CN102252090A - 一种履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置及控制方法，闭锁控制参数为：涡轮转数、挡位信号和油门信号。该装置包括：涡轮转速传感器、挡位信号传感器、油门信号传感器、闭解锁模式选择开关、微电脑控制器、制动信号传感器、驱动电源和电液闭解锁装置。闭解锁模式选择开关、涡轮转速传感器、挡位信号传感器、油门信号传感器等单元采集数据，然后输入微电脑控制器，微电脑控制器对输入的信息进行处理，并将其输出到闭解锁电液控制装置实现液力变矩器的闭解锁操作。由于采用了三个参数作为闭锁控制参数，兼顾了动力性和经济性，可显著提高工程机械液力变矩器的工作效率和综合使用性能。本发明整体结构简单，操作使用方便，稳定性好，可靠性高。

Description

一种履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置及控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械辅助装置及其控制方法，尤其涉及一种履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置及控制方法。

背景技术

液力变矩器在工程车辆上的应用，极大地简化了车辆的操纵，使起步平稳、加速迅速；同时，通过液体传递动力，可降低传动系统的动载荷和振动，延长传动系统的使用寿命，提高车辆行驶安全性和通过性。但是，液力变矩器的传动效率较低，尤其是在高转速比的情况下，效率急剧下降，油耗和排放污染明显增加，这些缺点制约了液力变矩器的应用和发展。为了提高液力变矩器的传动效率，现在已经基本上淘汰了结构复杂、变矩比大、效率低的变矩器，而主要采用最简单的三元件单级变矩器和可闭锁的变矩器。可闭锁液力变矩器由于兼顾液力传动和机械传动的优点，而成为液力变矩器的发展趋势。目前，美国的卡特和日本的小松公司已经在推土机等履带式工程机械上安装了自动闭锁装置，而在众多国产推土机等履带式工程机械中，只有一家安装了闭锁离合器，而且为手动闭锁。所以，履带式工程机械液力变矩器的闭锁研究已成为我国推土机工程技术人员的重要任务。显然，要对履带式工程机械液力变矩器进行闭锁控制，首先要根据履带式工程机械传动系统牵引、行驶工况时的运行情况，选择合理的闭锁控制方法。既要保证液力变矩器较高的工作效率和工作可靠性，又要保证良好的动力性和燃油经济性。目前，以轮式装载机为代表的工程机械液力变矩器闭锁控制的应用主要是借鉴汽车的闭锁控制规律。但是，工程车辆与汽车有很大的区别，尤其是履带式工程机械的作业工况与汽车工况显著不同。因此，需要针对履带式工程机械的特殊工况和工作特点选择适合履带式工程机械的闭锁控制方法。中国专利（专利号ZL 2007 1 0135387.1）报道了“钢带式无级变速箱液力变矩器闭锁控制方法”，它是采用油门开度和车速两个参数作为汽车液力变矩器的闭锁控制参数，由于履带式工程机械的最高行驶速度一般低于20 Km/h，采用该方案控制时误差较大；中国专利（专利号ZL 20051 0071138.1）报道了“液力变矩器的锁止容量控制装置和方法”，它是通过滑摩控制技术实现液力变矩器较宽速范围内的部分或全部闭锁，提高液力变矩器的传动效率。但是此种方法由于在大范围内实现滑差传动，容易产生过多的热量，对系统的密封性要求较高，增加了零件加工工艺难度和加工成本，而且控制系统比较复杂，对于年生产量只有一万台左右的推土机等履带式工程机械来说不是很经济。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有工程机械尤其是履带式工程机械液力变矩器闭解锁技术的不足，提供一种适合力履带式工程机械液力变矩器闭解锁的装置和控制方法，该闭锁方法是专门针对履带式工程机械传动系统的牵引、行驶工况的特点制定的。

