CN102278464B - 一种履带式工程机械液力自动换挡装置 - Google Patents

Abstract

一种履带式工程机械液力自动换挡装置及控制方法，其特征是换挡控制参数为：涡轮转数和油门信号。该装置包括：涡轮转速传感器、油门信号传感器、制动信号传感器、换挡模式选择开关、挡位信号传感器、电子控制单元（ECU）、驱动电源、电液换挡装置。换挡模式选择开关、涡轮转速传感器、油门信号传感器、制动信号传感器和挡位信号传感器采集数据，然后输入电子控制单元，电子控制单元对输入的信息进行处理，并将其输出到换挡电液控制装置实现换挡操作。该自动换挡控制方法，兼顾了传动系统的动力性和经济性，可显著提高履带式工程机械的工作效率和综合使用性能。

Description

一种履带式工程机械液力自动换挡装置

技术领域

本发明涉及自动换档装置，尤其涉及一种履带式工程机械液力自动换挡装置。

背景技术

工程机械由于其作业环境与条件极其恶劣, 为提高其对随机变化的外载荷的适应能力, 大多采用液力传动串接一个液压动力换挡的机械变速器。这种液力机械传动装置兼有了液力传动和机械传动的诸多优点，比如起步平稳、加速迅速等；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。通常只要匹配合理, 既可避免机械传动重载下发动机的“熄火”问题, 又可提高克服低速重载的能力, 但降低了传动系统的效率。实践表明, 即使发动机不熄火, 也不允许长期在低效区工作。如在“失速”工况下工作一分钟, 液力传动的工作介质由于机械能全部转化为热能而“过热”。同样, 在高速轻载下, 如不及时换入高挡工作, 由于液力损失使传动效率降低而造成能量的损耗。目前工程机械尤其是推土机为主的履带式工程机械，主要是靠驾驶员的经验操作来保证液力传动在高效区工作，但是驾驶员的技术水平不同, 而且工程机械的作业条件复杂、作业环境恶劣。因此, 为了减轻驾驶员的劳动强度, 研究换挡策略, 由电子控制自动换挡, 实现液力传动经常在高效区工作, 将大大提高传动效率和车辆的作业生产率。目前，以轮式装载机为代表的工程机械自动换挡技术主要是根据其工作特点并借鉴汽车的换挡控制来实现。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、轮式装载机工况明显不同，而目前尚未有具备成熟自动换挡技术的履带式工程机械产品。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术工程机械尤其是履带式工程机械液力自动换挡技术的不足，提供一种履带式工程机械液力自动换挡装置，该换挡方法是专门针对履带式工程机械传动系统的牵引、行驶特殊工况的特点制定的。

本发明所述一种履带式工程机械液力自动换挡装置，是通过以下方式实现的：一种履带式工程机械液力自动换挡装置，其特征在于，自动换挡控制参数为：涡轮转速、挡位信号和油门信号，它包括有：涡轮转速传感器、油门信号传感器、制动信号传感器、换挡模式选择开关、挡位信号传感器、电子控制单元（ECU）、驱动电源、电液换挡装置；一种履带式工程机械液力自动换挡装置，其特征在于：它包括有换挡模式选择模块、手动换挡模块、自动换挡模块、驱动电源模块、电液换挡装置。

获取当前挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速； 

若涡轮转速处于设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速条件下的升挡值n2和降挡值n1之间时，保持当前挡位；

当涡轮转速低于设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速条件下的降挡值n1，且判断所述挡位信号不是最低挡位信号时，降低挡位；

当涡轮转速大于设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速条件下的升挡值n2，且判断所述挡位信号不是最高挡位信号时，升高挡位；

设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速条件下的升挡值n2和降挡值n1与不同工作挡位相匹配。

电液换挡方法包括以下内容：

(1)     在通电后，各端口及控制总线进行初始化；

(2)     对所述履带式工程机械液力自动换挡装置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，按照所述履带式工程机械液力自动换挡装置条件进行参数标定；

(3)     数据输入模块包括涡轮转速传感器、挡位信号传感器和油门信号传感器，数据输入模块对涡轮转速、油门信号及挡位信号数据采集，并将采集到的数据输入到电子控制单元（ECU）；

(4)     调用制动模块，判定车辆是否进入制动模式；

(5)     调用换挡模式选择模块，确定车辆当前的换挡模式。如果换挡模式为手动，则车辆的换挡由人工根据车辆运行情况操作换挡手柄来实现；如果换挡模式为自动，则由换挡自动模块控制换挡，自动模式的换挡功能由电子控制单元（ECU）根据预设的程序判断是否满足车辆的自动换挡条件；

(6)     采样处理各输入数据，包括涡轮转速、油门信号、制动信号和挡位信号等信息，电子控制单元（ECU）进行数据处理和判断；

(7)     根据当前的换挡模式，读取电子控制单元（ECU）的输出数据，进行车辆的换挡操作；

(8)     通过总线输入涡轮转速传感器、油门信号传感器、制动信号传感器和挡位信号传感器传来的信号，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。

