液压机械无级传动全功率动力换段控制方法与流程

本发明涉及液压机械无级传动技术领域，尤其涉及一种液压机械无级传动全功率动力换段控制方法。

技术背景

液压机械无级传动是由机械传动和液压传动复合而成的传动形式，如图1所示，由功率分流机构D、机械传动机构M、液压传动机构H、功率汇流机构C四部分组成。这种传动方式具有机械传动高效率和液压传动无级变速的突出优点，适用于大功率车辆使用。

液压机械无级传动换段过程是两个相邻段交替的过渡过程。在换段中，液压传动机构负载反向，液压路功率流反向，液压元件功能互换，液压回路高低压侧互换，造成定排量液压元件转速突变，引起输出转速波动，造成动力中断。针对液压机械无级传动动力换段控制的技术问题，提出新型液压机械无级传动全功率动力换段控制方法，使液压机械无级传动在动力换段过程中当前离合器分离前过渡到目标段状态，完成高低压互换和功率过渡，实现全功率动力换段。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种液压机械无级传动全功率动力换段控制方法，该方法使液压机械无级传动在两离合器结合重叠时完成从当前段到目标段的平稳过渡，进入到目标段工作状态，且在换段过程中能正常传递功率，实现全功率动力换段。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种液压机械无级传动全功率动力换段控制方法，换段过程分为5个阶段：当前段、前稳定阶段、功率过渡阶段、后稳定阶段和目标段；且前稳定阶段、功率过渡阶段和后稳定阶段3个阶段当中当前段离合器与目标段离合器结合重叠；该方法内容包括如下步骤：

步骤1液压机械无级传动控制器实时监测当前段的关键状态参量；

步骤2以目标段离合器速差为0时为理想换段时机；由于汇流排转速特性的确定性，将定排量液压元件转速和输入转速之比作为理想换段时机的判据，当定排量液压元件转速和输入转速之比达到理想比值时，满足换段条件，执行下面步骤3；

步骤3理想动力换段时机下，目标段离合器无速差无扭矩结合，液压机械无级传动由当前段进入前稳定阶段，此时当前段离合器与目标段离合器开始结合重叠；

步骤4控制器根据当前段的关键状态参量预测目标段的工作状态，确定目标段闭式液压回路高、低压侧压力以及变排量液压元件的排量目标值，进而规划排量调节过程；具体调节过程为：依据步骤1中获取的当前段的关键状态参量，以换段前后传递功率无变化为目标，根据传动装置转矩特性、功率特性和功率流特性计算目标段闭式液压回路高、低压侧压力，并合理预测目标段变排量液压元件的排量ε_o；换段前后，当变排量液压元件由泵工作状态转变为马达工作状态时，目标段变排量液压元件排量预测值小于当前段变排量液压元件排量时，减小变排量液压元件排量；当变排量液压元件由马达工作状态转变为泵工作状态时，目标段变排量液压元件排量预测值大于当前段变排量液压元件排量时，增大变排量液压元件排量；根据目标段工作状态预测值规划功率过渡阶段变排量液压元件排量调节过程，将功率过渡阶段分为原高压侧释压过程与原低压测建压过程，并根据释压过程和建压过程制定合理的变排量液压元件排量调节方法；

所述的变排量液压元件排量调节方法，其内容包括如下步骤：

换段时，若变排量液压元件由泵工作状态变为马达工作状态，具体调节方法为：

①释压过程调节，在功率过渡阶段调节变排量液压元件排量至ε_o-Δ_r，ε_o是目标段变排量液压元件排量预测值，Δ_r是释压过程排量调节差值，观测闭式液压回路原高压测压力，当压力下降至目标段低压侧压力预测值即完成释压过程；

②建压过程调节，释压过程结束后调节变排量液压元件排量至ε_o-Δ_b，Δ_b是建压过程排量调节中间差值，使闭式液压回路原低压侧平稳建压，观测闭式液压回路原低压侧压力，当压力上升至目标段高压侧压力预测值的90％时，再次调节变排量液压元件排量至ε_o，当压力上升至目标段压力预测值后，功率过渡阶段完成，液压机械无级传动进入后稳定阶段；