本发明所述的一种履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置及控制方法，是通过以下方式实现的：闭解锁控制参数为：涡轮转数、挡位信号和油门信号，它包括有：涡轮转速传感器、挡位信号传感器、油门信号传感器、闭解锁模式选择开关、微电脑控制器、制动信号传感器、驱动电源、电液闭解锁装置。涡轮转速传感器、挡位信号传感器、油门信号传感器、闭解锁模式选择开关等信息单元采集数据，将得到的信号通过微电脑控制器的通讯端口输入到微电脑控制器，微电脑控制器对输入的信息进行处理，并通过其输出端输入到闭解锁电液控制装置实现液力变矩器的闭解锁操作。一种履带式工程机械液力变矩器闭解锁的装置，包括有闭解锁模式选择模块、手动闭解锁模块、自动闭解锁模块、驱动电源模块和电液闭解锁装置组成。电液闭解锁方法主要包括以下内容：

(1)      在通电后，各端口及控制总线进行初始化；

(2)      对系统初始状态参数进行标定判断，如不需要重新标定，则进行下一步；如需要重新标定，按照系统条件进行参数标定；

(3)      输入模块进行数据采集，包括涡轮转速传感器、挡位信号传感器、油门信号传感器，并将采集到的数据输入到微电脑控制器；

(4)      调用制动模块，判定车辆是否进入制动模式；

(5)      调用闭解锁模式选择模块，确定车辆当前的闭解锁模式。如果闭解锁模式为手动，则车辆的闭解锁由人工根据车辆运行情况操作闭解锁开关来实现；如果闭解锁模式为自动，则由闭解锁自动模块控制闭解锁，自动模式的闭解锁功能由微电脑控制器根据预设的程序判断是否满足车辆的自动闭解锁条件；

(6)      采样处理各输入数据，包括涡轮转速、挡位信号、油门信号信息，并进行数据处理和判断；

(7)      根据当前的闭解锁模式，读取相应闭解锁模块的输出，进行车辆的闭解锁操作；

(8)      通过总线输入传感器传来的信号，并进行监测和判断，发送需要存储的数据到总线上；

(9)      程序返回并根据顺序方式循环执行。

所述的履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置和控制方法，其特征是：所述的闭解锁模式选择模块的控制方法为：

(1)      程序开始后，获得闭解锁模式选择开关的值，把开关的值作为程序当前运行的模式；

(2)      如果闭解锁模式选择开关的值与程序当前的模式不同，则继续下面的判断，否则重复执行步骤（2）；

(3)      等待一定的延迟时间后再重新获取闭解锁模式选择开关的值，延迟时间取为0.5 s到1 s之间的时间常量；当再次获取与当前模式不同的闭解锁模式信号时，改变闭解锁的模式，返回步骤（1），否则重复执行步骤（3）。

所述的履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置和控制方法，其特征是：所述的自动闭解锁模块的控制方法为：

(1)      程序开始后，判断当前闭解锁模式是否为自动模式，如果不是则结束该模块；

(2)      判断当前是否有制动信号，即制动踏板踩下，如果处于制动状态则模块输出为解锁状态，即液力传动模式，并结束该模块；

(3)      判定当前是否为空挡，如果模块输出为空挡，则输出为解锁状态，即液力传动模式，并结束该模块；

(4)      从数据输入模块获得涡轮转速、挡位信号、油门信号的信息，判断一定挡位和油门状态下的涡轮转速。当涡轮转速高于程序设定的该挡位以及对应的油门开度下的闭锁值时保持原状态，每隔0.5 -1 s再进行一次判断，当连续有N（4-7）次判断到涡轮转速高于设定闭锁值时，对液力变矩器进行闭锁操作，进入机械传动模式；

(5)      当涡轮转速低于程序设定的该挡位以及对应的油门开度下的涡轮转速解锁值时保持原状态，每隔0.5-1 s再进行一次判断，当连续有N（4-7）次判断到涡轮转速低于该解锁值时，对液力变矩器进行解锁操作，进行液力传动；

