CN102069709B - 轮式底盘工程机械及其上车取力控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，包括发动机控制单元、上车控制单元、采集装置、操纵装置和分动箱取力装置，采集装置实时获取变速箱的输出转速信号，操纵装置根据取力模式选择开关输出相应的取力信号，上车控制单元根据发动机转速信号和变速箱的输出转速信号确定变速箱的当前档位位置，并根据手刹制动和空档信号以及取力信号与当前档位位置的匹配关系，输出相应的取力有效控制信号，分动箱取力装置根据相应的取力信号以及取力有效控制信号进行切换。本发明，提供了多种取力工作模式，最大限度地吸收利用了发动机的动力并保护其不会超载。在此基础上，本发明还提供一种应用该取力控制系统的轮式底盘工程机械。

Description

轮式底盘工程机械及其上车取力控制系统

技术领域

本发明涉及轮式底盘工程机械，具体涉及一种轮式底盘工程机械及其上车取力控制系统。

背景技术

如今的工程建设中，各式各样的工程机械发挥着重要的作用，特别是采用汽车底盘的工程机械，由于其在机动性方面具有突出的优势，因此应用较为广泛。以混凝土施工设备为例，随着商品混凝土需求的迅猛发展，混凝土搅拌运输车、混凝土输送泵车等作为预拌混凝土的布料设备，以其作业范围广、转移方便、占用工作场地较小等优势，越来越多地被广大建筑行业所选用。

包括上述混凝土泵车在内的汽车底盘工程机械，大多是由通用汽车底盘和专用上车系统两部分组成的，并通过取力装置将汽车底盘的发动机的输出动力取出，从而驱动专用上车系统工作。

从汽车底盘上取力(PTO-power take off)有两种方式，一种是从发动机直接取力；另一种是采用分动箱取力。分动箱取力是通过分动箱将汽车底盘由“行驶模式”切换至“PTO工作模式”，从而将发动机的动力传递至上车系统使用。

现有技术中，部分通用汽车底盘的变速箱具有传动比等于1的“直接档”和传动比小于1的“超速档”两个档位。然而，目前的汽车底盘工程机械一般都定义在传动比为1的“直接档”档位取力，因此，未能有效合理地利用超速，从而没有最大限度地吸收和利用发动机的动力，也就是说，不能根据工作负载充分合理地控制发动机的转速，使其尽可能地工作在经济油耗区。

此外，现有此类工程机械的“PTO工作模式”的启用，往往需要操作人员首先将发动机熄火，然后再进行取力操作，同时需要操作者确认汽车底盘处于“手刹制动”或“空档”才能进行，其目的是确保变速箱在静止时进行分动箱实现动力传递方向的转换，防止在发动机运转时由于误操作切换，导致分动箱打齿，从而造成毁坏。显然，现有分动箱取力技术的可操作性较差，一方面存在误操作导致分动箱损坏的不安全隐患，另外，还存在着无法适应自动控制发展的缺陷。

有鉴于此，亟待针对现有结构进行优化设计，以满足现有采用分动箱取力的汽车底盘工程机械在合理、安全地取力的同时，根据不同的工况合理地控制柴油发动机的转速，让其尽可能地工作在经济油耗区，从而达到节能降耗的目地。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，使采用分动箱取力的轮式底盘工程机械取力操作简单、安全性高，同时根据不同的工况合理地控制柴油发动机的转速，让其尽可能地工作在经济油耗区，从而达到节能降耗的目地。在此基础上，本发明还提供了一种采用了该取力控制系统的轮式底盘工程机械。

