CN103671896A - 大功率轮式拖拉机自动换挡系统的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率轮式拖拉机自动换挡系统的控制装置，涉及农业机械。控制装置由液压执行元件、电路控制元件、信息获取元件和信息处理元件四部分组成。控制器将获取的信息与设定数值比对，经过通过逻辑判断、运算、处理后发出指令。指令分别通过信号线输到电磁阀组合阀块，电磁阀组合阀块按指令向液压执行油缸供油，达到自动换挡、变速的目的。同时，控制器还将各类档位、转速、开关位置信息输送到显示器。扩大了档位的速比范围，提高了档位的密集度，提高拖拉机燃油经济性和综合使用性能。使驾驶员从繁重的换挡操作中解放出来，更专注于机体所带农机具的操作，减少了工作强度，提高了生产效率。

Description

大功率轮式拖拉机自动换挡系统的控制装置

技术领域

本发明涉及一种农业机械，尤其涉及一种大功率轮式拖拉机自动换挡系统的控制装置。

技术背景

随着轮式拖拉机功率的不断提高，农机具工作幅宽和拖拉机田间作业速度都有了大幅度提高，加上联合整地机的大量使用，都对拖拉机的操纵提出了更高的要求。为了获得拖拉机作业动力性和经济性的最佳匹配，要求拖拉机能够根据发动机工况和负载的变化，自动选择挡位。目前国外先进的大功率轮式拖拉机都普遍采用电子控制的自动换挡技术，如卡特彼勒公司的Challenger E系列、迪尔公司的8000系列、凯斯公司的Quadtrac、芬特公司的900系列等。现阶段可分为三种类型：液力自动变速器、电子控制机械式变速器和金属带无级自动变速器。

目前国内开发的大功率轮式拖拉机，多采用主离合器加机械换档变速箱和湿式主离合器加动力换档变速箱的传动系统型式，以上均为机械双杆操控。其特点表现为承载大，档位多，速比范围宽。在一些复杂多变的作业工况下，驾驶员极易造成误换挡，降低拖拉机行驶的安全性。驾驶员对换挡的最佳时机把握不好，也会对拖拉机的燃油经济性、动力性产生极大差异。另外频繁换挡操作，增加了驾驶员工作强度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种大功率轮式拖拉机自动换挡系统的控制装置，系统组成：有一个控制器，控制手柄的档位输出信号端通过导线与控制器相连，控制器连接发动机转速、车速、油门位置、离合位置、档位位置等传感器，将采集到的信号传输给电磁阀，电磁阀有多路输出分别连接到执行油缸，达到自动换挡。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种大功率轮式拖拉机自动换挡系统的控制装置，它是由液压执行元件、电路控制元件、信息获取元件和信息处理元件四部分组成；所述的液压执行元件从发动机、油箱、滤清器、齿轮泵和油管组成的动力系统获取动力；其特征在于：所述的液压执行元件为油缸，它包括：