(6)      当涡轮转速处于程序设定的一定条件下的闭锁和解锁值之间时，保持液力变矩器的原状态不变；

(7)      当模块得到的涡轮转速始终低于该挡位和对应的油门开度下的液力变矩器闭锁值时，不进行闭锁操作，始终保持液力变矩器的液力传动状态。

通常，履带式工程机械的传动系统根据工作需要采用牵引工作挡位和行驶挡位的传动方案。为了提高传动系统的载荷适应能力，履带式工程机械在牵引工作挡位工作时，比如推土机的一挡，取较高的涡轮转速，闭锁点取在偶合点im处的涡轮转速，提高传动系统的稳定性，减小传动系统的冲击；当履带式工程机械在行驶挡位较低的挡位行驶时，比如推土机的二挡，工作载荷变化不是很大，液力变矩器闭锁点的涡轮转速可以降低，闭锁点取在最大效率点i*处的涡轮转速，充分发挥传动效率；前进行驶挡位较高的挡位（比如推土机的三挡）及后退挡的闭锁点取工作效率η为75%对应的较低的涡轮转速imin(η75%)，即在履带式工程机械正常启动行驶平稳后即可闭锁，充分利用机械传动的优势，以提高传动系统的效率和经济性。为保证闭解锁过程的稳定，解锁的涡轮转速相应降低30 r/min。

通过上述方法得到的闭解锁装置和控制方法，是专门根据履带式工程机械传动系统的牵引、行驶工况特点制定的，既保证了液力变矩器较高的工作效率和工作可靠性，又保证了燃油经济性和驾驶舒适度，显著提高了履带式工程机械液力变矩器的综合使用性能。用该方法进行液力变矩器闭解锁时，挡位信号、涡轮转速两参数提高了液力变矩器的工作效率，油门信号的引入提高了液力变矩器的动力经济性能，弥补了前两个信号不同油门下低效率的缺点。该液力变矩器闭解锁装置和控制方法可广泛应用于履带式工程机械液力变矩器的闭解锁控制。本发明所述的一种履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置及控制方法，整体结构简单，操作使用方便，稳定性好，可靠性高。

附图说明

附图1 为推土机液力变矩器闭解锁的控制装置框图，附图2为推土机液力变矩器闭解锁模式选择模块的流程图，附图3为推土机液力变矩器自动闭解锁装置流程图。

具体实施方式

现参照附图1、附图2和附图3，结合实施例说明如下：本发明所述的一种履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置及控制方法，是通过以下方式实现的：闭解锁控制参数为：涡轮转数、挡位信号和油门信号，它包括有：涡轮转速传感器、挡位信号传感器、油门信号传感器、闭解锁模式选择开关、微电脑控制器、制动信号传感器、驱动电源、电液闭解锁装置。涡轮转速传感器、挡位信号传感器、油门信号传感器、闭解锁模式选择开关等信息单元采集数据，将得到的信号通过微电脑控制器的通讯端口输入到微电脑控制器，微电脑控制器对输入的信息进行处理，并通过其输出端输入到闭解锁电液控制装置实现液力变矩器的闭解锁操作。一种履带式工程机械液力变矩器闭解锁的装置，包括有闭解锁模式选择模块、手动闭解锁模块、自动闭解锁模块、驱动电源模块和电液闭解锁装置组成。电液闭解锁方法主要包括以下内容：

(1)      在通电后，各端口及控制总线进行初始化；

(2)      对系统初始状态参数进行标定判断，如不需要重新标定，则进行下一步；如需要重新标定，按照系统条件进行参数标定；

(3)      输入模块进行数据采集，包括涡轮转速传感器、挡位信号传感器、油门信号传感器，并将采集到的数据输入到微电脑控制器；

(4)      调用制动模块，判定车辆是否进入制动模式；

(5)      调用闭解锁模式选择模块，确定车辆当前的闭解锁模式。如果闭解锁模式为手动，则车辆的闭解锁由人工根据车辆运行情况操作闭解锁开关来实现；如果闭解锁模式为自动，则由闭解锁自动模块控制闭解锁，自动模式的闭解锁功能由微电脑控制器根据预设的程序判断是否满足车辆的自动闭解锁条件；

