一种液力传动系统的自动变速方法.pdf

本发明提供一种液力传动系统的自动变速方法，主要解决液力传动系统效率随载荷变化的问题。采用有级调节与无级调节相结合的方式，有级调节起粗调的作用，无级调节起细调的作用。粗调采用机械变速器，细调采用磁粉离合器或其它功能类似的装置。通过一定的算法，可使液力变矩器工作于高效点，从而达到提高效率、节约能源的目的。

1、  液力传动系统自动变速的一种方法，主要解决液力传动系统效率随载荷变化的问题，其特征在于：采用有级调节与无级调节相结合的方式，有级调节起粗调的作用，无级调节起细调的作用；粗调采用机械变速器，细调采用磁粉离合器或其它功能类似的装置；磁粉离合器与液力变矩器并联，实现分流传动，可使液力变矩器工作于高效点，从而达到提高效率、节约能源的目的。

2、  根据权利要求1所述的液力传动系统自动变速方法，其特征在于：本方法综合考虑内燃机的输出力矩、液力变矩器的效率和变速器的挡位。

3、  根据权利要求1所述的液力传动系统效率自动变速方法，其特征在于：对液力变矩器的输入端和输出端传递的力矩同时调节。

一种液力传动系统的自动变速方法
技术领域
一种液力传动系统的自动变速方法，涉及机械传动领域。
背景技术
液力变矩器是一种广泛应用的传动装置，主要由泵轮、涡轮和导轮构成，泵轮与原动机相连，涡轮与输出装置相连。它大量应用在各种车辆尤其是工程机械的传动系统中，它用在传动系统中具有许多突出的优点：它具有无级变速和变矩能力，使传动系统具有自动适应能力；作为一种柔性传动，它可阻隔发动机的扭转振动，降低冲击振动和传动系的动载荷，延长传动部件的使用寿命；结构简单可靠，无机械磨损，使用寿命长。
液力变矩器虽然具有上述诸多优点，但其缺点也是明显的，就是传动效率低且随载荷的变化而变化。液力变矩器的传动效率最高不到百分之九十，其效率是其转速比i(涡轮与泵轮转速的比值)的函数，普通液力变矩器的原始特性曲线如图1所示，呈抛物线形状，当转速比i等于最佳转速比i^*，液力变矩器工作于高效点，其传动效率最高为η^*；而当转速比i偏离i^*时液力变矩器的效率便急剧下降，普通液力变矩器在小转速比和大转速比时效率都很低。由于工程机械的载荷变化复杂，液力变矩器的转速比波动大，从而导致其传动效率低下。
传统的液力传动布置方式如图2所示，液力变矩器传递的动力由泵轮输入，涡轮输出，泵轮与内燃机相连，涡轮与变速器相连。现代车辆上所用的液力变矩器基本为三元件液力变矩器，三元件液力变矩器一般不具有透穿性或其透穿性可以忽略不计，也就是说泵轮基本不受涡轮的影响，当外载荷发生改变时，泵轮的转速和转矩基本不发生变化。由于泵轮与内燃机相连，所以内燃机的工况处于较稳定状态，即使外载荷增大很多，内燃机也不会熄火。内燃机与液力变矩器的匹配如图3所示，内燃机始终工作于最大功率点，由图4所示的内燃机外特性曲线可以看出，当内燃机工作于最大功率点时，其输出扭矩并非最大，内燃机的潜能没有得到充分利用。
外载荷增大时，液力变矩器的转速比要减小；外载荷减小时，液力变矩器的转速比要增大。因此，当载荷变化较大时，液力变矩器的传动效率波动较大，使得传动系统效率低且波动大。当车辆的工况发生较大的变化时，通常是对车辆变速器进行换挡操作，从而改变液力变矩器的转速比，使它具有较高的传动效率。当载荷增大时，变速器调至低速挡；当载荷减小时，变速器调至高速挡。换挡操作通常由驾驶员手动完成，手动换挡既不能正确把握换挡时机，又使驾驶员的劳动强度增大。此外，变速器各挡位所对应的传动比分布在一个较宽的范围，很难将液力变矩器的工况调节到高效点。为解决这一问题，变速器的挡位数越来越多，目前，重型车辆上所用的变速器最多已达十六个挡位。变速器挡位数的增多，不仅使变速器的成本大幅上升，而且换挡更加频繁且换挡时机不易确定。
发明内容
本发明的目的：提供一种液力传动系统的自动调速方法，在不增加现有变速器挡位的基础上，可将液力变矩器调节至高效点工况。
本发明的技术方案：液力变矩器效率调节的传统方法是对变速器进行换挡操作，变速器换挡只改变了液力变矩器输出端的所传递的力矩大小，输入端传递的力矩并没有改变。本发明在传统的液力传动系统中增加磁粉离合器和智能控制单元，将内燃机、液力变矩器、变速器和磁粉离合器集成为一个系统研究，通过智能控制单元自动变速，使系统的传动效率提高。自动变速的主要目标是改变液力变矩器的转速比，使它工作于高效点。自动变速的方法是变速器和磁粉离合器组合使用，对液力变矩器输入端和输出端传递的力矩同时调节，变速器对液力变矩器进行有级调节，磁粉离合器对液力变矩器进行无级调节。变速器起粗调作用，磁粉离合器起细调作用。
