拖拉机液压机械双流无级变速传动三元调节变速规律及控制策略研究

The multi-range hydro-mechanical continuously variable transmission (HMCVT) has been the main configure of tractor transmission in developed country, but it is on the elementary development phase in our country. By analyzing the speed, torque, power split ratio and efficiency features, on the background of ternary control with throttle, transmission ratio and work load, this project reveals the mechanism that the engine speed governor feature, transmission ratio, transmission efficiency, and tractor slip ratio how to affect the productivity and the fuel economy. Taking the tractor slip ratio as new control parameter, and NT/gT as the synthesis optimal index of productivity and fuel economy, according to the input parameters of tractor pedal position, engine load ratio, transmission ratio, displacement ratio, slip ratio and work load, utilizing the throttle, transmission ratio and plough depth as control parameters, the speed change law is present, which can obtain the highest productivity, the highest fuel economy ability or the synthesis optimality of productivity and fuel economy ability. By researching the mechanism of recirculation range shift and speed unstable that are bring by the efficiency difference and power backflow of the transmission, the range shift control strategy is put forward, which can avoid recirculation range shift and increase the stability of HMCVT. The research can establish the theory and technology foundation for the development of tractor continuously variable transmission.

液压机械双流无级变速传动（HMCVT）已成为发达国家大功率拖拉机的主要配置，但国内还处于基础研究阶段。本项目在分析多段HMCVT的变速特性、动力特性、功率分流特性及效率特性基础上，针对HMCVT传动拖拉机，在油门、传动比、作业阻力三元调节背景下，揭示发动机调速特性、变速器传动比和效率特性、以及拖拉机滑转率特性对生产率、经济性的影响机理；引入滑转率参数、生产率-经济性综合最佳指标(NT/gT)，依据反映人-机-环境因素的调速位置、发动机负荷率、传动比、泵-马达排量比、滑转率、作业阻力等参数，以油门、传动比、耕深调节为控制参数，以生产率最高、经济性最佳、生产率-经济性综合最佳为目标，研究建立多段HMCVT的无级变速规律；研究变速器换段点效率差异及容积调速功率流倒向产生循环换段和速度瞬态失稳机理，提出消除循环换段和提高换段平稳性的原理和控制策略，为拖拉机自动变速器的开发应用奠定理论和技术基础。

液压机械双流无级变速传动（HMCVT）已成为发达国家大功率拖拉机的主要配置，但国内的理论研究和工程应用还不够深入。本项目在分析多段HMCVT传动特性基础上，重点研究HMCVT的变速规律和控制策略。开展的研究工作和取得的成果概括如下。. 在发动机的性能测试数据基础上，应用最小二乘法和多元线性回归的方法，建立了发动机最佳特性曲线数学模型的解析式。针对拖拉机滑转率测量信号存在突出噪声干扰的实际，提出了一种带噪声观测器的变结构并行自适应数据融合处理算法，实现了滑转率实时精确估算。针对含有无级变速单元的复杂闭式行星传动系统，阐明了应用动力学原理分析传动特性的理论，以及应用啮合功率法分析效率特性的理论和方法。引入滑转率影响参数，提出了基于拖拉机整机效率最大的HMCVT变速规律；基于拖拉机生产率最高的HMCVT变速规律；基于牵引功率与比油耗之比最大化的生产率-经济性综合最佳变速规律。阐明了效率差异和功率流倒向产生循环换段的机理，提出了优先工作在高效率段的消除循环换段原理，换段前对转速控制预留补偿量的平稳换段原理，以及基于有限状态机原理的换段控制策略。提出了以发动机油门（调速位置）、变速器传动比、液压悬挂耕深协同调整的三元调节无级变速控制策略，阐明了具体实施方法，并在我国首台液压机械无级变速重型拖拉机上实现了工程应用。为拖拉机自动变速器的开发应用奠定了理论和技术基础。. 在项目资助下发表论文82篇，其中SCI论文8篇、EI论文21篇、中文核心论文45篇。获准发明专利27项、实用新型专利10项。获得省部级科学技术奖二等奖2项。培养毕业博士生2名、硕士生24名。项目投入经费78万元，支出36.8万元，各项支出符合基金规定。剩余经费计划用于本项目研究后续支出。