液品质改变等不可抗因素,固定的标定数值无法满足实际的控制需求。因此,基于此问题本文提出了一种基于液力机械式无级变速器(HMCVT)湿式离合器欠充油智能识别及修正方法。

液压机械无级变速器全工况效率模型及功率损失分析

针对目前液压机械无级变速器(hydro-mechanical continuously variable transmission,HMT)效率模型研究中存在的效率组成不全面、局限于单一工况以及缺少功率损失分析等问题,该研究建立了考虑传动元件及附件功率损失的HMT全工况效率模型。首先建立HMT变量泵-定量马达的通用效率模型,根据效率试验数据辨识相关参数;然后建立HMT其他传动机构及附件的效率模型,将各部分效率模型组合得到完整的HMT效率模型。基于自主研发的HMT进行计算,得到全工况效率图和各组成机构的损失功率。搭建试验台,对HMT进行效率试验以验证模型的准确性,HM1段和HM2段在全工况下的效率平均绝对误差分别为0.027 3和0.026 1,相较于对比方法准确性提高了64.59%和55.46%。结合效率图和功率损失情况分析HMT效率特性和影响因素,结果表明:1)本文HMT效率主要受负载和液压单元排量比e影响,输入转速影响不显著;2)低负载下本文HMT效率主要影响因素为负载,高负载下为排量比;3)泵马达功率损失对HMT效率影响最大,e <0时液压损失功率大,HMT效率低;e=0时液压损失功率为0,HMT效率达到最高;4)齿轮和离合器的功率损失对HMT效率的影响不容忽略,考虑其他附件功率损失有利于提高模型计算精度。提高HMT效率的措施:1)尽量避免HMT长时间在功率循环工况下工作,在优先满足负载需求和保证发动机经济性前提下,推荐在纯机械点及其附近工作点作业;2)避免长时间低负载作业,应保持在高负载工况作业;3)选用高效率液压单元或通过改进参数提高液压单元传动效率;4)满足齿轮和离合器性能要求前提下改进参数,降低功率损失。

理论换段点下HMCVT换段离合器转矩交接及控制

针对液压机械无级变速器在换段过程中的动力中断和换段冲击问题,该研究以三段式液压机械无级变速器第二段切换第三段为例,通过建立动力学模型分析理论换段点下两段位的液压路功率方向变化规律,提出基于液压路功率方向的两阶段换段离合器转矩交接方法,并使用分段函数对两阶段离合器转矩交接轨迹进行优化,通过仿真对转矩交接方法正确性进行了验证。为了实现转矩的跟踪控制,基于终端滑模控制的方法设计了离合器控制器,通过对油压的跟踪控制实现转矩的跟踪控制,通过试验验证了控制器有效性。仿真和试验结果表明:在负载换段过程中,所提换段离合器转矩交接方法能够实现动力的平稳过渡,终端滑模控制器能够实现离合器油压的跟踪控制,从而实现转矩控制。在输入轴转速1 000 r/min,负载700 N·m工况下,使用终端滑模控制器控制两换段离合器进行换段,输出轴转速的波动范围为-20.6~7.4 r/min,输出轴转矩波动范围为-117.4~107.9 N·m,换段过程中最大冲击度为-6.16 m/s3,换段离合器的最大滑摩功为508.45 J,换段过程中无动力中断。该研究可为液压机械段变速器的换段控制提供参考。

基于改进SA和GA的汽车用HMCVT传动参数优化新方法

为增强液压机械无级变速器(HMCVT)在车辆领域的实用性,提出一种基于改进模拟退火算法和遗传算法的汽车用HMCVT传动参数优化设计新方法。研究以轻型载货车辆为例。新方法考虑传动效率最大化、传动特性匹配车辆设计需求以及轻量化3个方面,采用二级式的方法对某三段式HMCVT进行传动参数优化设计。具体来说,采用遗传算法以传动效率和传动特性最优为目标对行星排特性参数以及齿轮副传动比共10个第一级参数进行优化设计;采用改进模拟退火算法以轻量化为目标对齿轮齿数、模数、螺旋角以及齿宽共33个第二级参数进行优化设计。优化设计结果表明,提出的设计新方法优化效果较佳,能在很大程度上提高HMCVT的设计效率;变速器平均传动效率提高5%;传动特性能较好匹配车辆行驶需求,设计误差为0. 62%;变速器轻量化效果明显。