(6)      采样处理各输入数据，包括涡轮转速、挡位信号、油门信号信息，并进行数据处理和判断；

(7)      根据当前的闭解锁模式，读取相应闭解锁模块的输出，进行车辆的闭解锁操作；

(8)      通过总线输入传感器传来的信号，并进行监测和判断，发送需要存储的数据到总线上；

(9)      程序返回并根据顺序方式循环执行。

所述的履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置和控制方法，其特征是：所述的闭解锁模式选择模块的控制方法为：

(1)      程序开始后，获得闭解锁模式选择开关的值，把开关的值作为程序当前运行的模式；

(2)      如果闭解锁模式选择开关的值与程序当前的模式不同，则继续下面的判断，否则重复执行步骤（2）；

(3)      等待一定的延迟时间后再重新获取闭解锁模式选择开关的值，延迟时间取为0.5 s到1 s之间的时间常量；当再次获取与当前模式不同的闭解锁模式信号时，改变闭解锁的模式，返回步骤（1），否则重复执行步骤（3）。

所述的履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置和控制方法，其特征是：所述的自动闭解锁模块的控制方法为：

(1)      程序开始后，判断当前闭解锁模式是否为自动模式，如果不是则结束该模块；

(2)      判断当前是否有制动信号，即制动踏板踩下，如果处于制动状态则模块输出为解锁状态，即液力传动模式，并结束该模块；

(3)      判定当前是否为空挡，如果模块输出为空挡，则输出为解锁状态，即液力传动模式，并结束该模块；

(4)      从数据输入模块获得涡轮转速、挡位信号、油门信号的信息，判断一定挡位和油门状态下的涡轮转速。当涡轮转速高于程序设定的该挡位以及对应的油门开度下的闭锁值时保持原状态，每隔0.5 -1 s再进行一次判断，当连续有N（4-7）次判断到涡轮转速高于设定闭锁值时，对液力变矩器进行闭锁操作，进入机械传动模式；

(5)      当涡轮转速低于程序设定的该挡位以及对应的油门开度下的涡轮转速解锁值时保持原状态，每隔0.5-1 s再进行一次判断，当连续有N（4-7）次判断到涡轮转速低于该解锁值时，对液力变矩器进行解锁操作，进行液力传动；

(6)      当涡轮转速处于程序设定的一定条件下的闭锁和解锁值之间时，保持液力变矩器的原状态不变；

(7)      当模块得到的涡轮转速始终低于该挡位和对应的油门开度下的液力变矩器闭锁值时，不进行闭锁操作，始终保持液力变矩器的液力传动状态。

通常，履带式工程机械的传动系统根据工作需要采用牵引工作挡位和行驶挡位的传动方案。为了提高传动系统的载荷适应能力，履带式工程机械在牵引工作挡位工作时，比如推土机的一挡，取较高的涡轮转速，闭锁点取在偶合点im处的涡轮转速，提高传动系统的稳定性，减小传动系统的冲击；当履带式工程机械在行驶挡位较低的挡位行驶时，比如推土机的二挡，工作载荷变化不是很大，液力变矩器闭锁点的涡轮转速可以降低，闭锁点取在最大效率点i*处的涡轮转速，充分发挥传动效率；前进行驶挡位较高的挡位（比如推土机的三挡）及后退挡的闭锁点取工作效率η为75%对应的较低的涡轮转速imin(η75%)，即在履带式工程机械正常启动行驶平稳后即可闭锁，充分利用机械传动的优势，以提高传动系统的效率和经济性。为保证闭解锁过程的稳定，解锁的涡轮转速相应降低30 r/min。

为能进一步了解本发明的内容、特点，以推土机为实施例，提供一种可实现推土机液力变矩器自动闭解锁装置和控制方法,并配合附图详细说明如下：

参照附图1，该推土机液力变矩器自动闭解锁装置包括有：涡轮转速传感器、挡位信号传感器、油门信号传感器、闭解锁模式选择开关、微电脑控制器、制动信号传感器、驱动电源、电液闭解锁装置。涡轮转速传感器、挡位信号传感器、油门信号传感器、闭解锁模式选择开关等信息单元采集数据，将得到的信号通过微电脑控制器的通讯端口输入到微电脑控制器，微电脑控制器对输入的信息进行处理，并通过其输出端输入到闭解锁电液控制装置实现液力变矩器的闭解锁操作。

