一种湿式离合器充油时间自学习标定方法及换挡控制单元

技术领域

本发明涉及拖拉机离合器控制领域，具体涉及一种湿式离合器充油时间自学习标定方法及换挡控制单元。

背景技术

随着智慧农业的发展，采用湿式离合器的动力换挡和动力换向拖拉机越来越多的进入了国内的农机市场，凭借操作便捷，舒适性高和作业效率高等优势，采用湿式离合器的动力换挡和动力换向拖拉机也越来越受到国内厂家的重视。由于湿式离合器的固有结构，拖拉机湿式离合器常用的控制方法是将离合器结合过程分为三个阶段，预控制阶段、滑磨阶段和压力快速上升阶段。其中预控制阶段，主要为离合器油缸充油，该阶段离合器不传递扭矩，主要消除离合器活塞的空行程，该阶段控制策略的好坏，决定了离合器的响应速度及滑磨阶段控制的难度，目前常用的控制方法是，在预控制阶段，对离合器油缸进行快速充油，进而快速消除离合器活塞的空行程，然而由于机械加工的差异，各个离合器油缸容量均有一定的差异，因此，很难准确对离合器油缸的充油状态进行判断，常常出现充油不足，导致离合器结合过程延迟，或者充油溢出导致离合器突然传递扭矩，造成离合器结合冲击或者结合过程震荡等问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种湿式离合器充油时间自学习标定方法及换挡控制单元，解决换挡过程中离合器充油状态无法精准控制，导致的离合器换挡冲击大，结合过程延迟及离合器因油缸过充油而导致的结合过程震荡等问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种湿式离合器充油时间自学习标定方法，包括以下步骤：

S1、判断驻车制动状态、传动系油温、发动机转速是否满足自学习标定启动条件，若满足条件，则允许进行自学习标定；

S2、进入自学习标定启动流程，对请求标定状态进行判断，并优先选择来自上位机的标定请求状态；

S3、标定启动后，采用自学习标定计算和循环计算法，对离合器进行标定；

S4、自学习标定完成，对标定过程中记录的标定离合器充油时间标定初值进行温度补偿修正，并对结果进行保存；

S5、自学习标定结果判定与故障保护，根据循环计数值及标定故障状态，对标定结果进行判定并进行发送，若标定失败，同时发送故障状态，进而在仪表或上位机上对标定过程及结果进行监控，标定结束。

步骤S3具体为：首先将循环计数值置1，进入低档离合器自学习标定；

S3.1若低档离合器请求标定状态为不触发标定，循环计数值直接置2，进入高档离合器自学习标定；若低档离合器请求标定状态为触发标定，低档离合器开始自学习标定，当低档离合器自学习标定完成时，循环计数值置2，进入高档离合器自学习标定；

S3.2若高档离合器请求标定状态为不触发标定，循环计数值直接置3；

若高档离合器请求标定状态为触发标定，高档离合器开始自学习标定，高档离合器自学习标定完成时，记录当前时刻计时器3的值，作为高档离合充油时间标定初值，然后计时器3清零，循环计数值置3。

步骤S3.1中，低档离合器自学习标定的方法为：第一步，控制系统首先给予高档离合器刚好使从动端齿轮与主动端同步的压力，该压力的大小由计算得到，同时记录低档离合器的速差，接着，控制系统给与低档离合器一个恒定的充油压力，并开始对充油时间进行计时，当低档离合器的速差减小到原记录速差的一定百分比值后，记录充油的时间；第二步，将低档离合器充油压力置零，等待一定时间，使离合器油缸的油释放完毕，控制系统再次给与低档离合器一个恒定的充油压力，充油时间在上一步充油时间的基础上减小一个循环的时间，然后将低档离合器给定的压力置零，若离合器速差没有小于记录速差一定值，则标定完成，该充油时间作为标定充油时间的初值，若速差仍旧出现小于记录速差的一定值的情况，再次进行第二步操作，直至标定完成。

步骤S3.2中，高档离合器自学习标定的方法为：第一步，控制系统首先给予低档离合器刚好使从动端齿轮与主动端同步的压力，该压力的大小由计算得到，同时记录低档离合器的速差，接着，控制系统给与高档离合器一个恒定的充油压力，并开始对充油时间进行计时，当高档离合器的速差减小到原记录速差的一定百分比值后，记录充油的时间，第二步，将高档离合器充油压力置零，等待一定时间，使离合器油缸的油释放完毕，控制系统再次给与高档离合器一个恒定的充油压力，充油时间在上一步充油时间的基础上减小一个循环的时间，然后将高档离合器给定的压力置零，若离合器速差没有小于记录速差一定值，则标定完成，该充油时间作为标定充油时间的初值，若速差仍旧出现小于记录速差的一定值的情况，再次进行第二步操作，直至标定完成。