采棉机变速器能效对比分析

研究采棉机在加速和恒速作业过程中纯液压变速器和液压机械无级变速器传输效率以及发动机燃油消耗,对发动机燃油消耗和液压机械无级变速器传输效率进行台架试验。仿真结果显示:在(0~25)km/h加速过程中,相比较纯液压变速器,装备液压机械无级变速器的采棉机的发动机燃油消耗减少2.4933kg/h,且液压机械无级变速器传输效率在0.82以上;当行驶速度和采摘头输入转速分别保持在6km/h和1380r/min时,相比较纯液压变速器,装备液压机械无级变速器的采棉机的发动机燃油消耗减少1.44709kg/h,传输效率提高0.15。仿真与试验结果表明装备液压机械无级变速器的采棉机在作业过程中可提高采棉机的传输效率和降低燃油消耗。

重型拖拉机HMCVT的5因素换段品质逐步回归优化研究

[目的]为了改善配备液压机械无级变速器(HMCVT)的重型拖拉机的换段品质,本文基于SimulationX软件搭建换段仿真模型,深入研究相关因素与换段品质之间的关系。[方法]依据变速箱的传动原理建立仿真模型,并验证该仿真模型精确度。确定影响换段品质的3类因素,即结构设计因素、环境因素和可调节因素,并在仿真模型中进行5因素4水平正交试验。利用逐步回归分析法(stepwise regression analysis)与极差分析法对正交试验结果进行数据处理,分析各因素对换段品质的影响程度,建立换段品质评价指标数学模型;并提出用方差权重确定法将两相关性相反的指标进行参数匹配,得到总换段品质数学模型。对结构设计因素进行单因素试验,确定其各自与换段指标之间的精确关系。[结果]湿式离合器接合过程中,影响速度降的主要因素为充油压力、流量与负载,影响动载荷的主要因素为充油压力与负载。结构设计因素中,换段评价指标均与摩擦片数量相关性较高,与摩擦片的内、外径相关性较低。[结论]本文结合方差权重与逐步回归分析,提出一种综合换段品质改进与湿式离合器优化设计的分析方法,为相关领域的研究提供参考。

基于拖拉机燃油经济性HMCVT换挡规律的研究

通过分析拖拉机燃油经济性指标和拖拉机经济性的影响因素,提出一种以拖拉机燃油消耗率最低和牵引效率最高为目标的燃油经济性换挡规律。根据拖拉机燃油最佳经济性,结合液压机械无级变速器(Hydraulic mechanical continuously variable transmission,HMCVT)的结构和传动特点,阐明实现拖拉机燃油经济性的要求。探究一种发动机燃油消耗率和液压机械无级变速器的传动效率之比最小为目标的经济性最佳的HMCVT下的发动机转速转矩曲线,通过与发动机外特性曲线比较,可以使各挡位都处于油耗最低的经济性区域,并保证拖拉机的速度稳定,符合经济性换挡规律。

HMCVT液压系统自适应模糊PID联合仿真研究

根据液压机械无级变速器传动原理,结合HMCVT试验台架、泵控马达测控系统及HMCVT测控系统,对双向变量泵工作效率进行分析,通过Design Expert10建立多元回归模型,并用响应曲面法分析各因素对双向变量泵的效率的影响。为提高变量泵控定量马达系统的工作效率,通过MATLAB/Simulink和多体动力学软件ITI SimulationX建立模糊控制模型与动力学模型,并进行联合仿真,采用自适应模糊PID控制和普通PID控制2种控制方法对定量马达输出转速和双向变量泵排量比进行比较。结果研究表明:定量马达稳定输出转速时间减少了0.86 s,超调量下降11.4%,排量比稳定输出时间减少0.57 s,超调量下降15.5%。为进一步研究HMCVT效率特性及动态特性提供依据。