1、变速箱换挡液压油缸有：变速箱换挡油缸a、变速箱换挡油缸b、变速箱换挡油缸c和变速箱换挡油缸d四个执行油缸；

2、分动箱换挡液压油缸有：分动箱换挡油缸e和分动箱换挡油缸f两个执行油缸；

3、离合器离合换位操纵由离合器操纵油缸g执行；

4、发动机油门位置操纵由油门位置操纵油缸h执行；

以上执行油缸分别由电路控制元件控制其动作；

所述的电路控制元件为电磁阀组合阀块；所述的电磁阀组合阀块包括：

1、控制变速箱换挡油缸的有：左右位电磁阀a、左右位电磁阀b、左右位电磁阀c和左右位电磁阀d四个电磁阀；

2、控制分动箱换挡油缸的有：左右位电磁阀e和左右位电磁阀f两个电磁阀；

3、控制离合器操纵油缸的为电磁阀g；

4、控制发动机油门位置操纵油缸的为电磁阀h；

所述的信息获取元件为传感器，它包括：

1、获取变速箱挡位信息的挡位位置传感器a、挡位位置传感器b、挡位位置传感器c和挡位位置传感器d四个传感器；

3、获取分动箱挡位信息的挡位位置传感器e和挡位位置传感器f两个传感器；

4、获取变速箱输出轴转速信息的为速度传感器；

5、获取离合器位置信息的为离合器位置传感器；

6、获取发动机转速信息的为转速传感器；

7、获取油门位置信息的为油门位置传感器；

以上传感器获取的信息分别通过信号线输到信息处理元件；

所述的信息处理元件为控制器；所述的控制器将获取的信息与设定数值比对，经过通过逻辑判断、运算、处理后发出指令；指令分别通过信号线输到电磁阀组合阀块，电磁阀组合阀块按指令向液压执行油缸供油，达到自动换挡、变速的目的；同时，控制器还将各类档位、转速、开关位置信息输送到显示器。

本发明的积极效果是，扩大了档位的速比范围，提高了档位的密集度，保证了拖拉机的燃油经济性和驾驶舒适度，显著提高了大功率轮式拖拉机的综合使用性能，使驾驶员从繁重的换挡操作中解放出来，更专注于机体所带农机具的操作，减少了工作强度，提高了生产效率。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的控制原理框图。

图2为拖拉机自动换挡模式切换模块的流程图。

图3为拖拉机自动换挡系统的流程图。

具体实施方式：

如图1所示：一种大功率轮式拖拉机自动换挡系统的控制装置，它是由液压执行元件、电路控制元件、信息获取元件和信息处理元件四部分组成；所述的液压执行元件从发动机、油箱、滤清器、齿轮泵和油管组成的动力系统获取动力。其特征在于：所述的液压执行元件为油缸，它包括：

1、变速箱换挡液压油缸有：变速箱换挡油缸a、变速箱换挡油缸b、变速箱换挡油缸c和变速箱换挡油缸d四个执行油缸。

2、分动箱换挡液压油缸有：分动箱换挡油缸e和分动箱换挡油缸f两个执行油缸；

3、离合器离合换位操纵由离合器操纵油缸g执行。

4、发动机油门位置操纵由油门位置操纵油缸h执行。

以上执行油缸分别由电路控制元件控制其动作。

所述的电路控制元件为电磁阀组合阀块；所述的电磁阀组合阀块包括：

1、控制变速箱换挡油缸的有：左右位电磁阀a、左右位电磁阀b、左右位电磁阀c和左右位电磁阀d四个电磁阀。

2、控制分动箱换挡油缸的有：左右位电磁阀e和左右位电磁阀f两个电磁阀。

3、控制离合器操纵油缸的为电磁阀g。

4、控制发动机油门位置操纵油缸的为电磁阀h。

所述的信息获取元件为传感器，它包括：

1、获取变速箱挡位信息的挡位位置传感器a、挡位位置传感器b、挡位位置传感器c和挡位位置传感器d四个传感器。

3、获取分动箱挡位信息的挡位位置传感器e和挡位位置传感器f两个传感器。

4、获取变速箱输出轴转速信息的为速度传感器。

5、获取离合器位置信息的为离合器位置传感器。

6、获取发动机转速信息的为转速传感器。

7、获取油门位置信息的为油门位置传感器。

以上传感器获取的信息分别通过信号线输到信息处理元件。

所述的信息处理元件为控制器；所述的控制器将获取的信息与设定数值比对，经过通过逻辑判断、运算、处理后发出指令；指令分别通过信号线输到电磁阀组合阀块，电磁阀组合阀块按指令向液压执行油缸供油，达到自动换挡、变速的目的；同时，控制器还将各类档位、转速、开关位置信息输送到显示器。