步骤S5中，根据循环计数值及标定故障状态对结果进行判定，若循环计数值为0，则表示未进行标定，循环计数值为1至2，表示正在执行标定，循环计数值大于等于3，则表示标定结束，此外，该步骤还对标定过程中充油时间大于规定最大时间进行判断，当出现该故障时，控制系统将低档离合器和高档离合器的请求电流置零，同时将离合器标定故障状态置位，并将标定结果及故障状态发送至仪表或上位机，便于操作人员对标定过程及结果进行监控。

步骤S2中，请求标定状态来源有两种：一种是通过组合键的形式，激活自学习标定；另一种是通过上位机触发标定。

本发明还提供一种湿式离合器的换挡控制单元，用于控制换挡装置，所述换挡装置包括液压源、低档离合器、高档离合器、和液压控制模块；换挡控制单元包括控制器、速度传感器、升档按钮、降档按钮、驻车制动开关、传动系油温传感器、CAN总线信号采集口及控制液压控制模块的比例电磁阀；所述控制器，集成有信号采集模块、CAN总线通信模块、车辆状态计算模块、换挡扭矩计算模块、自学习标定模块和电磁阀驱动模块；所述自学习标定模块用于对湿式离合器的充油时间进行精准的标定和补偿，包括自学习标定启动条件判定模块、自学习标定启动模块、自学习标定进行模块、自学习标定完成模块、以及自学习标定结果判定与故障保护模块。

所述自学习标定启动模块，主要用于对自学习标定的启动进行限制，包括请求标定状态的限制和请求标定优先级的限制；请求标定的状态的限制，是指请求标定的请求条件，请求标定状态来源包括两种，一种是通过组合键的形式触发标定，一种是通过上位机触发标定；所述请求标定优先级的限制，是指通过上位机形式触发标定的优先级更高。

所述自学习标定进行模块，采用自学习标定计算和循环计算法对离合器进行标定；所述自学习标定计算具体为，标定开始时，第一步，将与被标定离合器处于同一级的一个离合器进行驱动，驱动压力保持为在克服该离合器弹簧力的基础上叠加一个很小的压力，该压力保证该离合器及与其从动端连接的齿轮刚好能够同步转动，压力大小由自学习标定计算获得，接着控制策略将车辆状态计算模块计算得到的被标定离合器的速差进行记录，计算模块给定被标定离合器一个恒定的压力，该压力的大小为规定好离合器快速充油压力，同时，给定压力后进行计时，并实时监控被标定离合器速差的变化，当被标定离合器的速差开始减小至原记录速差一定百分比值时，保存第一次计时的时间值，进行第二步操作，将被标定离合器给定的压力置零，等待一定时间，使被标定离合器油缸里面的液压油释放完毕，计算模块再次给定被标定离合器一个恒定的压力，该压力的大小为规定好离合器快速充油压力，同时，给定压力后进行计时，当计时小于上一步计时时间一个循环值后，将被标定离合器给定的压力置零，若离合器速差没有小于记录速差一定值，则标定完成，该充油时间作为标定的充油时间，修正后保存，若速差仍旧出现小于记录速差的一定值的情况，标定未完成，再次进行第二步操作，直至标定完成。

所述自学习标定结果判定与故障保护模块，通过循环计数值，对结果判断及故障进行处理，当请求标定状态为零即没有请求标定时，标定状态为不启动，当标定启动，循环计数值小于循环总次数时，标定状态为标定进行时，当循环计数值大于等于循环总次数时，标定状态为标定完成，此外，在标定过程中，对充油时间及标定条件等都有判断，当充油时间大于规定的最大充油时间时，模块判定标定失败，同时将标定状态置为标定失败，标定停止，当标定过程中标定启动条件发生变化，同样停止标定，模块判定标定失败，将标定状态置为标定失败。

