推土机闭锁式液力变矩器与闭锁控制研究
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【摘 要】近些年来，随着全球不可再生资源的日益枯竭，许多发达国家都在大力发展节能环保技术。装载机作为工程机械的主要机型之一，也开始逐渐应用闭锁式液力变矩器，并配合相应的闭锁控制技术实现节能减排。这种技术不仅保留了普通液力变矩器能使车辆起步平稳、换挡平顺、操作方便等优点，而且解决了其传动效率低的问题。
【关键词】装载机；闭锁控制；SIMULINK；闭锁式液力变矩器
一、液力变矩器闭锁的由来
液力变矩（Hydraulic Torque Converter简称TC）是通过工作轮叶片的相互作用，引起机械能与液体能的相互转换来传递动力，通过液体动量矩的变化来改变转矩的传动元件，具有无级连续改变转速与转矩的能力，对外负载有良好的自动调节和适应性。它在车辆上的应用，极大地简化了车辆的操纵，使其起步平稳、加速迅速、柔和。同时，由于用液体来传递动力，进一步降低了尖峰载荷和扭转振动，延长了动力传动系统的使用寿命，提高了乘坐舒适性和车辆平均行驶速度以及安全性和通过性。
虽然液力变矩器的性能优越，但最大的缺点是效率低。为了提高效率，人们采取了许多方法，起初一般是通过改变变矩器的结构或增加导轮和涡轮数目来扩大高效区，但其结构太复杂。1953年有了闭锁式液力变矩器的专利，而且也生产出了带闭锁的液力变矩器，它可大大提高在高速比情况下的传递效率，功率利用好，但由于它增加了成本，而且当时的油价便宜，并没有引起人们的注意也就没有被采用，直到1967年能源危机时，才使人们对它又产生了兴趣。
二、液力变矩器的闭锁条件
对于不同的变速器液力变矩器的闭锁时机不同。闭锁点的选择应根据实际情况来决定，或者设定在它们中间。早期的闭锁式液力变矩器，由于没有采用电子控制技术，闭锁时机的选择可考虑的因素很少，一般只是在高转速比的情况下闭锁，限制了它的充分利用，后来电子控制技术的应用极大地扩大了闭锁范围，综合考虑各种因素，在不同条件下设不同的闭锁时机，一般情况下，应遵循下面的闭锁条件：
（1）发动机应完全暖机，足以承受各种工作载荷且不至于熄火，在此情况下才允许闭锁；
（2）车速应比较高，足以保证能够平稳地传递动力而不至于发生明显的发动机动力波动和爆燃；
（3）只有在发动机转速和车速，或者是泵轮和涡轮的转速情况可以保证闭锁后不会造成明显的冲击和抖振时，才可以使闭锁离合器接合；
（4）在需要液力变矩器产生增扭作用以更快地加速时，必须解除闭锁；
（5）因为发动机油门关闭减速期间若闭锁，将增加排气污染和油耗，所以此时减速时应解锁；
（6）制动时若保持闭锁，则可能损坏发动机，此时必须解锁；
（7）对于自动变速器，换档时暂时解除闭锁，可以使动力传递更加平稳，换档平顺。
三、闭锁控制的方式
液力变矩器的闭锁控制有许多种方式，有液压闭锁式、离心闭锁式、粘性闭锁式等，最常用的是液压闭锁式。液压闭锁式液力变矩器是利用液压系统中的压力来使闭锁离合器结合，从而是涡轮和泵轮闭锁在一起，提高动力传递效率。液压闭锁式又可根据控制方式不同分为纯液压式闭锁和电液闭锁两种，前一种用滑动柱塞阀提供油压来控制，后一种采用电磁阀来控制闭锁油压，目前，几乎所有的自动变速器都通过使用一个电子控制系统来控制液力变矩器闭锁离合器电磁阀的通断，以此来控制闭锁油压。
早期的液力变矩器闭锁离合器多为利用开关式电磁阀来控制，要么闭锁，要么断开。由于液力变矩器的闭锁对提高燃油经济性很有效，所以其闭锁范围在不断扩大。但另一方面，由于完全闭锁实际上相当于机械连接，失去了其吸收振动和冲击的作用，对传动系统的寿命和乘座舒适性都有很大影响；而且如果在较低的速比下闭锁，泵轮与涡轮的转速差很大，引起车辆快速制动，极有可能导致发动机熄火。现在逐渐采用了脉冲式电磁阀，对闭锁离合器采用闭环滑转控制的方式，极大地提高了变矩器的效率，同时也改善了车辆的燃油经济性。
四、闭锁控制的实现
（一）开关式闭锁控制
对于开关式闭锁的实现相对要简单些，在需要闭锁时，接通闭锁电磁阀，向闭锁离合器供油压，完成闭锁功能；需要解锁时，断开电磁阀的电流就可完成。
开关式闭锁控制是一种开环控制系统，闭锁离合器的闭锁程度并没有把信号反馈给控制单元，为了在各种条件下该系统都能正常工作，势必需要提供足够高的闭锁油压，从节约能源方面考虑显然是不利的。
（二）滑轉式闭锁控制
在滑转闭锁控制中！动力的传递实际上是通过变矩器（液力传动）和闭锁离合器（机械传动）相结合的方式来传递的，滑转速度是闭锁离合器主动盘与被动盘转速的差，它决定了动力传递的分配比例，因此，可以根据控制滑转速度的大小来决定此比例的大小，从而使平衡闭锁与解锁之间存在矛盾。
固定车速下！功率传递分布.传递效率及传递转矩波动与滑转速度的关系。动力的机械传递与液力传递的比例与滑转速度有关，通过调节滑转速度就可以调节此比例值，使其满足实际需要；其传递效率自然也在机械传动与完全液力传动之间；由于滑转速度的存在，使转矩的波动大大减小，直至消失。
滑转速度由发动机转速和涡轮转速之差决定，所以在滑转闭锁控制系统中至少需要设置两个转速传感器，实际应用中多采用两个磁电式转速传感器来得到这两个信号。车速信号.油门开度信号.制动信号.换档信号.以及发动机转速和涡轮转速等信号都被输入到电子控制单元（ECU）经过电子控制单元处理后！输出相应的PWM信号到线性电磁阀，同时也有反馈信号进入ECU，以调整线性电磁阀的工作状态。
当进入滑转闭锁控制区后，根据车辆驾驶条件确定目标滑转速度，此目标值应使动力传递分配最合理。而实际的滑转速度可以根据发动机转速和涡轮转速计算得出，目标值与实际值的偏差作为反馈控制器的输入，并以此来决定输出控制线性电磁阀的PWM信号占空比的大小。
五、结语
为了设计合理的反馈控制器，首先应建立合理的物理模型，但由于影响建立物理模型的因素很多，比如变速器油和闭锁离合器衬片材料等都会影响闭锁过程；另外，由发动机转速和负荷决定的离合器接合力的变化，以及离合器传递转矩的非线性特性等都是影响因素，要确定合理的物理模型并不容易，而经过实验辨识的模型又严重依赖于实验条件，为了提高控制性能，对闭锁控制采用模糊控制和H∞控制理论是一种解决方法。
【参考文献】
[1]张广辉.推土机闭锁式液力变矩器与闭锁控制研究[D].长安大学，2015.