该装置还包括参数标定、闭解锁模式选择、总线通讯等功能的微电脑控制器软件，以及包括检测参数显示软件等。

参照附图2，闭解锁模式选择模块的流程如下：

(1)      程序开始后，获得闭解锁模式选择开关的值，把开关的值作为程序当前的模式；

(2)      如果闭解锁模式选择开关的值与程序当前的模式不同，则继续下面的判断，否则重复执行步骤（2）；

(3)      等待一定的延迟时间后再重新获取闭解锁模式选择开关的值，延迟时间取为0.5 s到1 s之间的时间常量；当再次获取与当前模式不同的换挡模式信号时，改变闭解锁的模式，返回步骤（1），否则重复执行步骤（3）。

通常，推土机的传动系统根据工作需要采用前行三挡和后退三挡的传动方案。为了提高传动系统的载荷适应能力，推土机在前进一挡工作时，闭锁点取在偶合点im处涡轮转速；当推土机在前进二挡行驶时，闭锁点取在最大效率点i*处的涡轮转速，充分发挥传动效率；前进三挡及后退挡闭锁点取工作效率η为75%对应的较低的涡轮转速imin(η75%)，以提高传动系统的效率和经济性。为保证闭解锁过程的稳定，解锁的涡轮转速相应降低30 r/min。通过闭解锁模式选择模块，确定车辆当前的闭解锁模式。如果闭解锁模式为手动，则车辆的闭解锁由人工根据车辆运行情况操作闭解锁开关来实现；如果闭解锁模式为自动，则由闭解锁自动模块控制闭解锁，自动模式的闭解锁功能由微电脑控制器根据预设的程序判断是否满足车辆的自动闭解锁条件。

参照附图3，自动闭解锁模块的流程如下：

(1)      程序开始后，判断当前闭解锁模式是否为自动模式，如果不是则结束该模块；

(2)      判断当前是否有制动信号，即制动踏板踩下，如果处于制动状态则模块输出为解锁状态，即液力传动模式，并结束该模块；

(3)      判定当前是否为空挡，如果模块输出为空挡，则输出为解锁状态，即液力传动模式，并结束该模块；

(4)      从数据输入模块获得涡轮转速、挡位信号、油门信号的信息，判断一定挡位和油门状态下的涡轮转速。当涡轮转速高于程序设定的该挡位和油门开度下的涡轮转速闭锁值时保持原状态，每隔1 s再进行一次判断，当有N（4-7）次判断到涡轮转速高于设定值时，对液力变矩器进行闭锁操作，进行机械传动；

(5)      当涡轮转速低于程序设定的该挡位和油门开度下的涡轮转速解锁值时保持原状态，每隔1 s再进行一次判断，当有N（4-7）次判断到涡轮转速低于该解锁值时，对液力变矩器进行解锁操作，进行液力传动；

(6)      当涡轮转速处于程序设定的一定条件下的涡轮转速闭解锁值之间时保持液力变矩器的原状态不变；

(7)      当模块得到的涡轮转速始终低于该挡位和油门开度下的液力变矩器闭锁值时，不进行闭锁操作，始终保持液力变矩器的液力传动状态。

通过上述方法得到的闭解锁装置和控制方法，是专门根据履带式工程机械传动系统的牵引、行驶工况特点制定的，既保证了液力变矩器较高的工作效率和工作可靠性，又保证了燃油经济性和驾驶舒适度，显著提高了履带式工程机械液力变矩器的综合使用性能。用该方法进行液力变矩器闭解锁时，挡位信号、涡轮转速两参数提高了液力变矩器的工作效率，油门信号的引入提高了液力变矩器的动力经济性能，弥补了前两个信号不同油门下低效率的缺点。该液力变矩器闭解锁装置和控制方法可广泛应用于履带式工程机械液力变矩器的闭解锁控制。本发明所述的一种履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置及控制方法，整体结构简单，操作使用方便，稳定性好，可靠性高。