有益效果：

1、本发明提供的湿式离合器充油时间自学习标定方法及换挡控制单元，可以对湿式离合器的充油时间进行精准的标定，进而使拖拉机湿式离合器滑磨阶段的快速精准控制更易实现。

2、本发明提供了两种离合器标定触发方式，即通过组合键的形式或者通过上位机的形式触发标定，为操作人员提供了更多的选择，同时可以使标定不依赖上位机，降低成本投入。

3、本发明提供了一种循环计数的方法，使控制策略设计时，面对多个离合器，无需考虑单个离合器标定或者多个离合器同时标定，降低了控制策略的复杂性，提升了标定方式的多样性。

4、本发明在自学习标定模块中增加了自学习标定结果判定与故障保护模块，使操作人员可以对标定过程进行监控，同时对于标定过程中的一些偶发故障能够通过控制软件自动进行一些操作，保护拖拉机不受损坏。

附图说明

图1为本发明的换挡控制单元整体架构示意图；

图2为本发明的换挡装置结构示意图；

图3为本发明自学习标定模块流程图；

图4为本发明实施例自学习标定流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

本发明涉及拖拉机湿式离合器的换挡控制单元，如图1-2所示，所述湿式离合器的换挡装置包括液压源、换挡离合器和液压控制模块；液压源为发动机带动液压泵获得的恒定压力源，液压油通过液压油路传送至液压控制模块，液压控制模块控制液压油路的回路开通、关断，从而控制换挡离合器的结合、分离。

换挡控制单元包括控制器、输入轴转速传感器、输出轴转速传感器、传动系油温传感器、升档按钮、降档按钮、驻车制动开关、CAN总线信号采集口、及控制液压模块的比例电磁阀。

其中，所述控制器，集成了信号采集模块、CAN总线通信模块、车辆状态计算模块、换挡扭矩计算模块、自学习标定模块和电磁阀驱动模块

所述的信号采集模块，主要采集拖拉机的驻车制动信号、传动系油温信号、转速传感器信号及驾驶员对升降档按钮的操作信号；所述的CAN总线通信模块主要与发动机控制器和上位机进行总线通信，进而获取发动机的转速信号和实时扭矩信号，同时与上位进行交互；所述的车辆状态计算模块，主要根据信号采集模块采集的信号和CAN总线通信模块获取的发动机的相关信号对驾驶员的意图进行判断，同时根据采集到的信号，对车辆的当前状态、离合器的结合情况等进行计算；所述的换挡扭矩计算模块，根据车辆状态计算模块计算得到的驾驶员的升降档操作意图，进行拖拉机档位的切换，同时在拖拉机湿式离合器自学习标定过程中，对换挡离合器进行控制；所述的自学习充油时间标定模块主要根据车辆状态计算模块获取的驾驶员及上位机操作命令和车辆状态信息，对离合器的快速充油时间进行自学习标定；所述的电磁阀驱动模块，主要根据换挡模块计算的结合离合器和打开离合器的扭矩请求曲线，计算控制离合器压力的电磁阀的电流，同时根据计算结果对比例电磁阀进行驱动。

进一步地，在所述的换挡离合器的主动端和从动端，加装有转速传感器，对离合器结合过程和结合后的转速进行实时采集，为车辆状态计算模块计算离合器速差等提供信息，同时为换挡控制模块提供离合器的结合和分离相关信息；在所述的换挡装置上，加装的传动系油温传感器用于采集传动系油温，为自学习标定的启动提供判定条件，同时为换挡曲线的补偿提供依据；所述的驻车制动开关，为车辆状态计算模块判定车辆是否是驻车状态提供依据。

所述的自学习标定模块，分为自学习标定启动条件判定模块，自学习标定启动模块，自学习标定进行模块，自学习标定完成模块，和自学习标定结果判定与故障保护模块；所述的自学习标定启动条件判定模块，主要对启动标定时要求的车辆状态进行判断；所述的自学习标定启动模块，主要对标定的启动进行限制，防止标定的误启动及频繁启动；所述的自学习标定进行模块，主要对标定过程各个离合器的动作进行计算和控制；所述的自学习标定完成模块，主要对标定是否完成进行判断，同时对标定的初值进行温度补偿修正并保存；所述的自学习标定结果判定与故障保护模块，主要对标定完成的结果进行判定，判定是标定完成还是标定失败，同时对于标定失败和标定过程中的异常情况进行处理，保护传动系不因标定故障而损坏。

所述的自学习标定启动条件判定模块，包括传动系油温判定，发动机转速判定和驻车制动开关状态判定；所述的油温判定，保证了自学习标定在油温高于一定值的状态下进行，减少了油温对自学习标定结果的影响；所述的发动机转速判定，保证了自学习标定在安全的发动机转速区间进行标定，既保证发动机不会由于自学习标定而停机，又保证不会由于发动机转速过高而在标定过程中损伤发动机；所述的驻车制动开关状态判定，保证自学习标定在车辆停止且驻车制动使能状态下进行，保证标定过程中的车辆不会突然移动而造成安全隐患。

