裝載機(jī)液力變矩器閉鎖控制

李秀蘭， 楊宏韜

0 引 言

裝載機(jī)是廣泛應(yīng)用于公路、建筑、礦山等建設(shè)工程的土石方施工機(jī)械。目前，裝載機(jī)所使用的液力變矩器具有無極連續(xù)改變轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的能力，對外負(fù)載有良好的自動(dòng)調(diào)節(jié)和適應(yīng)性。延長了動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命，同時(shí)也提高了車輛的行駛性能和乘坐的舒適性。但是液力傳動(dòng)的效率較低，造成了能源的浪費(fèi)。為了解決這一問題，國外的一些工程機(jī)械公司一方面主要是考慮降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放量、提高液壓系統(tǒng)效率；另一方面則是從減振、降噪等方面入手潛心研究［1］。我們考慮可以限制液力變矩器的使用范圍，在必要時(shí)如起步、換擋等才使用，不需要時(shí)則采用液力變矩器閉鎖控制的方法，將液力傳動(dòng)變?yōu)橹苯拥臋C(jī)械傳動(dòng)。這樣不但能夠提高傳動(dòng)系的效率，而且也可以提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。

1 閉鎖離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理

閉鎖離合器是通過離合器摩擦傳動(dòng)直接把泵輪和渦輪連接，不通過液力傳動(dòng)變?yōu)橹苯訖C(jī)械傳動(dòng)。液力變矩器閉鎖控制實(shí)質(zhì)是將發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率實(shí)行分流傳動(dòng)。即一部分功率由液力變矩器傳遞，另一部分功率由閉鎖離合器傳遞，最后又在渦輪軸上匯合，輸出到變速器。

閉鎖離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示。

圖1 閉鎖離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理

閉鎖離合器主動(dòng)盤為變矩器殼體，從動(dòng)盤是一個(gè)可軸向移動(dòng)的壓盤，通過花鍵與渦輪連接?？刂崎y控制液流的方向，當(dāng)壓力油從泵輪入口進(jìn)入變矩器，釋放腔回油，在結(jié)合腔油壓作用下，壓盤壓向變矩器殼體，閉鎖離合器結(jié)合，見圖1（a）。此時(shí)，傳動(dòng)系變?yōu)闄C(jī)械傳動(dòng)，傳動(dòng)效率較高，裝載機(jī)主要工作在高擋位、高速運(yùn)輸工況。當(dāng)壓力油從釋放腔進(jìn)入，將壓盤與變矩器殼體分離，油液流動(dòng)方向相反，閉鎖離合器分離，見圖1（b）。此時(shí)為液力傳動(dòng)，車輛起步、換擋平穩(wěn)，舒適度較好，裝載機(jī)主要工作在低擋位的推土和鏟土工況［2－4］。

2 閉鎖離合器的控制

2.1 閉鎖控制方案

閉鎖控制方案有多種，主要包括單參數(shù)控制、雙參數(shù)控制及多參數(shù)控制等。單參數(shù)控制使用渦輪轉(zhuǎn)速nT為控制參數(shù)，控制簡單易于實(shí)現(xiàn)，但是只有在少數(shù)油門情況下合理閉鎖，有好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性，其它大多數(shù)油門下則不滿足。雙參數(shù)控制使用渦輪轉(zhuǎn)速nT以及擋位信號為控制參數(shù)，在低擋時(shí)使用較高的渦輪轉(zhuǎn)速，在高擋時(shí)使用較低的渦輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉鎖控制，這樣可以相對擴(kuò)大工作范圍，提高效率。多參數(shù)控制一般以油門開度、渦輪轉(zhuǎn)速和加速度等參數(shù)進(jìn)行控制，影響因素較多，控制復(fù)雜［5］。考慮裝載機(jī)實(shí)際工作情況，我們采用雙參數(shù)控制，即以渦輪轉(zhuǎn)速nT和擋位信號為控制參數(shù)。當(dāng)裝載機(jī)工作在最低擋位一擋或發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫較低、油門關(guān)閉、車速較低、制動(dòng)、換擋等情況下閉鎖離合器應(yīng)處于解鎖狀態(tài)，當(dāng)裝載機(jī)工作在二擋時(shí)，則根據(jù)渦輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉鎖和解鎖控制，即渦輪轉(zhuǎn)速nT≤nT0，變矩器解鎖，nT＞nT0，變矩器閉鎖。其中，nT0為閉鎖點(diǎn)。在閉鎖過程中，為了避免換擋循環(huán)，需要延遲一段時(shí)間再動(dòng)作。

2.2 閉鎖點(diǎn)的選取

閉鎖點(diǎn)選擇的好壞，直接關(guān)系到液力工況與機(jī)械工況的使用范圍，影響到傳動(dòng)系統(tǒng)的效率和車輛的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性等，因此，閉鎖點(diǎn)的選取至關(guān)重要。文中基于變矩器閉鎖前后輸出轉(zhuǎn)矩變化不大以及發(fā)動(dòng)機(jī)釋放的慣性能量相對較小兩方面因素，選取閉鎖點(diǎn)［6－7］。