本发明提供的轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，包括发动机控制单元、上车控制单元、采集装置、操纵装置和分动箱取力装置，所述发动机控制单元和上车控制单元通过电缆相连；所述采集装置设置在变速箱的输出端，用于实时获取变速箱的输出转速信号并输出至所述上车控制单元；所述操纵装置上设有用于选择不同取力模式选择开关，根据所述取力模式选择开关所选择的取力模式，所述操纵装置输出相应的取力信号至所述上车控制单元；所述发动机控制单元实时输出手刹制动、空档和发动机转速信号至所述上车控制单元；所述上车控制单元根据所述发动机转速信号和所述变速箱的输出转速信号确定变速箱的当前档位位置，并根据所述手刹制动和空档信号以及所述取力信号与所述当前档位位置的匹配关系，输出相应的取力有效控制信号；所述分动箱取力装置根据相应的取力信号以及相应的取力有效控制信号切换至取力工作状态。

优选地，所述当前档位位置包括直接档和超速档，所述取力信号包括直接档手动控制取力信号、直接档自动控制取力信号和超速档取力信号，所述直接档分别匹配所述直接档手动控制取力信号和所述直接档自动控制取力信号，所述超速档匹配所述超速档取力信号。

优选地，所述操纵装置上设有发动机转速增加和发动机转速降低控制按钮，分别用于输出发动机转速增加或发动机转速降低控制信号至所述发动机控制单元。

优选地，所述上车控制单元根据所述发动机控制单元实时传送的发动机负载率、发动机转速和发动机油耗参数调整上车系统的工作负载。

优选地，所述操纵装置包括无线发射器和与所述无线发射器相匹配的无线接收器，所述无线接收器设置在底盘上，所述取力模式选择开关、所述发动机转速增加和所述发动机转速降低控制按钮均设置在所述无线发射器上。

优选地，还包括设置在分动箱上的取力限位开关，用于输出取力成功控制信号，所述取力成功控制信号经所述上车控制单元输出至所述发动机控制单元。

优选地，所述发动机控制单元通过21针汽车连接器与所述上车控制单元相连。

优选地，所述发动机控制单元通过CAN总线与所述上车控制单元相连。

本发明提供的轮式底盘工程机械，包括轮式底盘和上车系统，还包括如前所述的轮式底盘工程机械的上车取力控制系统。

本发明提供的轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，上车控制单元根据发动机控制单元传送的发动机转速信号以及采集装置获取的变速箱的输出转速信号，确定变速箱的当前档位位置，并根据发动机控制单元传送的手刹制动和空档信号，以及操纵装置输出的取力信号与当前档位位置的匹配关系，输出相应的取力有效控制信号，使分动箱取力装置将分动箱切换至取力工作状态。本方案具有如下有效效果：

首先，使用过程中，只有在底盘处于“手刹制动”和“空档”两个条件都满足的情况下，上车控制单元才会输出取力有效控制信号，因此，避免了操作人员在误操作时毁坏设备的现象。同时，也解决了取力操作时必须要熄灭发动机才能进行操作的问题。

其次，通过对变速箱当前档位位置的确定，可以明确当前取力工况是否为超速档取力工作模式，在超速档取力工作模式下，上车控制单元自动地根据作业工况控制发动机的转速，从而避免了因超速而毁坏混凝土机械的油泵等问题。

再次，提供了多种取力工作模式，以最大限度地吸收利用发动机的动力并保护其不被超载。

在本发明提供的一种优选的技术方案中，当前档位位置包括直接档和超速档，特别是具有传动比小于1的超速档全自动控制取力模式，在负载允许的条件下，如晚上作业时，混凝土可输送条件特别的好，操作者完全可以选择该模式，在降低了发动机转速的情况下可以获得同样的输送量，既节能又降低了噪声，达到了节能降耗的目的。

在本发明提供的另一种优选的技术方案中，发动机控制单元通过21针汽车连接器或CAN总线与上车控制单元相连，统一规范了底盘的各种信号，使接线更加规律、维护更加方便。。

