液力传动变速箱自动换档控制策略研究

４ 控制软件 的设计
４ １ 换档 规律参数与控制程序 ．
控制程序保存着换档规律、 故障诊断、 系统保护等
信息． 换档规律由两个参数（ 油门开度 ａ 车速 ） 、 确定． 控制 程序根据 传感 器的输 入信号 （ 门开度 ａ 油 、
车速 ） 从相应地 址的存储单 元中读 出 已编入 的换 ，
变 速箱 的档 位数 ， 力变矩 器 的传动效 率降低 到 当液
非高效 区后 ， 只需降低变速箱 的档位 ， 在满足足够的
牵 引力情 况下 ， 可使变 矩器重新 回到高效 区工作 ． 但 对 于如 装载机、 铲运 机等工程机械 由于工况恶劣 ， 只
能依靠变速 箱换 档来适 应载荷 的变 化 ， 繁换档 便 频 不 可避 免 ， 从而使操 作者的劳动强度大为提高［． ２ ］ 本 文对 Ｚ Ｓ Ｌ ０型装 载机 用 Ｙ Ｘ１０ Ｚ ６ Ｄ液 力传 动 变速箱 进行 了 自动换档规 律 的设计 ， 设计 出 了基 于 变矩器效 率的液力传动变速箱 自动换档模 式．
ＴＥＳ ＡＮＤ Ｔ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ｏＦ ＡＵＴｏＭ ＡＴＩ Ｈ Ｉ Ｃ Ｓ ＦＴ— Ｃｏ ＮＴＲｏＬ Ｎ Ｉ
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２ ２
北京 工商 大学 学报 （ 自然 科学 版 ）
２０ 年 ３ ０５ 月
单元开 始执行 初始 化程 序 ， 随后读 入涡轮 转速 信号 Ｎｗ及变速 箱的输 出信号 Ｎｃ并 由此转速计 算 出此 ， 时的车速 Ｖ＝ｍ＊ （ 为常数） Ｎｃｍ ．
作状态 ， 根据 负载情况来 确定当前的档位 ， 然后 以保
证变矩 器工 作在高效 区 ， 从而提 高液 力传 动变速 箱
的工作效率 ， 实现档位 的 自动变换． 减轻 驾驶 员的劳
动强度 ， 提高作业效率 ．
参 考文 献 ：
由 Ｋ＝Ｎｗ／ 用 Ｋ 与变 速箱速 比比较可确定 Ｎｃ 当前变速箱 所处的档位 ， 将此档位用显示器 显示． 读 油 门开 度 信号 ， 由此 信号 与输 出转速 信号可 查 出在此 档位 和该 油 门开度 情况 下 的降档 车速 。 和 升档 车速 ． 判断此 时的实际车速 与 。 的关 系． 、 若 Ｖ＜Ｖ ， 则调 用降档子程序并返 回 ； 若 ≥ ， 则调用 升档子程序并返 回； 若 Ｖ ≤ ＜ ， 。 则保持 当前档位并返 回．
３ 控制策略
３ １ Ｚ ５ 型装载机 工况模型 ． Ｌ ０ 轮式 装载机工 况 复杂 ， 主要 用于完 成货物 的装 卸、 输等工程作 业．其工况 可分 为 ａ 行走运 输工 运 ． 况： 主要 是前 进 方 向的 载货 或 空载 行驶 ； ． 环作 ｂ循 业工 况 ： 装载 作业 是轮式 装载机 的主要用途 ． 作业方 式 可分为 Ｖ形 、 形 、 Ｉ Ｌ形等．一般 都要 求快速 接近 物料、 低速插入 物 料 ， 速离 开物料 、 低 快速 达到 卸料 点等多个步骤［． ４ ］
这 主要 依赖于液力变矩器 的性 能．液 力变 矩器 可以
在失速 、 耦合 、 止 以及 其 间的各种工 况下工 作 ， 锁 为
变 速箱 与发动机 的合理 匹配提供 了条 件．液力 自动
变速箱 可以使发动机总是在最 佳工况 下运 转 ， 然而 ，
当遇 到输 出较大功率 时 ， 会使传动效率大为下 降． 有 资料表 明诸 如装 载机 、 履带 推土机 等工 程车辆各工 况液 力机械 传 动系 统的平 均 传动 效 率 只有 ５ ～ ０ ７ ． ０ 尤其是装载 机在插入作业时 ， 力变 矩器的传 液
［ ］ 赵 丁选． １ 工程车辆液力机械 传动 系统 的动 力性 分析
［］ 中国机械 工 程 ，０ １８ ：４ — ５． Ｊ． ２ ０ （）９８ ９ ０ ［ ］ 葛安 林 ． 辆 自动变 速 理 论 与 设计 ［ ． 京 ： 械 工 ２ 车 Ｍ］ 北 机