自走式采棉机HMCVT换挡规律研究

根据自走式采棉机作业工况行驶要求,结合液压机械无级变速器传动原理和发动机特性曲线,对发动机输出转速通过PT(一阶低通滤波器)与目标转速的偏差通过比例微分调节器(PI)进行控制,并建立离合器液压动态系统和自走式采棉机液压机械无级变速器动态仿真模型。根据液压机械无级变速器换挡控制策略,通过液压机械无级变速器纯液压段H挡、液压机械段HM1、HM2挡分析发动机输出转速、车辆燃油消耗率、车辆行驶速度以及车辆行驶位移。为进一步研究国产大功率自走式采棉机的应用提供理论依据。

基于双模糊PID算法的HMCVT恒转速输出控制

针对液压机械无级变速器(HMCVT)在受到阶跃负载时输出转速波动量大、调整时间长的问题,提出了基于双模糊PID算法的液压机械无级变速器恒转速输出控制方法。该控制方法根据转速偏差值的大小选择不同的模糊控制器,当转速偏差值较大时,系统采用粗调控制器,快速消除转速波动;当转速偏差值较小时,系统采用精调控制器,实现HMCVT转速控制系统的稳、准调节。双模糊控制器对PID参数进行整定,用整定后的PID参数来调整变量泵斜盘倾角,最终实现转速恒定输出。仿真与试验结果表明:与传统PID和模糊PID相比,双模糊PID控制方法能够更好地解决HMCVT在遇到阶跃负载时输出转速波动量大、调整时间长的问题。

重型卡车液力机械传动特性分析与动力学建模

重型卡车作为工程机械车辆最常用的一个种类,其液力机械无级变速器影响着整车的使用性能和作业效率。准确分析重型卡车液力机械传动特性与动力学特性,能够提高其燃油经济性和传动效率。国内在车辆液力机械传动方面已经开展了大量的研究,但是对重型车辆的相关特性研究较少。该文对重型卡车液力机械传动特性展开分析,并对其进行动力学建模。通过变量泵和定量马达构建重型卡车的液压单元,在这种液压单元下,将液力机械无级变速器分为HM1、HM2、HM3以及HM4四段无级变速段,分别分析每段的传动特性,得出对应段的传动比;动力学建模从空气动力学以及悬架多体动力学两方面入手,计算每种动力学车身和车架受到的作用力,获取重型卡车的动力学模型。测试实验可知:液力机械的无级变速器传动具有提高卡车效率的特性,且构建的动力学模型精度高,具有广泛的适用性。

拖拉机动力换挡变速箱和无级变速箱发展现状与趋势

变速箱是拖拉机核心部件之一,其性能的好坏对拖拉机的动力性、经济性、舒适性及可靠性等关键性能指标有着重要的影响。分析了拖拉机变速箱的发展历史以及不同发展阶段变速箱的类型,详细阐述了动力换挡变速箱和无级变速箱的工作原理、技术特点及国内外应用现状。在此基础上,对拖拉机变速箱的发展趋势进行了展望。

液压机械无级变速箱动态特性研究

分析液压机械无级变速箱的工作原理,研究一种适合水、旱两用大功率拖拉机的液压机械无级变速箱。依据水、旱两用拖拉机复杂的多工况作业要求设计液压机械无级变速箱方案,并基于Matlab软件平台,对该液压机械无级变速箱部分动态特性进行仿真分析。仿真结果表明配备本液压机械无级变速箱的水、旱两用大功率拖拉机能够满足在水田和旱田中边行驶边工作的要求,实现连续无级变速。

液压机械无级变速器换段品质影响因素试验

以提高拖拉机液压机械无级变速器换段品质为主要目的,运用正交试验方法进行了台架试验,并对换段品质各影响因素参数进行了合理匹配;确定了影响液压机械无级变速器换段品质的各影响因素之间的主次关系,并进行了拖拉机犁耕满负荷工况下的试验验证。研究方法及结论对提高液压机械无级变速器的换段品质具有一定的理论指导意义和实用价值。