附图说明

图1是具体实施方式所述轮式底盘工程机械的上车取力控制系统示意图；

图2是无线发射器的控制面板示意图；

图3是21针汽车连接器每针的信号含义；

图4是具体实施方式所述混凝土输送泵车的整体结构示意图。

图中：

发动机控制单元(ECU)10、上车控制单元20、采集装置30、操纵装置40、取力模式选择开关、取力装置50、取力限位开关51。

具体实施方式

正如背景技术中所介绍的，混凝土输送泵车等工程机械是由通用汽车底盘加装相应的上车装置改装而成的，通过分动箱将汽车底盘发动机的输出动力取出从而驱动上车装置工作，行业内称之为“PTO工作模式”。

众所周知，不同的汽车底盘，其柴油发动机的转速和变速箱的传动比也各不相同，因此改装厂家首先必须合理、安全地驱动分动箱以达到从底盘发动机取力的要求，在取力过程中保证分动箱不会脱齿而致其毁坏，同时还要根据上车装置不同的作业工况合理地控制发动机的转速，以实现不同作业工况下发动机输出不同的功率，与实际的作业工况相匹配，以满足发动机工作在经济油耗区、达到节能降耗的目地。

为此，本发明的核心是提供一种轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，以使采用分动箱取力的轮式底盘工程机械取力操作简单、安全性高，同时实现了根据不同的作业工况合理地控制柴油发动机的转速。下面结合说明书附图说明本发明的具体实施方式。

不失一般性，本文以混凝土输送泵车为例进行详细说明，请参见图4。需要说明的是，本发明提供的技术方案并不仅限于应用在混凝土输送泵车，对其他采用汽车底盘的轮式工程机械均适用，如混凝土搅拌运输车、混凝土皮带式输送车、混凝土喷射机械、汽车起重机等。

图1是具体实施方式提供的轮式底盘工程机械的上车取力控制系统示意图，如图1所示，轮式底盘工程机械的上车取力控制系统包括发动机控制单元(ECU)10、上车控制单元20以及采集装置30和操纵装置40。

发动机控制单元10与上车控制单元20的连接方式有两种：一种是通过21针汽车连接器相连，另一种是通过CAN总线相连。对于采用21针汽车连接器技术方案，21针汽车连接器的每一针引脚均规范地定义了特定的信号(如图3所示)，使得改装厂家对各种底盘的取力改装统一化、规范化，解决了目前对底盘信号的采集线束乱，不规范，导致将来维修困难的问题。当各类传感器具备CAN总路线控制器，发动机控制单元10与上车控制单元20采用CAN总线相连则可以大大简化布线设计。

发动机控制单元10和上车控制单元20均为现车装备的控制单元，分别用于实现对发动机和上车装置的控制。采集装置30为一种转速传感器，安装在变速箱的输出端，用于实时获取变速箱的输出转速信号并输出至上车控制单元20；同时，发动机控制单元10也实时地将发动机转速信号输出至上车控制单元20，上车控制单元20根据变速箱的输出转速与发动机的转速之比，确定变速箱的当前档位位置。

操纵装置40上设有用于选择不同取力模式选择开关41，通过拨动取力模式选择开关41，可以选择不同的取力模式，如本具体实施例中具有直接档手动控制取力模式、直接档自动控制取力模式或超速档取力模式三种取力模式。操纵装置40根据取力模式选择开关41所选择的不同取力模式，输出相应的取力信号至上车控制单元20，这些取力信号分别是直接档手动控制取力信号、直接档自动控制取力信号和超速档取力信号，与直接档手动控制取力模式、直接档自动控制取力模式或超速档取力模式一一对应。

发动机控制单元10实时地将底盘的工作状态输出至上车控制单元20，包括手刹制动和空档信号，上车控制单元20根据手刹制动和空档信号，以及变速箱的当前档位位置和取力信号与当前档位位置的匹配关系，输出相应的取力有效控制信号。