业 出版 社 ， ９ ３ ３ —３ ． １ ９． １ ８
较宽 的多档重叠 区 ， 避免过多 的换档 ， 且发动机可 以
在较低转速 下工 作 ， 燃油经济性好．
通过换 档延迟可 以减 少换档循 环．装载机一般
在低速 的工况下工 作 ， 档较频繁 ， 换 为保证 车辆平稳 工作 ， 应具有较大 的换 档延迟．而在高速工作 时 ， 一
图 ３ 换 档程 序框 图
图 １ ＹＺ ６Ｄ 型变 速箱 效 率与 车速 的关 系 Ｘ１ ０
实施换档控制．
图中不 同油 门开度下相邻两档液力变矩器效 率 曲线的交点就是理论 上的换档点．在牵 引计算 的基 础 上 ， 出不同油 门开度下各档交 点的车速值 ， 求 以此
主程序框 图如 图 ３ 所示． 系统 启动后 ， ０ ０Ｈ 从 ００
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第 ２卷 第 ２ ３ 期
２ ０ ２ ０ 年 ３月 ０５
北京工商大学学报 （ 自然科学版）
Ｊｕｎｌ ｆ ｅｉｇＴ ｃｎｌｇ ｎ ｕ ｉ ｓ ｉ ｒｔ （ ａｕａ Ｓｉ ｃ ｄ ｉ ） ｏ ｒａ ｏ ｉ ｅｈ ｏ ｙａｄＢ ｓ ｅｓ ｖ ｓｙ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅ ｉｏ Ｂｊ ｎ ｏ ｎ Ｕｎ ｅ ｉ ｅ Ｅ ｔｎ
４ ２ 程序框 图 ．
在车 辆行驶 过程 中 ， 电控 系统对变 速 系统进行 实时控制．系统软 件始终处于周而复始 的循 环运行 过 程 中， 时刻检 测各种传感器 ， 不断 了解驾驶 员的驾 驶意图， 并根据 程序 中设计 的换 档规律 及控 制算法 完成数值 和逻辑运 算 ， 按设 计 的控制策 略对 变速 箱
动效率 一般小于 ２ Ｌ． ５ １ Ｊ 为 了克服上 述缺 点 ， 有效办法 是增 加动力换 档
２ 电控系统硬件组成
系统 采用 Ｉｔ 公 司的 ８ Ｃ ９ Ｋ ｎｅ ｌ ０ １ ６ Ｂ芯 片作 为核
心， 安装传感 器采 集车辆运 行状 态参数 作为输 入信 号， 经过 程序 处理后输 出正确 的换档信号 ， 实现车辆 的 自动变速 ．系统 由电子控制器 （ Ｃ 、 位选择 Ｅ Ｕ） 档 器、 传感器 、 显示器 、 换档 电磁 阀等组成 ． 引
１ Ｙ Ｘ１０ Ｚ ６Ｄ变速箱基本结构
Ｙ Ｘ ６Ｄ液 力传 动变速 箱 由液力变 矩器 和 定 Ｚ １０
收稿 日期 ： ０ ４ ２ ８ ２ ０ —１ —０ 基 金项 目： 南省企 业重 点技术 创新 资助项 目（ 湖 湘经贸 科 Ｚ Ｏ￣ １Ｊ Ｏ Ｏ５ ２）
作 者简 介 ： 吴
伶 （９３ ） 男 ， 南湘潭 人 ， 级工 程师 ， １６ － ， 湖 高 硕士 研究 生．研 究方 向 ： 理论应 用 、 控制 汽车 电子控 制 、 动力 传动 一体化 车辆
液 力传动变速箱 以其传动平稳性和对变 化负载
的 自适应性 在 汽车和工 程机械 上得 到广泛 的应用 ，
轴式变 速箱两部分组成 ， 变矩器为单级两相式 ， 变速 箱具有 ４ 个前进档 ， 个倒档．动力换档是通过 电磁 ３ 阀控制换 档操纵 阀 、 由换 档操 纵 阀控制 换档 离合 再 器或制动器来实现换档 ． 该变速箱具有档 位多 ， 结构 紧凑 ， 操纵方便 等优点．
ｌ ９ １ ）： ｌ ９ ９（ ２ ｌ ２一ｌ ７ ｌ．
Ｅ ］ 丁华荣． ｓ 车辆 自动换档 ［ ． Ｍ］ 北京： 北京理 工大学出版
社 ，９ ２ ９ —９ ． １９． ５ ８
器和指示灯上观察逻 辑的关 系表 明试验得 出的结果
完全符 合预先设 计 ， 而验证 了 电控 系统 的逻辑 正 从 确．本文提 出的基 于变矩器效率 的液力 传动变速箱 自动换 档模式 ， 能够 根据 各种 工况判 断变矩 器 的工
参数 （ 门开度 ａ 车速 ） 油 、 设计 方法 ， 即根据 油 门开 度 ａ 车速 的变化决定换入 档位和换 档时机［． 、 ５ ］ ３ ３ 以变矩器效率 为依据 的换档 模式［ ］ ． ６ 在液力 传动变速 箱 中齿轮箱有 着很 高的传动效
