李秀蘭， 楊宏韜

0 引 言

裝載機是廣泛應用于公路、建筑、礦山等建設工程的土石方施工機械。目前，裝載機所使用的液力變矩器具有無極連續(xù)改變轉速與轉矩的能力，對外負載有良好的自動調(diào)節(jié)和適應性。延長了動力傳動系統(tǒng)的使用壽命，同時也提高了車輛的行駛性能和乘坐的舒適性。但是液力傳動的效率較低，造成了能源的浪費。為了解決這一問題，國外的一些工程機械公司一方面主要是考慮降低發(fā)動機排放量、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，在必要時如起步、換擋等才使用，不需要時則采用液力變矩器閉鎖控制的方法，將液力傳動變?yōu)橹苯拥臋C械傳動。這樣不但能夠提高傳動系的效率，而且也可以提高車輛的燃油經(jīng)濟性。

1 閉鎖離合器的結構和工作原理

閉鎖離合器是通過離合器摩擦傳動直接把泵輪和渦輪連接，不通過液力傳動變?yōu)橹苯訖C械傳動。液力變矩器閉鎖控制實質是將發(fā)動機的輸出功率實行分流傳動。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。

閉鎖離合器的結構和工作原理如圖1所示。

圖1 閉鎖離合器的結構和工作原理

閉鎖離合器主動盤為變矩器殼體，從動盤是一個可軸向移動的壓盤，通過花鍵與渦輪連接?？刂崎y控制液流的方向，當壓力油從泵輪入口進入變矩器，釋放腔回油，在結合腔油壓作用下，壓盤壓向變矩器殼體，閉鎖離合器結合，見圖1（a）。此時，傳動系變?yōu)闄C械傳動，傳動效率較高，裝載機主要工作在高擋位、高速運輸工況。當壓力油從釋放腔進入，將壓盤與變矩器殼體分離，油液流動方向相反，閉鎖離合器分離，見圖1（b）。此時為液力傳動，車輛起步、換擋平穩(wěn)，舒適度較好，裝載機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)控制使用渦輪轉速nT為控制參數(shù)，控制簡單易于實現(xiàn)，但是只有在少數(shù)油門情況下合理閉鎖，有好的動力性與經(jīng)濟性，其它大多數(shù)油門下則不滿足。雙參數(shù)控制使用渦輪轉速nT以及擋位信號為控制參數(shù)，在低擋時使用較高的渦輪轉速，在高擋時使用較低的渦輪轉速進行閉鎖控制，這樣可以相對擴大工作范圍，提高效率。多參數(shù)控制一般以油門開度、渦輪轉速和加速度等參數(shù)進行控制，影響因素較多，控制復雜［5］?？紤]裝載機實際工作情況，我們采用雙參數(shù)控制，即以渦輪轉速nT和擋位信號為控制參數(shù)。當裝載機工作在最低擋位一擋或發(fā)動機冷卻水溫較低、油門關閉、車速較低、制動、換擋等情況下閉鎖離合器應處于解鎖狀態(tài)，當裝載機工作在二擋時，則根據(jù)渦輪轉速進行閉鎖和解鎖控制，即渦輪轉速nT≤nT0，變矩器解鎖，nT＞nT0，變矩器閉鎖。其中，nT0為閉鎖點。在閉鎖過程中，為了避免換擋循環(huán)，需要延遲一段時間再動作。

2.2 閉鎖點的選取

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

1）閉鎖前（液力工況）變矩器輸出轉矩MT為:

閉鎖前液力工況變矩器輸出轉矩函數(shù)為:

2）閉鎖后（機械工況）渦輪輸出的轉矩等于泵輪軸的轉矩:

確定目標函數(shù)為:

3）閉鎖前（液力工況）發(fā)動機存儲的慣性能量:

4）閉鎖后（機械工況）發(fā)動機存儲的慣性能量:

確定目標函數(shù)為:

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

為最小值，此時的渦輪轉速nT0即為閉鎖點。

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的算法來決定閉鎖離合器是否閉鎖。從而輸出相應的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。

以某型號裝載機為例進行了仿真實驗，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)曲線為渦輪轉速曲線，輸出曲線為電磁閥工作電壓曲線。實際控制結果如圖3所示。

圖3 閉鎖控制曲線圖

當渦輪轉速低于指定參數(shù)值時，電子控制單元發(fā)出低電平信號，當車速增加到一定值時，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2s控制，防止誤動作發(fā)生。延遲時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行解鎖控制，當轉速信號升高到閉鎖要求時再進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 語

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

［1］ 馬文星.液力傳動理論與設計［M］.北京:化學工業(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］.設計與研究，2000（7）:13-15.

［3］ 劉存波，張為春，戴成.推土機液力變矩器閉鎖控制器的研究［J］.工程機械，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)仿真學報，2010，22（3）:699-703.

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

［6］ 蓋濤.推土機液力變矩器閉鎖點優(yōu)化設計［J］.機械與電子，2009（3）:484.

［7］ 李宣秋，侯文軍，張立銀，等.工程機械閉鎖式液力變矩器閉鎖點的計算與選取［J］.建筑機械，2012（15）:85-87.

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

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

［10］ 宋曉鑫.工程車輛傳動系統(tǒng)建模與仿真［J］.長春工業(yè)大學學報:自然科學版，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驗［J］.液壓與氣動，2012（4）:27-29.