本发明所述的一种履带式工程机械液力自动换挡装置，其特征在于：所述的换挡模式选择模块的控制方法为：

(1)     程序开始后，获得换挡模式选择开关的值，把开关的值作为程序当前运行的模式；

(2)     如果换挡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，延迟时间取为0.5 s到1 s之间的时间常量，再重新获取换挡模式选择开关的值；当再次获取与当前模式不同的换挡模式信号时，改变当前的换挡模式，返回步骤（1），否则重复执行步骤（3）。

本发明所述的一种履带式工程机械液力自动换挡装置，其特征在于：所述的自动换挡模块的控制方法还包括：

(1)     程序开始后，判断当前换挡模式是否为自动模式，如果不是则结束该自动换挡模块；

(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当前挡位状态，并结束该自动换挡模块；

(3)     判定当前是否为空挡，如果模块输出为空挡，则保持当前挡位不变，并结束该自动换挡模块；

(4)     从数据输入模块获得涡轮转速、油门信号和挡位信号的信息，判断该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速。当涡轮转速n高于程序设定的该挡位以及其对应的油门开度下的升挡值n2时保持原状态，每隔0.3 -0.5 s再进行一次判断，当连续有N次判断到涡轮转速高于设定升挡值时，且当前挡不为最高挡位时对车辆进行升挡操作，否则保持挡位不变，所说的N可以为多次，一般为四到七次；

(5)     当涡轮转速n低于程序设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速降挡值n1时保持原状态，每隔0.3 -0.5 s再进行一次判断，当连续有N次判断到涡轮转速低于设定降挡值时，且当前挡不为最低挡位时才执行降挡操作，否则保持当前挡位不变，所说的N可以为多次，一般为四到七次；

(6)     当涡轮转速处于程序设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速条件下的升挡n2和降挡值n1之间时，保持车辆原挡位状态不变；

(7)     当自动换挡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升挡值时，不进行升挡操作，保持该挡位的传动。

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挡位工作时（比如推土机的一挡），升挡点取工作效率η为75%对应的较高的涡轮转速imax(η-75%)，提高传动系统的动力性和稳定性，减小传动系统的冲击；当履带式工程机械在行驶挡位（比如推土机的二、三挡）以及后退挡行驶时，工作载荷变化不是很大，换挡点取在工作效率η为80%对应的涡轮转速iη-80%（imin(η-80%) - imax(η-80%)），即当涡轮转速高于升挡点的涡轮转速imax(η-80%)进行升挡操作，当涡轮转速低于降挡点对应的涡轮转速imin(η-80%)进行降挡操作。

本发明所述的一种履带式工程机械液力自动换挡装置，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，既保证了车辆传动系统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的综合使用性能。该自动换挡装置可广泛应用于履带式工程机械的液力自动换挡控制。

附图说明

附图1是本发明所述一种履带式工程机械液力自动换挡装置的液力自动换挡的控制装置框图，附图2为液力换挡模式选择模块的流程图，附图3为推土机液力自动换挡装置流程图。

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：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自动换挡装置，并配合附图详细说明如下：

如附图1所示，本发明所述的一种履带式工程机械液力自动换挡装置包括有：涡轮转速传感器、油门信号传感器、换挡模式选择开关、挡位信号传感器、电子控制单元（ECU）、制动信号传感器、驱动电源、电液换挡装置。换挡模式选择开关、涡轮转速传感器、油门信号传感器、制动信号传感器和挡位信号传感器等信息单元采集数据，将得到的信号通过电子控制单元（ECU）的通讯端口输入到电子控制单元（ECU），电子控制单元（ECU）对输入的信息进行处理，并通过其输出端输入到换挡电液控制装置实现液力自动换挡操作。本发明所述的一种履带式工程机械液力自动换挡装置还包括有：参数标定、换挡模式选择、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。

如附图2所示，换挡模式选择模块的流程如下：

(1)     程序开始后，获得换挡模式选择开关的值，把开关的值作为程序当前的模式；

(2)     如果换挡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换挡模式选择开关的值，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，改变换挡的模式，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进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，取较高的涡轮转速，升挡点取工作效率η为75%对应的较高涡轮转速imax(η-75%)，提高传动系统的动力性和稳定性，减小传动系统的冲击；当推土机在前进二挡、三挡以及后退挡行驶时，工作载荷变化不是很大，换挡点取在工作效率η为80%对应的涡轮转速iη-80%（imin(η-80%)- imax(η-80%)），即当涡轮转速高于升挡点的涡轮转速imax(η-80%)进行升挡操作，当涡轮转速低于降挡点的涡轮转速imin(η-80%)进行降挡操作。通过换挡选择模块，确定车辆当前的换挡模式。如果换挡模式为手动模式，则车辆的换挡操作由人工根据车辆运行情况操作换挡手柄来实现；如果换挡模式为自动模式，则由换挡自动模块控制换挡操作，自动模式的换挡功能由电子控制单元（ECU）根据预设的程序判断是否满足车辆的自动换挡条件。

如附图3所示，自动换挡模块的流程如下：

(1)     程序开始后，判断当前换挡模式是否为自动模式，如果不是则结束该自动换挡模块，换挡由人工操作；

(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自动换挡模块输出为当前挡位状态，并结束该自动换挡模块；