高换档 的灵敏度 ， 同时在大 油门时降档的延迟小 ， 动 力性好． 因此 ， 装载机选择 收敛型的换档规律．
控 制．
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第２卷第 ２ ３ 期
吴பைடு நூலகம்
伶 等 ： 力传 动变 速箱 自动换 档控 制策 略研 究 液
３ ２ 换档规律 ．
般情况下 车速较稳 定 ， 相应地换 档延迟可 以减小 ， 提
换 档规律是指两 排档 间 自动换档 时刻 随换 档控 制参数变化 的规律．换 档规律的好坏直接影 响车辆 动力性和经济性 的优 劣．换档规律设计通常 采用双
档数据 ， 即在某档 位和某 油 门开度 时的降档 车速 和 升档车速来判断．若 当前输入信号参数在 升档换 档 线右侧 时发 出升档指 令 ； 当输 入信号 参数在 降档换 档线左侧 时发 出降档 指令 ； 当输 入 信号参数 在 升档 换档线和 降档换档 线之间时则保持 当前档位 不变 ．
－ １］ 翟 ３
涌． Ｌ ０ Ｚ ５ 装载机 自动变速操纵系统控制策略的研
究 ［］ 北京理 工 大学 学报 ，０ ４２ ：１ — １． Ｊ． ２０ （） １３ １６
［］ 田力威． ４ 轮式装载机模糊换档策略［］ 中国公路学报 ， Ｊ．
５ 结束语
通过模拟 实际工况 ， 进行换档控制试验 ， 从显示
率 （ 常 都 在 ９ 以上 ） 而 液 力变 矩 器 的效 率 在 通 ５ ，
Ｏ ５ 之间． ～８ 因此 用 自动换档策略来解 决液 力变 矩 器 的效率 问题 在装载机 中显得格外重要 ． 设计 时 由试验 作 出发动机在不 同的油门开度情 况下 ， 力传动变 速箱 在各个 档位 的不 同载荷 时共 液 同工作 的液 力传动变 速箱 的效率 曲线簇 ． 由于齿轮 箱 的效 率很 高 ， 可将 其视 为液力 变矩器 的效率 曲 故 线簇．如 图 １ 示． 所
车速值 为横坐标 ， 门开度为纵坐 标 ， 油 即可得到 以变 矩器 效率为换档依据 的换 档规律 ．如 图 ２ 所示．
束
Ｃ 瘿
图 ２ 基 于 变矩 器效 率 的换 档规律
当油 门全 开时 ， 降档速差 最小 ， 有利于得到优 良 的动力性 能．在小油 门开度时 ， 降档速 差最大 ， 得到
液 力传动 变速 箱 自动换 档策略模 式 ， 它能 够根据各种 工况 判断变矩器 的工作状 态， 然后根据 负载情
况 自动切换 到恰 当的档位 ， 以保证 变矩器 工作在 高效 区 ， 而提 高液 力传动 变速 箱的工作效率 ； 从 实 现 档位的 自动 变换 ， 减轻 驾驶 员的劳动 强度 ， 高作业效率． 提 关键 词 ： Ｌ ０装载机 ；自动 变速 箱；变矩器 效率 ＺＳ 中图分类号 ： ６ ． １ Ｕ４ ３ １ 文献标 识码 ： Ａ
Ｖ ｌ２ ｏ ２ ｏ・ ３ ・ Ｎ
Ｍａ・２ ０ ｒ ０５
文章编号 ：６ １１ １ （０ ５０—０００ １７ ５３ ２０ ）２０ ２—３
液力传动变速 箱 自动换档 控制 策略研 究
吴 伶 易雪梅。 刘玉德。
（．北京理工大 学 机械 与车辆工程 学院 ， １ 北京 １０ ８ ； ．中南传动机械厂技 工学校 ， ００ １ ２ 长沙 ３ ．北京工商大学 机械 自 动化 学院 ， 北京 １ ０ ３ ） ０ ０ ７ 摘 要： 针对工程机械 的液 力变矩器使 用效 率较低 的问题 ， 出 了Ｚ Ｓ 装载机 基于变矩器 效率的 提 Ｌ０ ４００ ； １２ ０
［ ］ 朱 经 昌． 力 变矩 器 的设 计 与 计 算 ｆ ］ 京 ： 防 工 ６ 液 Ｍ ． 北 国
业 出版社 ，９ １ １ ５ ３ ． １ ９ ． ３ —１ ９
［］ 朱 经 昌． 辆 液 力 传 动 ｆ ］北 京 ： 防工 业 出 版 社 ， ７ 车 Ｍ ． 国
】８． ２ ９ ２ 】 ４— １ ４ ４．