大功率轮式拖拉机变速机构为组合式变速箱，由变速箱与分动箱串联组成。该变速机构将二者档位进行穿插排布，满足农用拖拉机多档位要求。拖拉机变速换挡时需操纵变速箱和分动箱操纵杆，故操纵形式较为复杂。本自动换挡系统的控制方法为：在系统的初始设定中，根据变速机构档位穿插排布的顺序，参考理论车速表，将各档位进行有序排列。在自动换挡过程中，根据目标档位，控制器内部进行逻辑处理，实现从低档位到高档位自动选档和挂挡操作。

本装置工作原理：

首先控制器通过数据通道采集信号，采集油门位置信号和发动机转速信号，用来控制发动机的转速。采集离合器位置的信号，用来控制换档。采集档位和车速的信号来判断当前档位。然后控制器根据所采集的数据，按照相应的换档规律，得到在当前状态下的档位及油门位置。最后电控系统根据油门踏板的位置，电控手柄前进或后退的指令，由发动机转速变化情况，实际车速及其变化情况，自动地确认档位，操纵执行机构完成换档过程。在外部扩展后，还可以通过液晶屏显示所采集的数据(如发动机转速)和当前的档位信息。

自动换挡系统的工作原理：

在工作过程中，齿轮泵接受由发动机输出的动力。换挡时自动控制系统使得离合器分离，切断动力传输，自动控制系统根据传感器提取的车速和油门等信号，确定需要的档位。控制器根据目标档位，通过内部逻辑判断，完成选档操作；同时控制变速箱和分动箱换档电磁阀之间的逻辑动作，促使变速箱、分动箱各自的换挡油缸相应动作而完成换挡。选定档位后自动控制系统使得离合器结合，使拖拉机按照新选定的档位运行。在换挡控制过程中，主要是对离合器操纵油缸g、变速箱换挡油缸（a、b、c、d）与分动箱换挡油缸（e、f）的控制，再细述如下：

离合器分离控制过程：

本发明所述的大功率轮式拖拉机的离合器是保留的，可以在手动换挡模式下，进行操作。控制器根据拖拉机运行状态，控制离合器电磁阀g的阀芯运动，当离合器电磁阀g的A口与T口接通时，离合器操纵油缸g中的液压油经离合器电磁阀g的T口泄回油箱，此时离合器分离。

离合器接合控制过程：

控制器根据拖拉机运行状态，控制离合器电磁阀g的阀芯运动，当离合器电磁阀g的P口与A口接通时，油箱中的液压油经过过滤器进入齿轮泵，经离合器电磁阀g的A口为离合器操纵油缸g提供液压油，此时离合器接合。

变速箱换挡油缸与分动箱换挡油缸的控制过程：

大功率轮式拖拉机的变速机构为组合式变速箱，由变速箱与分动箱串联组成，变速箱、分动箱均为同步器换挡。在控制器的初始设定中，需要将两者档位进行穿插排布，根据理论车速表，将各档位进行有序的高低排列。在自动换挡控制过程中，控制器在选档、挂挡逻辑判断后，需同时控制变速箱和分动箱的换档电磁阀的动作。换挡操作从低档逐一进行升档，直至目标挡位，完成换挡。变速箱换挡油缸与分动箱换挡油缸的控制过程是一样的。换挡油缸的控制过程如下：

换挡油缸向左（前）运动控制过程：控制器控制左位换挡电磁阀与右位换挡电磁阀的动作，当左位换挡电磁阀的A口与T口接通时，右位换挡电磁阀的P口与A口接通，对应的换挡油缸的右端由右位换档电磁阀的P口与A口提供液压油，其左端的液压油通过左位换挡电磁阀的A口与T口泄油，活塞杆向左运动。

换挡油缸向右（后）运动控制过程：控制器控制左位换挡电磁阀与右位换挡电磁阀的动作，当右位换挡电磁阀的A口与T口接通时，左位换挡电磁阀的P口与A口接通，对应的换挡油缸的左端由左位换档电磁阀的P口与A口提供液压油，其右端的液压油通过右位换挡电磁阀的A口与T口泄油，活塞杆向右运动。