换段时，若变排量液压元件由马达工作状态变为泵工作状态，具体调节方法为：

①释压过程调节，在功率过渡阶段调节变排量液压元件排量至ε_o+Δ_r，观测闭式液压回路原高压测压力，当压力下降至目标段低压侧压力预测值即完成释压过程；

②建压过程调节，释压过程结束后调节变排量液压元件排量至ε_o+Δ_b，使闭式液压回路原低压侧平稳建压，观测闭式液压回路原低压侧压力，当压力上升至目标段高压侧压力预测值的90％时，再次调节变排量液压元件排量至ε_o，当压力上升至目标段压力预测值后，功率过渡阶段完成，液压机械无级传动进入后稳定阶段；

步骤5在功率过渡阶段，根据步骤4所规划的排量调节过程调节变排量液压元件的排量主动控制闭式液压回路高、低压侧释压和建压过程，实现功率过渡，保证换段过程全功率动力输出；

步骤6原低压侧压力上升至目标段工作压力后液压机械无级传动进入后稳定阶段；

步骤7在后稳定阶段当前段离合器分离，结束当前段离合器和目标段离合器的结合重叠过程，液压机械无级传动进入目标段，换段过程完成。

本发明提供的一种液压机械无级传动全功率动力换段控制方法，将定排量液压元件转速和输入转速之比作为理想换段时机的判据，在理想换段时机下控制目标段离合器结合，使两离合器结合重叠，进入前稳定阶段；在功率过渡阶段调节变排量液压元件排量，主动控制闭式液压回路高、低压侧释压和建压过程，实现功率转移；最后分离当前段离合器。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种液压机械无级传动全功率动力换段控制方法，与现有技术相比具有这样的有益效果：

与常规换段控制方法相比，本发明能够使液压机械无级传动在两离合器结合重叠时完成功率过渡，实现了全功率动力换段，消除换段过程中的转速波动和动力中断，提高换段品质，并可减少离合器滑磨。

附图说明

图1是液压机械无级传动原理图；

图2是某等差两段式液压机械无级传动简图；

图3是本发明方法换段过程中变排量液压元件排量调节规划示意图；

图4是本发明方法的一种具体实施方式的控制流程图。

其中：1：传动装置输入轴，2：分流机构固定轴齿轮，3：变排量液压元件输入轴，4：变排量液压元件，5：定排量液压元件输出轴，6：定排量液压元件，7：固定轴齿轮，8：传动装置输出轴，9：离合器C_H，10：K₂行星排齿圈，11：K₂行星排行星架，12：离合器C_L，13：K₃行星排太阳轮。

具体实施方法

本发明的核心为提供一种液压机械无级传动全功率动力换段控制方法，该方法使得液压机械在两离合器结合重叠中完成从当前段向目标段的平稳过渡，实现功率转移，且在换段过程中能正常传递功率，实现全功率动力换段。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

在本实施例中将对图2所示的某等差两段式液压机械无级传动装置实施全功率动力换段控制。该传动装置可分为液压段和液压机械段两种工况，其中液压机械段又根据变排量液压元件4排量的正负分为液压机械前半段(ε＞0)和液压机械后半段(ε＜0)。液压机械无级传动工作在液压段时，离合器C_H9结合，变排量液压元件4驱动定排量液压元件5，即变排量液压元件4工作在泵工作状态；液压机械无级传动工作在液压机械段时，离合器C_L12结合，在液压机械前半段定排量液压元件5驱动变排量液压元件4，即变排量液压元件4工作在马达工作状态。

参考图4，图4为本发明方法具体实施方式的控制流程图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的液压机械无级传动全功率动力换段控制方法包括如下步骤：

步骤S1：液压机械无级传动控制器实时监测当前段的关键状态参量；

步骤S2：以目标段离合器速差为0时为理想换段时机，以定排量液压元件转速和输入转速之比为换段时机的判据，当定排量液压元件转速和输入转速之比达到理想比值时，满足换段条件，执行步骤S3；