(3)     判定当前是否为空挡，如果自动换挡模块输出为空挡，则保持当前挡位不变，并结束该自动换挡模块；

(4)     从数据输入模块获得涡轮转速、油门信号和挡位信号的信息，判断该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速。当涡轮转速n高于程序设定的该当前挡位以及对应的油门开度下的升挡值n2时保持原状态，每隔0.3 -0.5 s再进行一次判断，当连续有N次判断到涡轮转速高于设定升挡值时，且当前挡不为最高挡位时对车辆进行升挡操作，否则保持当前挡位不变，所说的N可以为多次，一般为四到七次；

(5)     当涡轮转速n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降挡值n1时保持原状态，每隔0.3 -0.5 s再进行一次判断，当连续有N次判断到涡轮转速低于设定降挡值时，且当前挡不为最低挡位时才执行降挡操作，否则保持当前挡位不变，所说的N可以为多次，一般为四到七次；

(6)     当涡轮转速处于程序设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速条件下的升挡和降挡值之间时，保持车辆原挡位状态不变；

(7)     当自动换挡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升挡值时，不进行升挡操作，保持该挡位的传动。

Claims (3)

1. 一种履带式工程机械液力自动换挡装置，包括有：涡轮转速传感器、油门信号传感器、制动信号传感器、换挡模式选择开关、挡位信号传感器、电子控制单元（ECU）、驱动电源、自动换挡控制模块、电液换挡装置，其特征在于，自动换挡控制参数为：涡轮转速、挡位信号和油门信号；自动换挡控制模块的控制方法主要包括：

获取当前挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速； 

若涡轮转速处于设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速条件下的升挡值n2和降挡值n1之间时，保持当前挡位；

当涡轮转速低于设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速条件下的降挡值n1，且判断所述当前挡位信号不是最低挡位信号时，降低挡位；

当涡轮转速大于设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速条件下的升挡值n2，且判断所述当前挡位信号不是最高挡位信号时，升高挡位；

设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速条件下的升挡值n2和降挡值n1与不同工作挡位相匹配。

2. 根据权利要求1所述的一种履带式工程机械液力自动换挡装置，其特征在于：所述履带式工程机械液力自动换挡装置包括有换挡模式选择模块、手动换挡模块、驱动电源模块；

电液换挡方法包括以下内容：

(1) 在通电后，各端口及控制总线进行初始化；

(2) 对所述履带式工程机械液力自动换挡装置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，按照所述履带式工程机械液力自动换挡装置条件进行参数标定；

(3) 数据输入模块包括涡轮转速传感器、挡位信号传感器和油门信号传感器，数据输入模块对涡轮转速、油门信号及挡位信号数据采集，并将采集到的数据输入到电子控制单元（ECU）；

(4) 调用制动模块，判定车辆是否进入制动模式；

(5) 调用换挡模式选择模块，确定车辆当前的换挡模式；如果换挡模式为手动，则车辆的换挡由人工根据车辆运行情况操作换挡手柄来实现；如果换挡模式为自动，则由换挡自动模块控制换挡，自动模式的换挡功能由电子控制单元（ECU）根据预设的程序判断是否满足车辆的自动换挡条件；

(6) 采样处理各输入数据，包括涡轮转速、油门信号、制动信号和挡位信号信息，电子控制单元（ECU）进行数据处理和判断；

(7) 根据当前的换挡模式，读取电子控制单元（ECU）的输出数据，进行车辆的换挡操作；

(8) 通过总线输入涡轮转速传感器、油门信号传感器、制动信号传感器和挡位信号传感器传来的信号，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。

3. 根据权利要求1所述的一种履带式工程机械液力自动换挡装置，其特征在于：所述的自动换挡模块的控制方法还包括：

(1)程序开始后，判断当前换挡模式是否为自动模式，如果不是则结束该自动换挡模块；

(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自动换挡模块输出为当前挡位状态，并结束该自动换挡模块；

(3)判定当前是否为空挡，如果自动换挡模块输出为空挡，则保持当前挡位不变，并结束该自动换挡模块；

(4)从数据输入模块获得涡轮转速、油门信号和挡位信号的信息，判断该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速；当涡轮转速n高于程序设定的该挡位以及其对应的油门开度下的升挡值n2时保持原状态，每隔0.3 -0.5 s再进行一次判断，当连续有N次判断到涡轮转速高于设定升挡值时，且当前挡不为最高挡位时对车辆进行升挡操作，否则保持挡位不变；

(5)当涡轮转速n低于程序设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速降挡值n1时保持原状态，每隔0.3 -0.5 s再进行一次判断，当连续有N次判断到涡轮转速低于设定降挡值时，且当前挡不为最低挡位时才执行降挡操作，否则保持当前挡位不变；

(6)当涡轮转速处于程序设定的该挡位以及其对应的油门开度下的涡轮转速条件下的升挡值n2和降挡值n1之间时，保持车辆原挡位状态不变；

(7)当自动换挡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升挡值时，不进行升挡操作，保持该挡位的传动。