金属带式无级变速器液压控制系统的仿真

为了研究金属带式无级变速器的液压控制系统 ,建立了整车模型 ,分析了无级变速器速比变化率对汽车动态特性的影响。通过分析液压系统的实现过程 ,建立了液压控制系统的数学模型 ,给出了速比变化率的控制方法。对加速工况的仿真表明 ,所建立的系统模型基本上能够反映液压控制系统的实际工作状况 。

拖拉机液压机械无级变速箱换段过程液压故障诊断

为了提高拖拉机液压机械无级变速箱换段品质的稳定性和换段系统的工作可靠性,提出一种针对其离合器液压系统的故障诊断方法。该文基于南京农业大学自主研发的液压机械无级变速箱,通过试验获得正常及4种典型故障模式下换段过程的60组压力、流量数据。基于Fisher准则与核方法,对处理后的样本进行学习,并基于粗糙集理论与特征向量法,分别对样本的属性集及训练样本集进行精简。通过随机选取训练样本集与测试样本集并进行多次分类取平均的方法对算法的鲁棒性进行了测试。结果表明,针对全部60组试验样本,所使用算法可实现正常及4种故障模式的正确分类,且在随机样本测试中,正常及4种典型故障模式下的算法平均识别率分别为99.67%、100%、99%、98%、99%,具有较高的鲁棒性。该研究对提高液压机械无级变速箱的自动化水平及推动其在国产拖拉机中的应用提供了参考。

液压机械无级变速器机械变速机构的传动误差分析

以东方红某型号拖拉机液压机械无级变速器中的机械变速机构为研究对象,探究其传动误差随时间的变化规律,目的是减少变速器的功率损耗。利用当量啮合误差原理,建立变速器中行星齿轮组、定轴齿轮副和两者共同作用时的传动误差与时间的关系式。比较各挡位的总传动误差和行星齿轮组传动误差,得到瞬时总传动误差最大、最小的挡位以及总传动误差的主导因素。在角频率相同时,行星齿轮组传动误差和定轴齿轮副传动误差存在耦合关系。利用蒙特卡罗法,验证了研究所得规律的正确性。建立总传动误差与功率损耗的关系式,结果表明两者存在正比关系。以减小传动误差为目的,提出了减少变速器功率损耗的措施。

车辆无级变速器液压系统的模糊控制

研究了金属带式汽车无级变速器机液控制无级变速系统的性能缺陷 ,提出了一种使用电液控制的无级变速方案。模拟驾驶员的思维设计了模糊控制策略 ,并对系统进行仿真分析和试验验证。仿真结果表明模糊控制策略是可行和有效的 ,试验证明采用模糊控制策略误差可控制在 2 .5 %以内。

拖拉机液压机械无级变速箱的起步特性研究

[目的]为了提高拖拉机液压机械无级变速箱(HMCVT)的起步性能,本文针对自主研制的新型拖拉机HMCVT进行理论分析与试验研究。[方法]首先,通过分析变速箱起步的边界条件,得到起步时的最大传动比,并根据最大坡度进行校核,从而得到变速箱起步时液压泵排量的控制方案;然后,以试验台架为基础,确定起步过程的评价指标和影响因素;最后,进行液压机械无级变速箱起步性能的影响试验,在试验中,通过单独改变发动机输出转速、负载转矩和泵-马达速比ε的变化速率,从而获得各因素对起步性能的影响规律。[结果]拖拉机无级变速箱起步时通过PLC控制变量泵的排量,使泵-马达的速比ε从0.113逐渐变化到1.000,既避免了马达低速时的死区,又避免了在低效率区工作,同时也满足最大坡度时的起步要求;起步品质的评价指标为起步压力、冲击度、响应时间和速度降;影响起步品质的主要因素依次为负载、液压泵排量、发动机转速。[结论]在不同的负载和驾驶员起步意图下,通过控制变量泵的排量,可以使液压无级变速箱起步时,达到最佳的起步性能及发动机动力性和经济性的目的。