步骤S3：理想动力换段时机下，目标段离合器无速差无扭矩结合，液压机械无级传动由当前段进入前稳定阶段；

步骤S4：控制器根据当前段的关键状态参量预测目标段的工作状态，确定目标段闭式液压回路高、低压侧压力以及变排量液压元件排量的目标值ε_o，进而规划变排量液压元件排量的调节过程；根据释压过程和建压过程制定变排量液压元件排量调节方法；

所述变排量液压元件排量调节方法的具体内容为：

①释压过程调节，在功率过渡阶段调节变排量液压元件排量至ε_o±Δ_r(换段时，当变排量液压元件由泵工作状态变为马达工作状态时取ε_o-Δ_r；当变排量液压元件由马达工作状态变为泵工作状态时取ε_o+Δ_r)，观测闭式液压回路原高压测压力，当压力下降至目标段低压侧压力预测值即完成释压过程；

②建压过程调节，释压过程结束后调节变排量液压元件排量至ε_o±Δ_b(换段时，当变排量液压元件由泵工作状态变为马达工作状态时取ε_o-Δ_b；当变排量液压元件由马达工作状态变为泵工作状态时取ε_o+Δ_b)，使闭式液压回路原低压侧平稳建压，观测闭式液压回路原低压侧压力，当压力上升至目标段高压侧压力预测值的90％时，再次调节变排量液压元件排量至ε_o，当压力上升至目标段压力预测值后，换段过程完成功率过渡阶段；

步骤S5：在功率过渡阶段，通过调节变排量液压元件的排量主动控制闭式液压回路高、低压侧释压和建压过程；

步骤S6：原低压侧压力上升至目标段工作压力后液压机械无级传动进入后稳定阶段；

步骤S7：当前段离合器分离，液压机械无级传动进入目标段，换段过程完成。

图2所示是某等差两段式液压机械无级传动简图；采用本发明方法，某等差两段式液压机械无级传动装置由液压段向液压机械段换段时的控制方法：

步骤S1控制器获取当前状态参量观测值；

步骤S2判断换段时机；以液压机械段离合器C_L12速差为0时作为理想换段时机，根据两离合器结合重叠时汇流排转速特性计算离合器速差C_L12为0时的定排量液压元件5转速与传动装置输入转速之比；并以此作为理想换段时机的判据，实时监测定排量液压元件5转速与输入转速的比值，当控制器监测的定排量液压元件5转速和输入转速之比当前值达到理想比值时满足换段条件，进入换段过程，此时变排量液压元件4排量记为ε_H-HM；

步骤S3在理想换段时机下，目标段离合器无速差无扭矩结合，液压机械无级传动由当前段进入前稳定阶段；

步骤S4控制器根据当前段的关键参量，预测液压机械段闭式液压回路系统压力，并确定液压机械段变排量液压元件4排量的目标值ε_HM；将功率过渡阶段分为原高压侧释压过程与原低压侧建压过程；实现闭式液压回路原高压侧迅速释压，原低压侧平稳建压，并根据释压过程和建压过程制定合理的变排量液压元件4的排量调节方法；参考图3，图3中实线表示液压段向液压机械段换段过程中变排量液压元件4排量调节过程规划示意图，具体为：①释压过程调节，在功率过渡阶段调节变排量液压元件4排量至ε_HM-Δ_r，观测闭式液压回路原高压测压力，当压力下降至目标段低压侧压力预测值即完成释压过程；②建压过程调节，释压过程结束后调节变排量液压元件4排量至ε_HM-Δ_b，使闭式液压回路原低压侧迅速建压，观测闭式液压回路原低压侧压力，当压力上升至目标段高压侧压力预测值的90％时，再次调节变排量液压元件4排量至ε_HM：当压力上升至目标段工作压力预测值后，换段过程完成功率过渡阶段；

