第 1 章 绪论
1.1液压机械无级变速器的组成及工作原理
液压机械无级变速器结构简图如图 1.1 所示，它共由五个部分组成，分别为功率分流机构、机械路传动机构、液压路传动机构、功率汇流机构和后传动机构[4]。液压机械无级变速器的基本工作特征是液压路在马达往返连续无级变速的每一行程中，通过与机械分路适当的传动比相匹配，得到速比逐段连续升高、传动范围更大的无级变速。变量液压元件的排量比 ε 变化时，整个传动机构的传动比也随之变化。排量比 ε=[-1，1]在其整个取值范围内单调变化一次称为一个行程，对应定量液压元件的转速由一个方向的最大值变到另一个方向的最大值。液压元件的一个行程对应一定的传动比范围，这样的范围称为一个“段”。对于一个具有多个段的液压机械传动，如果每一段对应的范围能够首尾相接且单调连续变化，则称为多段式液压机械无级传动。根据液压机械无级变速器的段数来分，可分为两段、三段、四段等。等差式液压机械无级变速器与等比式液压机械无级变速器是分矩汇速型常用的两种结构。若每段的开始与末尾输出转速的差值相等，输出转速在各段的斜率相同，称为等差式；若每段开始与结尾输出转速的比值相等，输出转速逐段上翘，称为等比式。
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1.2液压机械无级传动国内外应用与研究现状
军用方面：上 20 世纪 60 年代，美国 General Dynamics Land Systems 公司继研制了 HMPT-100 和 HMPT-250 液压机械分流传动后，上世纪 70 年代又研制了集变速、转向于一体的新式液压机械无级传动装置 HMPT-500，适合 30 吨级履带车辆上使用。后来，又开发了 HMPT-500-3、HMPT-500-3EC，额定功率为 447kW（600hp），该装置使用了微处理器电子控制器，可根据发动机油门开度和车辆阻力自动调整变速器传动比，使发动机工作在最佳效率点。后来 HMPT-500 又陆续装备到多管火箭发射车（MLRS）、M8 火炮系统、新加坡的 Technologies Kinetics Bionix IFV 步兵战车上。General Dynamics Land Systems 公司还授权英国 David Brown Engineering公司生产HMPT-500系列液压机械传动装置。为了装备更大吨位的履带车辆，GeneralDynamics Land Systems 公司开发成功 HMPT500-4EC（597kW）、HMPT-1000、HMPT-1500 液压机械传动装置样机。从 1977 年开始，美国 General Dynamics LandSystems 公司和其授权公司英国 David Brown Engineering 公司共生产了 11000 余台HMPT-500 系列液压机械传动装置装备了本国战车，足见其使用之成功[5][6]。美国Allison 公司、日本小松、俄罗斯也在开展大功率的液压机械无级传动的研制。民用方面：20 世纪 70 年代，美国 Sundstrand 公司针对重型车辆生产了无级变速器 DMT-15，DMT-25 系列全自动液压机械无级传动变速器，变速操纵为液压自动操纵[7]。另外，Allison 公司、ZF 公司、RENK 等公司也研究了多种多段液压机械双流无级传动装置。20 世纪 80 年代，日本的小松公司开发了首个用于工程机械的液压机械无级变速器，并已经在 D155AX-3 推土机和 WA380-3 装载机上使用液压机械传动。研究表明，与液力机械变速器相比，其推土作业量最大可增加 29％，燃料经济性最大可提高 24％，装载机作业量最大可提高 30%，燃料经济性最大可提高 30%[8]。
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第 2 章 液压机械无级变速器的全工作域效率模型
2.1 液压机械无级变速器简介
本文的研究对象是一种分矩汇速型等差式 HMT，其传动简图如图 2.1 所示。当制动器 T1 结合、制动器 T2 分离时，HMT 处于纯液压段（下文简称“H 段”），输入功率经过齿轮 2 和 3、液压泵（下文简称“泵”）和液压马达（下文简称“马达”），流经 K1 行星排的太阳轮，通过 K1 行星排的行星架输出。功率全部由液压路传递，机械路不传递功率。在 H 段，泵排量比 （当前排量与最大排量之比）在 0~1 之间变化。当制动器 T2 结合，制动器 T1 分离时，HMT 处于液压机械段（下文简称“HM段”），输入功率通过齿轮 1 进行分流，一部分经齿轮 2 和 3 传递给泵和马达（液压路），另一部分经齿轮 4 和 5 传递给 K3 行星排（机械路），最后在 K2 行星排汇流后，由K2的齿圈输出。HM段分为前半段（下文简称“HM0段”）和后半段（下文简称“HM1段”），二者区别在于：在 HM0 段内，HMT 处于功率循环工况，泵排量比在 1~0 之间变化；在 HM1 段内，HMT 处于功率分流工况，泵排量比在 0~-1（双向变量泵，“-”号代表反向）之间变化。
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2.2 液压路泵控马达调速系统的效率