分动箱取力装置50根据取力有效控制信号以及相应的取力信号切换至取力工作状态。

具体地说，上车控制单元20首先通过发动机控制单元10实时传送的底盘工作状态信号判断当前底盘的工作状态，如果收到了手刹制动和空档信号，则说明当前底盘处于手刹制动状态，并且变速箱处于空档位置，此时，上车控制单元20发出取力有效控制信号；否则，如果当前底盘不是同时满足处于手刹制动状态并且变速箱处于空档位置两个条件，则发出取力无效控制信号。分动箱取力装置50在取力有效控制信号的作用下，才能够驱动分动箱完成切换动作，即在取力有效控制信号的作用下，分动箱取力装置50根据取力信号，使取力气缸动作将变速箱切换至取力工作状态；否则，即使操纵装置40发出了相应的取力信号，但是由于上车控制单元20发出的是取力无效的控制信号，分动箱取力装置50也不能使分动箱产生切换动作。

是否可以使分动箱产生切换动作，还取决于相应的取力信号与变速箱的当前档位位置的匹配关系，只有相应的取力信号与变速箱的当前档位位置一致时，上车控制单元20才会输出相应的取力有效控制信号。例如，操作人员拨动取力模式选择开关41，选择直接档手动控制取力信号，则操纵装置40发出直接档手动控制取力信号至上车控制单元20，此时，上车控制单元20根据变速箱的输出转速与发动机转速之比确定变速箱的当前档位位置为超速档档位，于是发出取力信号无效控制信号，于是，分动箱取力装置不会使分动箱产生切换动作。如果，上车控制单元20根据变速箱的输出转速与发动机转速之比确定变速箱的当前档位位置为直接档档位，则发出取力有效控制信号，于是，分动箱取力装置使取力气缸动作将变速箱切换至取力工作状态。

经过以上分析可知，本具体实施方式提供的技术方案，首先实现了取力控制与底盘状态的电气互锁，只有当底盘处于手刹制动和空档状态下，取力信号才有效。其次，本具体实施方式提供的技术方案还实现了取力信号与变速箱当前档位位置的互锁，只有当取力信号与变速箱的当前档位置相匹配时，取力信号才有效。正是由于采用了这种设计，才使得本发明提供的技术方案，在不同的工作负载下，上车控制单元20适时地通过发动机控制单元10控制发动机的转速，使其尽可能地工作在经济油耗区，当负荷升高时，上车控制单元20就发出升速的数字控制信号，以使发动机的功率输出与之相适应，反之则可以适当减速，达到节能降耗的目地；另外工作间隙时的自动怠速功能也要求对发动机的转速进行自动调节，从而最大限度地吸收利用发动机的动力并保护其不被超载。

本具体实施方式具有直接档手动控制取力模式、直接档自动控制取力模式或超速档取力模式三种，通过拨动取力模式选择开关41进行选择。操纵装置40上设有发动机转速增加的发动机增速按钮42和发动机转速降低的发动机降速按钮43，当工作在直接档手动控制取力模式时，通过发动机增速按钮42和发动机降速按钮43调整发动机的转速。

此外，分动箱上设有取力限位开关51，当取力成功时，该取力限位开关51输出取力成功控制信号至上车控制单元，上车控制单元再通知发动机控制单元选择合适的工作曲线。同时，上车控制单元还根据发动机控制单元实时传送的发动机负载率、发动机转速和发动机油耗参数调整上车系统的工作负载，并根据工作负载手动或自动地输出发动机转速增加或降低控制信号反馈给发动机控制单元，以实现最大限度地吸收利用发动机的动力并保护其不被超载的目的。

本具体实施方式中，操纵装置40优选采用的是无线控制器，包括无线发射器和与无线发射器相匹配的无线接收器，无线接收器设置在底盘上，取力模式选择开关41、发动机增速按钮42和发动机降速按钮43均设置在无线发射器上，无线发射器的控制面板示意图如图2所示。