步骤S5在功率过渡阶段依据步骤S4规划的功率过渡阶段变排量液压元件4排量调节过程，主动控制闭式液压回路高、低压侧释压和建压过程，实现功率过渡，保证换段过程全功率动力输出；

步骤S6原低压侧压力上升至目标段工作压力后液压机械无级传动进入后稳定阶段；

步骤S7分离液压段离合器C_H9，液压机械无级传动进入液压机械段，换段过程完成，完成功率从离合器C_H9向离合器C_L12的转移，实现全功率动力换段。

采用本发明方法，某等差两段式液压机械无级传动装置由液压机械段向液压段换段时的控制方法：

步骤S1控制器获取当前状态参量观测值；

步骤S2判断换段时机；以液压机械段离合器C_H9速差为0时作为理想换段时机，根据两离合器结合重叠时汇流排转速特性计算离合器C_H9速差为0时的定排量液压元件5转速与传动装置输入转速之比；并以此作为理想换段时机的判据，实时监测定排量液压元件5转速与输入转速的比值，当控制器监测的定排量液压元件5转速和输入转速之比当前值达到理想比值时满足换段条件，进入换段过程，此时变排量液压元件4排量记为ε_HM-H；

步骤S3在理想换段时机下，目标段离合器无速差无扭矩结合，液压机械无级传动由当前段进入前稳定阶段；

步骤S4控制器根据当前段的关键参量，预测液压段闭式液压回路系统压力，并确定液压段变排量液压元件4排量的目标值ε_H，将功率过渡阶段分为原高压侧释压过程与原低压侧建压过程；实现闭式液压回路原高压侧迅速释压，原低压侧平稳建压，并根据释压过程和建压过程制定合理的变排量液压元件4排量调节方法，参考图3，图3中虚线表示液压机械段向液压段换段过程中变排量液压元件4排量调节过程规划示意图，具体为：①释压过程调节，在功率过渡阶段调节变排量液压元件4排量至ε+Δ_r，观测闭式液压回路原高压测压力，当压力下降至目标段低压侧压力预测值即完成释压过程；②建压过程调节，释压过程结束后调节变排量液压元件4排量至ε+Δ_b，使闭式液压回路原低压侧迅速建压，观测闭式液压回路原低压侧压力，当压力上升至目标段高压侧压力预测值的90％时，再次调节变排量液压元件4排量至ε，当压力上升至目标段压力预测值后，换段过程完成功率过渡阶段；

步骤S5在功率过渡阶段依据步骤S4规划的功率过渡阶段变排量液压元件4排量调节过程，主动控制闭式液压回路高、低压侧释压和建压过程，实现功率过渡，保证换段过程全功率动力输出；

步骤S6原低压侧压力上升至目标段工作压力后液压机械无级传动进入后稳定阶段；

步骤S7分离液压段离合器C_L12，液压机械无极传动进入液压段，换段过程完成，完成功率从离合器C_L12向离合器C_H9的转移，实现全功率动力换段。

采用本发明方法，能够实现离合器结合、分离时无速差、无扭矩，两离合器结合重叠过程中主动调节变排量液压元件排量，控制功率过渡过程，实现闭式液压回路的高低压互换，完成释压、建压过程，传动装置所传递功率由当前段离合器过渡到目标段离合器，实现全功率动力换段。消除换段过程中的转速波动、动力中断，提高换段品质，并可减少离合器滑磨。

本实施例中所采用的某等差式两段液压机械无级传动，换段过程闭式液压系统中变排量液压元件4、定排量液压元件5功能互换，系统高低压侧换边，由于容积效率的影响，由液压段向液压机械段换段时应该减小排量，由液压机械段向液压段换段时应该增大排量。

以上对本发明所提供的一种液压机械无级传动全功率动力换段控制方法进行了详细介绍。本发明不仅适用于图例中的液压机械，同样适用于其他结构形式的液压机械双功率流复合无级传动。在说明中用了具体个例对本发明的原理及实施方法进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，凡在本发明的精神和原则下，对本发明进行的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。