1）閉鎖前（液力工況）變矩器輸出轉(zhuǎn)矩MT為:

閉鎖前液力工況變矩器輸出轉(zhuǎn)矩函數(shù)為:

2）閉鎖后（機(jī)械工況）渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩等于泵輪軸的轉(zhuǎn)矩:

確定目標(biāo)函數(shù)為:

3）閉鎖前（液力工況）發(fā)動(dòng)機(jī)存儲(chǔ)的慣性能量:

4）閉鎖后（機(jī)械工況）發(fā)動(dòng)機(jī)存儲(chǔ)的慣性能量:

確定目標(biāo)函數(shù)為:

f1理想值應(yīng)為1，即閉鎖前后輸出轉(zhuǎn)矩相等。f2理想值也應(yīng)為1，即閉鎖前后釋放的慣性能量值最小。所以最終目標(biāo)

為最小值，此時(shí)的渦輪轉(zhuǎn)速nT0即為閉鎖點(diǎn)。

3 閉鎖離合器的電子控制

電子控制單元框圖如圖2所示。

圖2 電子控制單元框圖

傳感器把檢測到的信號（車速信號、油門信號、擋位信號、渦輪轉(zhuǎn)速等信號）處理后，傳輸給電子控制單元ECU，電子控制單元按其存儲(chǔ)的算法來決定閉鎖離合器是否閉鎖。從而輸出相應(yīng)的PWM信號到電磁閥，控制了閉鎖離合器的工作狀態(tài)［8－11］。顯示電路用來顯示擋位信息及工作模式。

以某型號裝載機(jī)為例進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，在其它參數(shù)都滿足閉鎖要求的前提下，擋位處于二擋，控制參數(shù)曲線為渦輪轉(zhuǎn)速曲線，輸出曲線為電磁閥工作電壓曲線。實(shí)際控制結(jié)果如圖3所示。

圖3 閉鎖控制曲線圖

當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速低于指定參數(shù)值時(shí)，電子控制單元發(fā)出低電平信號，當(dāng)車速增加到一定值時(shí)，電子控制單元檢測到符合閉鎖條件的參數(shù)信號，但并沒有馬上控制閉鎖離合器閉鎖，而是延時(shí)2s控制，防止誤動(dòng)作發(fā)生。延遲時(shí)間過后電子控制單元發(fā)出高電平信號，控制閉鎖離合器處于閉鎖狀態(tài)?？刂破飨冗M(jìn)行解鎖控制，當(dāng)轉(zhuǎn)速信號升高到閉鎖要求時(shí)再進(jìn)行閉鎖控制的輸出控制，如圖4所示。

圖4 閉鎖控制過程圖

4 結(jié) 語

裝載機(jī)液力變矩器閉鎖控制考慮了裝載機(jī)的實(shí)際工況及其發(fā)展現(xiàn)狀，在保證液力變矩器液力工況下工作優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，通過電子控制單元對液力變矩器閉鎖離合器進(jìn)行閉鎖、解鎖控制，對提高裝載機(jī)傳動(dòng)效率，降低燃油消耗，節(jié)約能源具有積極的意義。

［1］ 馬文星.液力傳動(dòng)理論與設(shè)計(jì)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］ 黃宗益，趙世琴，李慶.變矩器閉鎖離合器控制［J］.設(shè)計(jì)與研究，2000（7）:13-15.

［3］ 劉存波，張為春，戴成.推土機(jī)液力變矩器閉鎖控制器的研究［J］.工程機(jī)械，2009（5）67-68.

［4］ 陳清洪，秦大同，葉心.閉鎖離合器滑摩壓力優(yōu)化控制與仿真［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2010，22（3）:699-703.

［5］ 劉振軍，劉飛，董小紅，等.雙離合器自動(dòng)變速器傳動(dòng)方案分析［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2011（2）:270-275.

［6］ 蓋濤.推土機(jī)液力變矩器閉鎖點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械與電子，2009（3）:484.

［7］ 李宣秋，侯文軍，張立銀，等.工程機(jī)械閉鎖式液力變矩器閉鎖點(diǎn)的計(jì)算與選?。跩］.建筑機(jī)械，2012（15）:85-87.

［8］ 舒華.汽車電子控制技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2002:227.

［9］ 孫文濤，陳慧巖.電控自動(dòng)變速器換擋過程控制策略［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008，39（12）:23-26.

［10］ 宋曉鑫.工程車輛傳動(dòng)系統(tǒng)建模與仿真［J］.長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2008，29（6）:680-683.

［11］ 陳禮光，劉世明，鄭亞飛，等.液力變矩器閉鎖過程仿真與實(shí)驗(yàn)［J］.液壓與氣動(dòng)，2012（4）:27-29.