如图2所示：换挡模式切换模块的流程如下：

1、程序开始后，首先判断当前选择的换挡模式是否为自动模式，如不是则结束该模块，切换到手动换挡模式。

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档位状态，并结束该模块，切换到手动换挡模式；

3、判断当前是否为空档，如果处于空档，则保持当前档位不变，并结束该模块，切换到手动换挡模式。

如附图3所示：自动换挡系统的流程如下：

1、程序开始，首先判断当前换挡模式是否为自动模式，如果不是则结束该模块，切换为手动换挡操作；

2、在自动换挡模式下，判断发动机是否达到怠速，达到怠速后，控制离合器，直至完全分离；

3、判断离合器是否完全分离，如果完全分离，则结束该模块；

4、根据数据采集模块获得的整机车速、油门信号和档位信号等信息，判断一定油门和档位状态下的车速。当车速ν高于程序设定的目标档位的车速范围ν0时保持状态，每隔0.5秒再进行一次判断，当连续有多（5）次判断到车速高于目标档位值，且当前档不为最低档时才执行降档操作，否则保持当前档位不变；

5、当车速ν低于程序设定的目标档位的车速范围ν0时保持状态，每隔0.5秒在进行一次判断，当连续多（5）次判断到车速低于目标档位值，且当前档不为最高档时才执行升档操作，否则保持当前档位不变；

6、当车速处于程序设定的目标档位的车速范围ν0时，则保持原档位状态不变。

7、检测当前档位是否达到目标档位，如果达到则控制离合器，使其完全接合，恢复油门；

8、换挡结束。

Claims (1)

1.一种大功率轮式拖拉机自动换挡系统的控制装置，它是由液压执行元件、电路控制元件、信息获取元件和信息处理元件四部分组成；所述的液压执行元件从发动机、油箱、滤清器、齿轮泵和油管组成的动力系统获取动力；其特征在于：所述的液压执行元件为油缸，它包括： 

（1）变速箱换挡液压油缸有：变速箱换挡油缸a、变速箱换挡油缸b、变速箱换挡油缸c和变速箱换挡油缸d四个执行油缸； 

（2）分动箱换挡液压油缸有：分动箱换挡油缸e和分动箱换挡油缸f两个执行油缸； 

（3）离合器离合换位操纵由离合器操纵油缸g执行； 

（4）发动机油门位置操纵由油门位置操纵油缸h执行； 

以上执行油缸分别由电路控制元件控制其动作； 

所述的电路控制元件为电磁阀组合阀块；所述的电磁阀组合阀块包括： 

（1）控制变速箱换挡油缸的有：左右位电磁阀a、左右位电磁阀b、左右位电磁阀c和左右位电磁阀d四个电磁阀； 

（2）控制分动箱换挡油缸的有：左右位电磁阀e和左右位电磁阀f两个电磁阀； 

（3）控制离合器操纵油缸的为电磁阀g； 

（4）控制发动机油门位置操纵油缸的为电磁阀h； 

所述的信息获取元件为传感器，它包括： 

（1）获取变速箱挡位信息的挡位位置传感器a、挡位位置传感器b、挡位位置传感器c和挡位位置传感器d四个传感器； 

（3）获取分动箱挡位信息的挡位位置传感器e和挡位位置传感器f两个传感器； 

（4）获取变速箱输出轴转速信息的为速度传感器； 

（5）获取离合器位置信息的为离合器位置传感器； 

（6）获取发动机转速信息的为转速传感器； 

（7）获取油门位置信息的为油门位置传感器； 

以上传感器获取的信息分别通过信号线输到信息处理元件； 

所述的信息处理元件为控制器；所述的控制器将获取的信息与设定数值比对，经过通过逻辑判断、运算、处理后发出指令；指令分别通过信号线输到电磁阀组合阀块，电磁阀组合阀块按指令向液压执行油缸供油，达到自动换挡、变速的目的；同时，控制器还将各类档位、转速、开关 位置信息输送到显示器。 

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