所述的自学习标定启动模块，主要对自学习标定的启动进行限制，包括请求标定状态的限制，请求标定优先级的限制；所述的自学习标定请求标定的状态的限制，是指请求标定的请求条件，所涉及的自学习标定请求标定状态来源包括两种，一种是通过组合键的形式，主要为通过按照固定规则操作升档按钮、降档按钮，一种是通过上位机触发标定，该标定通过上位机连接控制器，并由专业工作人员通过操作上位机触发标定；所述的请求标定优先级的限制，是指通过上位机形式触发标定的优先级更高。

所述的自学习标定进行模块，采用自学习标定计算和循环计算法，对离合器进行标定；所述的自学习标定计算，指在标定过程中，对相关离合器的请求电流及动作等进行自动学习与计算，不需要人为干预；所述的循环计算法指标定过程不区分是连续标定还是单个离合器标定，以离合器个数为循环总次数，每次均按次序对离合器标定，对于未触发标定的离合器进行跳过标定操作，同时，循环标定次数计数值加一。

所述的自学习标定计算具体为，标定开始时，将与被标定离合器处于同一级的一个离合器进行驱动，驱动压力保持为在克服该离合器弹簧力的基础上叠加一个很小的压力，该压力保证该离合器及与其从动端连接的齿轮刚好能够同步转动，压力大小由自学习标定计算获得，接着控制策略将车辆状态计算模块计算得到的被标定离合器的速差进行记录，计算模块给定被标定离合器一个恒定的压力，该压力的大小为规定好离合器快速充油压力，同时，给定压力后进行计时，并实时监控被标定离合器速差的变化，当被标定离合器的速差开始减小至原记录速差一定百分比值时，保存第一次计时的时间值，进行第二步操作，将被标定离合器给定的压力置零，等待一定时间，使被标定离合器油缸里面的液压油释放完毕，计算模块再次给定被标定离合器一个恒定的压力，该压力的大小为规定好离合器快速充油压力，同时，给定压力后进行计时，当计时小于上一步计时时间一个循环值后，将被标定离合器给定的压力置零，若离合器速差没有小于记录速差一定值，则标定完成，该充油时间作为标定的充油时间，修正后保存，若速差仍旧出现小于记录速差的一定值的情况，标定未完成，再次进行第二步操作，直至标定完成。

所述的自学习标定完成模块，在标定完成后，对标定的充油时间进行温度补偿修正，并对标定的充油时间进行保存。

所述的自学习标定结果判定与故障保护模块，通过循环计数值，对结果判断及故障进行处理，当请求标定状态为零即没有请求标定时，标定状态为不启动，当标定启动，循环计数值小于循环总次数时，标定状态为标定进行时，当循环计数值大于等于循环总次数时，标定状态为标定完成，此外，在标定过程中，对充油时间及标定条件等都有判断，当充油时间大于规定的最大充油时间时，模块判定标定失败，同时将标定状态置为标定失败，标定停止，当标定过程中标定启动条件发生变化，同样停止标定，模块判定标定失败，将标定状态置为标定失败。

本发明还提供一种湿式离合器充油时间自学习标定方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：

S1、判断驻车制动状态、传动系油温、发动机转速是否满足自学习标定启动条件，若这些条件均满足自学习标定启动条件后，则允许进行自学习标定，自学习标定启动条件判定模块允许标定状态置位；

S2、进入自学习标定启动流程，对请求标定状态进行判断，并优先选择来自上位机的标定请求状态，该步骤由自学习标定启动模块执行；

请求标定状态来源有两种：一种是通过组合键的形式，即操作人员通过按照规定步骤操作升降档按钮，激活自学习标定，操作人员可以通过仪表，观测自学习标定是否启动；另一种是通过上位机触发标定：操作人员连接设备，将USB-CAN调试盒一端连接至车辆总线，另一端连接至上位机，打开上位机的通讯连接按钮，使车辆与上位机通讯正常，操作上位机，发送请求标定状态。