从目前国内工程机械所选用的通用汽车底盘来看，可分为欧系、日系和国产三种系列。其中，欧系汽车底盘在PTO取力时，可以通过0或1数字信号来控制发动机加速或减速，日系底盘的发动机转速在PTO取力模式激活后，其加速或减速一般使用0～5VDC的模拟量控制信号，也有使用PWM信号的。国产系列由于发动机选择极其不同，也不尽相同，但也大多为这两种方式。基于上述原理，本具体实施方式提供的技术方案是：从汽车底盘引出发动机转速信号至上车控制单元，上车控制单元根据不同的取力模式再输出发动机转速增加或降低控制信号至发动机控制单元，从而实现了发动机转速的闭环控制。如当上车装置的工作负荷增大时，上车控制单元就输出发动机转速增加控制信号至发动机控制单元(例如对于欧系汽车底盘，输出数字信号使发动机的转速降低、输出扭矩增大；对于日系底盘，则通过输出0～5VDC的模拟量控制信号或PWM信号对发动机进行控制)，使发动机的输出功率增加与上车负载相适应；反之，上车控制单元就输出发动机转速增加控制信号至发动机控制单元，使发动机转速增加，提高工作效率，以达到节能降耗的目地。另外，上车装置在工作间隙时，发动机自动怠速功能也要求对发动机的转速进行自动调节。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，包括通过电缆相连的发动机控制单元和上车控制单元，其特征在于，还包括：

采集装置，设置在变速箱的输出端，用于实时获取变速箱的输出转速信号并输出至所述上车控制单元；

操纵装置，其上设有用于选择不同取力模式选择开关，根据所述取力模式选择开关所选择的取力模式，所述操纵装置输出相应的取力信号至所述上车控制单元；

所述发动机控制单元实时输出手刹制动、空档和发动机转速信号至所述上车控制单元；

所述上车控制单元根据所述发动机转速信号和所述变速箱的输出转速信号确定变速箱的当前档位位置，并根据所述手刹制动和空档信号以及所述取力信号与所述当前档位位置的匹配关系，输出相应的取力有效控制信号；

分动箱取力装置根据相应的取力信号以及相应的取力有效控制信号切换至取力工作状态。

2.根据权利要求1所述的轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，其特征在于，所述当前档位位置包括直接档和超速档，所述取力信号包括直接档手动控制取力信号、直接档自动控制取力信号和超速档取力信号，所述直接档分别匹配所述直接档手动控制取力信号和所述直接档自动控制取力信号，所述超速档匹配所述超速档取力信号。

3.根据权利要求1所述的轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，其特征在于，所述操纵装置上设有发动机转速增加和发动机转速降低控制按钮，分别用于输出发动机转速增加或发动机转速降低控制信号至所述发动机控制单元。

4.根据权利要求1所述的轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，其特征在于，所述上车控制单元根据所述发动机控制单元实时传送的发动机负载率、发动机转速和发动机油耗参数调整上车系统的工作负载。

5.根据权利要求3所述的轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，其特征在于，所述操纵装置包括无线发射器和与所述无线发射器相匹配的无线接收器，所述无线接收器设置在底盘上，所述取力模式选择开关、所述发动机转速增加和所述发动机转速降低控制按钮均设置在所述无线发射器上。

6.根据权利要求1所述的轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，其特征在于，还包括设置在分动箱上的取力限位开关，用于输出取力成功控制信号，所述取力成功控制信号经所述上车控制单元输出至所述发动机控制单元。

7.根据权利要求1所述的轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，其特征在于，所述发动机控制单元通过21针汽车连接器与所述上车控制单元相连。

8.根据权利要求1所述的轮式底盘工程机械的上车取力控制系统，其特征在于，所述发动机控制单元通过CAN总线与所述上车控制单元相连。

9.轮式底盘工程机械，包括轮式底盘和上车系统，其特征在于，还包括如权利要求1至8项任一项所述的轮式底盘工程机械的上车取力控制系统。

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