Claims (3)

1.一种履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置和控制方法，其特征在于闭锁控制参数为：涡轮转数、挡位信号和油门信号，它包括有：涡轮转速传感器、挡位信号传感器、油门信号传感器、闭解锁模式选择开关、微电脑控制器、制动信号传感器、驱动电源、电液闭解锁装置，电液闭解锁方法包括以下内容：

(1) 在通电后，各端口及控制总线进行初始化；

(2) 对系统初始状态参数进行标定判断，如不需要重新标定，则进行下一步；如需要重新标定，按照系统条件进行参数标定；

(3) 输入模块进行数据采集，包括涡轮转速传感器、挡位信号传感器、油门信号传感器，并将采集到的数据输入到微电脑控制器；

(4) 调用制动模块，判定车辆是否进入制动模式；

(5) 调用闭解锁模式选择模块，确定车辆当前的闭解锁模式；如果闭解锁模式为手动，则车辆的闭解锁由人工根据车辆运行情况操作闭解锁开关来实现；如果闭解锁模式为自动，则由闭解锁自动模块控制闭解锁，自动模式的闭解锁功能由微电脑控制器根据预设的程序判断是否满足车辆的自动闭解锁条件；

(6) 采样处理各输入数据，包括涡轮转速、挡位信号、油门信号信息，并进行数据处理和判断；

(7) 根据当前的闭解锁模式，读取相应闭解锁模块的输出，进行车辆的闭解锁操作；

(8) 通过总线输入传感器传来的信号，并进行监测和判断，发送需要存储的数据到总线上；

(9) 程序返回并根据顺序方式循环执行。

2.根据权利要求1所述的履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置和控制方法，其特征在于所述的闭解锁模式选择模块的控制方法为：

(1) 程序开始后，获得闭解锁模式选择开关的值，把开关的值作为程序当前运行的模式；

(2) 如果闭解锁模式选择开关的值与程序当前的模式不同，则继续下面的判断，否则重复执行步骤（2）；

(3) 等待一定的延迟时间后再重新获取闭解锁模式选择开关的值，延迟时间取为0.5 s到1 s之间的时间常量；当再次获取与当前模式不同的闭解锁模式信号时，改变闭解锁的模式，返回步骤（1），否则重复执行步骤（3）。

3.根据权利要求1所述的履带式工程机械液力变矩器闭解锁装置和控制方法，其特征在于所述的自动闭解锁模块的控制方法为：

(1) 程序开始后，判断当前闭解锁模式是否为自动模式，如果不是则结束该模块；

(2) 判断当前是否有制动信号，即制动踏板踩下，如果处于制动状态则模块输出为解锁状态，即液力传动模式，并结束该模块；

(3) 判定当前是否为空挡，如果模块输出为空挡，则输出为解锁状态，即液力传动模式，并结束该模块；

(4) 从数据输入模块获得涡轮转速、挡位信号、油门信号的信息，判断一定挡位和油门状态下的涡轮转速；当涡轮转速高于程序设定的该挡位以及对应的油门开度下的闭锁值时，保持原状态，每隔0.5 -1 s再进行一次判断，当连续有N（4-7）次判断到涡轮转速高于设定闭锁值时，对液力变矩器进行闭锁操作，进入机械传动模式；

(5) 当涡轮转速低于程序设定的该挡位以及对应的油门开度下的涡轮转速解锁值时，保持原状态，每隔0.5-1 s再进行一次判断，当连续有N（4-7）次判断到涡轮转速低于该解锁值时，对液力变矩器进行解锁操作，进行液力传动；

(6) 当涡轮转速处于程序设定的一定条件下的闭锁和解锁值之间时，保持液力变矩器的原状态不变；

(7) 当模块得到的涡轮转速始终低于该挡位和对应的油门开度下的液力变矩器闭锁值时，不进行闭锁操作，始终保持液力变矩器的液力传动状态。

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