S3、标定启动后，由自学习标定进行模块，采用自学习标定计算和循环计算法，对离合器进行标定；

S4、自学习标定完成模块，对标定过程中记录的标定离合器充油时间标定初值进行温度补偿修正，并对结果进行保存；

S5、自学习标定结果判定与故障保护模块，根据循环计数值及标定故障状态，对标定结果进行判定并进行发送，若标定失败，同时发送故障状态，进而在仪表或上位机上对标定过程及结果进行监控，标定结束。

步骤S3具体为：首先将循环计数值置1，进入低档离合器自学习标定流程S3.1；

S3.1首先判断低档离合器请求标定状态是否置位；

若低档离合器请求标定状态为不触发标定，循环计数值直接置2，进入高档离合器自学习标定流程S3.2；

若低档离合器请求标定状态为触发标定，低档离合器开始自学习标定。

低档离合器自学习标定的方法为：第一步，控制系统首先给予高档离合器刚好使从动端齿轮与主动端同步的压力，该压力的大小由计算得到，同时记录低档离合器的速差，接着，控制系统给与低档离合器一个恒定的充油压力，充油计时器1对充油时间进行计时，当低档离合器的速差减小到原记录速差的一定百分比值后，记录计时器1的充油的时间，并将计时器1清零；第二步，将低档离合器充油压力置零，计时器2开始计时，等待一定时间，使离合器油缸的油释放完毕，等待过程中，判断计时器2的计时时间是否达到规定时间，达到规定时间后，计时器2清零，控制系统再次给与低档离合器一个恒定的充油压力，计时器3开始计时，当充油时间在上一步充油时间的基础上减小一个循环的时间值，则将低档离合器给定的压力置零；若低档离合器速差没有小于记录速差一定值，则标定完成，该充油时间作为标定充油时间的初值，若速差仍旧出现小于记录速差的一定值的情况，再次进行第二步操作，直至标定完成；当低档离合器自学习标定完成时，循环计数值置2，进入高档离合器自学习标定流程S3.2。

S3.2判断高档离合器请求标定状态是否置位，若高档离合器请求标定状态为不触发标定，循环计数值直接置3；

若高档离合器请求标定状态为触发标定，高档离合器开始自学习标定：

高档离合器自学习标定的方法为：第一步，控制系统首先给予低档离合器刚好使从动端齿轮与主动端同步的压力，该压力的大小由计算得到，同时记录低档离合器的速差，接着，控制系统给与高档离合器一个恒定的充油压力，并由计时器1开始对充油时间进行计时，当高档离合器的速差减小到原记录速差的一定百分比值后，记录充油的时间，然后将计时器1清零，第二步，将高档离合器充油压力置零，等待一定时间，使离合器油缸的油释放完毕，放油期间由计时器2开始计时吗，达到固定时间后，计时器2清零，控制系统再次给与高档离合器一个恒定的充油压力，计时器3开始计时，当计时的充油时间在上一步充油时间的基础上减小一个循环的时间，然后将高档离合器给定的压力置零，若离合器速差没有小于记录速差一定值，则标定完成，该充油时间作为标定充油时间的初值，若速差仍旧出现小于记录速差的一定值的情况，再次进行第二步操作，直至标定完成。

高档离合器自学习标定完成时，记录当前时刻计时器3的值，作为高档离合充油时间标定初值，然后计时器3清零，循环计数值置3。

步骤S5中，根据循环计数值及标定故障状态对结果进行判定，若循环计数值为0，则表示未进行标定，循环计数值为1至2，表示正在执行标定，循环计数值大于等于3，则表示标定结束，此外，该步骤还对标定过程中充油时间大于规定最大时间进行判断，当出现该故障时，控制系统将低档离合器和高档离合器的请求电流置零，同时将离合器标定故障状态置位，并将标定结果及故障状态发送至仪表或上位机，便于操作人员对标定过程及结果进行监控。

如图4所示，上述湿式离合器充油时间自学习标定方法应用于拖拉机时，具体包括以下步骤：

1）操作人员将拖拉机置于空旷地带，确保周围安全；

2）拉起驻车制动器，将拖拉机置于空挡并启动发动机；

3）预热传动系油温，使其大于规定值；

4）调整发动机转速，使其在规定的转速区间；

5）通过组合键或者上位机，激活请求标定；

6）等待拖拉机自学习标定，同时观察仪表或者上位机标定结果；

7）等待标定结束。

本发明所述的拖拉机湿式离合器充油时间自学习标定方法，为一种可通用的充油时间标定方法，不限于本文提出的换挡装置，针对不同的换挡装置，只需对本文提出的方法进行简单修改，即可实现同样的标定效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。