模型液压路泵控马达调速系统是 HMT 的重要组成部分，它主要由泵和马达组成。研究液压路的效率模型，不仅要考虑油液粘度、输入转速、液压路调速系统高低油压边工作压力（下文简称“工作压力”）、泵排量比等因素对其效率的影响，还要考虑因为 HMT 段位改变导致泵、马达工作状态的变化。当 HMT 处于 H 段和 HM1 段时，泵控马达调速系统的工作状态为：变量泵驱动定量马达；当处于 HM0 段时，泵和马达角色互换，液压路的工作状态为定量马达驱动变量泵，效率模型相当于定量泵驱动变量马达。因此，在不同的 HMT 段位下，液压路效率模型也不同。本节在液压路泵控马达调速系统效率模型的研究中，考虑了 HMT 在不同工作段时，变量泵和定量马达工作角色的互换对效率计算公式的影响，建立了工作压力0~40MPa、排量比 0~1、输入转速 0~2500r/min 范围的全工作域液压路效率模型。
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第 3 章 基于整车加速性最优的 HMT 速比控制律研究.....33
3.1 HMT 车辆整车最佳动力性控制策略分析 ....33
3.2 发动机转矩输出特性.........36
3.3 最佳动力性优化控制策略速比控制律的研究 .....38
3.4 最佳动力性优化控制策略的工程实现..........46
3.5 最佳动力性优化控制策略的仿真分析..........48
3.6 本章小结.......53
第 4 章 基于道路阻力估计的发动机-HMT 综合控制策略......55
4.1 发动机-HMT 综合控制策略.....55
4.2 道路阻力的实时估计方法研究 .......57
4.3 基于道路阻力估计的油门补偿算法研究......59
4.4 发动机-HMT 综合控制策略仿真研究 ..........61
4.5 本章小结.......64
第 5 章 结论与展望........65
5.1 全文总结.......65
5.2 创新点....66
5.3 研究展望.......66
第 4 章 基于道路阻力估计的发动机-HMT 综合控制策略
随着车辆电控水平的提高，无级变速车辆的传动控制已经向着发动机和变速器综合控制的方向发展。在此控制方案中，变速器与发动机都可独立控制，可以更加灵活、有效地执行控制策略。载重情况的不同，行驶地形条件的不同都会影响重载车辆的道路阻力的变化。对于传统车辆，在道路阻力变化时，驾驶员根据个人经验来调节发动机和变速器以适应外界条件，但这种调节随驾驶员经验的不同，调节效果有明显差异，且滞后于阻力变化，容易造成车辆速度和发动机转速的突变，甚至造成发动机熄火。因此，研究如何正确估计道路阻力，并能够依据阻力变化作出正确的调整以稳定车速和发动机转速的综合控制技术具有重要意义，也正是本章节所研究的内容。本章节提出了一种基于道路阻力估计的发动机-HMT 综合控制策略。结合 HMT车辆液压调速系统工作压力测量方便、可以实时定量地反映负载变化的特点，以及第三章关于 HMT 车辆最佳动力性的控制策略的研究，结合某型 HMT 的具体结构，建立了各工作段道路阻力估计模型，并仿真比较了估计值与测量值的差异，验证了道路阻力估计模型的正确性。设计并实现了基于道路阻力估计的功率补偿模块，通过主动调节发动机的油门开度，保证车辆在道路阻力发生变化时，能够快速做出响应，提高了发动机转速和整车速度的稳定性。仿真结果证明了该综合控制策略的有效性，对提高重型车辆适应复杂道路环境的能力具有一定作用。
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总结
本文以装载 HMT 的重载车辆为研究对象，对 HMT 的效率模型、面向整车动力性最优的最佳动力性控制策略、基于道路阻力估计的发动机-HMT 综合控制策略进行了相关研究，全文总结如下：
（1）在 HMT 液压路效率模型的研究中，HMT 在不同工作段时，变量泵和定量马达工作角色的互换会对系统的效率产生影响，不能认为是相等的。
（2）建立了 HMT 各工作段全工作域的统一效率模型，为确定面向整车加速性最优的 HMT 速比控制律奠定了基础。
（3）建立了表征换段过程马达转速跳变值与工作压力、输入转速和泵排量比之间关系的数学模型，为实现动力不中断平稳换段奠定了理论基础。
（4）分析了 HMT 车辆整车最佳动力性及其影响因素，指出传动无级变速车辆最佳动力性控制策略在 HMT 车辆上的使用具有局限性。确定了以整车加速性最优为控制目标的最佳动力性控制策略。
（5）考虑 HMT 传动效率和整车旋转质量换算系数的影响，以整车加速性最优为目标函数，设计并实现了遍历寻优算法，获得了目标速比控制律。
（6）针对寻优获得的目标速比不连续问题，采用多参数非线性拟合法进行处理，解决了前者在实际控制过程中可能导致发动机目标转速等参数矩抖动的问题。
（7）建立了 HMT 整车控制模型，对整车平路加速性能进行了仿真研究，仿真结果表明，相对于传统的基于发动机最佳动力性曲线给出的速比控制策略，采用基于加速性最优的最佳动力性策略获得的速比控制律在提高整车加速性能上具有明显优势。
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参考文献（略）