附图说明
图1液力变矩器原始特性曲线
图2传统的液力传动系统布置方式
图3内燃机与液力变矩器的匹配
图4内燃机外特性曲线
图5技术路线
图6控制流程图
具体实施方式
本发明采用的技术路线如图5所示，在内燃机和变速器间增加磁粉离合器，使磁粉离合器与液力变矩器并联。由电子控制单元检测传动系统各部分的状态并采取相应的控制措施，目的是使液力变矩器工作于高效点。
磁粉离合器主要由主动件、从动件、磁粉和励磁线圈几部分组成。磁粉填充在主动件与从动件之间的工作间隙中。当励磁线圈通电时，主动件和从动件之间产生磁场，在磁场的作用下，磁粉沿磁通方向呈链状连接起来形成磁粉链，主、从动件之间可以传递转矩，磁粉链传递转矩的大小与施加给线圈的励磁电流成正比。磁粉离合器传递的力矩大小只与励磁电流大小有关，而与主、从动件的转速无关，允许主、从动件之间有转速差存在。当励磁线圈不通电时，主、从动件之间互不约束。
内燃机通过齿轮机构带动磁粉离合器的主动件旋转，磁粉离合器的从动件与涡轮和变速器输入轴连为一体，磁粉离合器主动件与泵轮的转速比为i^*。当i＜i^*时，磁粉离合器主动件的转速大于从动件的转速；当i＞i^*时，磁粉离合器主动件的转速小于从动件的转速；当i＝i^*时，磁粉离合器主动件的转速等于从动件的转速。
磁粉离合器中无励磁电流时，内燃机的动力经液力变矩器传至变速器；磁粉离合器中有励磁电流时，内燃机的一部分动力经液力变矩器传递至变速器，另一部分动力经磁粉离合器传递至变速器。如果改变磁粉离合器中励磁电流的大小，则可改变液力变矩器的转速比，从而达到时调节液力变矩器效率的目的。
假定液力变矩器初始状态处于高效点工况(即i＝i^*)，现分两种情况分别说明液力传动系统效率调节方法。
1)液力变矩器的转速比i＜i^*时
当i＜i^*时，表明外载荷较大，首先检测磁粉离合器中的励磁电流I是否达到最大值I_max，如果达到最大值，表明磁粉离合器传递的转矩已达到最大，磁粉离合器已达最大调节能力，要通过变速器换挡进行调节。为防止变速器频繁换挡造成震荡现象，设置换挡条件为磁粉离合器的主动件和从动件的转速差的绝对值大于a，a值的大小根据液力变矩器的效率曲线确定。当磁粉离合器的主动件和从动件的转速差小于等于a时继续检测信号，当转速差大于a时将变速器调低一个档位，使其传动比增大，从而使液力变矩器的转速比提高。由于变速器换挡有一个过程，发出换挡指令后，应当过一段时间再检测信号，即需要检测延时，延时的长短根据系统响应时间确定；如果磁粉离合器中的励磁电流没有达到最大值，则增大磁粉离合器中的励磁电流并检测延时。励磁电流增大后，磁粉离合器传递的力矩增大，内燃机的输出力矩增大，转速降低，液力变矩器泵轮的转速降低，涡轮的转速增大，从而使转速比i增大。通过一定的控制算法，可以将液力变矩器的转速比调节到最佳值i^*。为防止内燃机熄火，在增大励磁电流的同时，要检测内燃机的输出扭矩M_e是否接近极大值M_max，设内燃机最大输出力矩M_max与其工作力矩M_e的差值不小于设定值b(b值的大小由内燃机的特性决定)，如果这个差值小于b，则励磁电流不能继续增大，然后对变速器进行换挡操作并检测延时。
2)液力变矩器的转速比i＞i^*时
当i＞i^*时，表明外载荷较小，首先检测磁粉离合器中的励磁电流I是否为零，如果为零，则判断是否满足变速器的换挡条件，如果满足换挡条件，则将变速器调高一个档位，减小变速器的传动比，从而使液力变矩器的转速比提高，如果不满足换挡条件，则继续检测信号；如果励磁电流不为零，则减小励磁电流并检测延时。励磁电流减小后，磁粉离合器传递的力矩减小，内燃机输出转矩减小，转速提高；液力变矩器泵轮的转速增大，涡轮的转速降低，从而使转速比i减小。通过一定的控制算法，可以将液力变矩器的转速比调节到最佳值i^*，使传动系统效率得到提高。
设磁粉离合器主动件的转速为n1，从动件的转速为n2，内燃机输出力矩为Me，内燃机可输出的最大力矩为M_max，则液力传动系统效率的调节流程如图6所示。