CN103791080B - 压路机电控变速选挡控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电控技术领域，提出一种压路机电控变速选挡控制系统，提出的一种压路机电控变速选挡控制系统包括有挡位选择器（1）、选档执行气缸（2）和选挡气缸行程反馈单元（3）、液压马达变量泵开度调节控制手柄（4）、液压马达变量泵开度调节执行电机（5）以及系统总控制单元（6）；系统总控制单元（6）根据档位选择器（1）输出的档位信号输出驱动信号给选档执行气缸（2），系统总控制单元（6）接收到液压马达变量泵开度调节控制手柄（4）输入的液压马达变量泵开度信号后，输出一个驱动信号给液压马达变量泵调节执行机构（5）。本发明提高了操作舒适性和整体变速选挡的智能化、稳定性。

Description

压路机电控变速选挡控制系统
技术领域
本发明属于电控技术领域，具体涉及一种压路机电控变速选挡控制系统。
背景技术
全液压压路机为目前国内单钢轮压路机类的主流产品，因其采用液压马达驱动行走，故命名为“全液压压路机”。但该类压路机根据变速方式又可以进行细分，即包括变量泵直接控制速度的控制方式和带有二级机械变速箱结构的控制方式。两种结构各有所长，但在操纵方式上差距较大。换向变量泵是通过液压马达直接控制速度和方向的，采用电比例手柄或者机械软轴控制泵的流向和流速；而带有二级机械变速箱结构的则具有副变速操纵杆，即在驾驶室内增设由机械操纵变速的操纵杆，通过手动机械式操纵实现变速。带有二级机械变速箱结构的控制方式，因其现有副变速操纵杆为多连杆机械结构，需要在车辆上提供多个支撑点，造成转折点较多，所以采用多连杆机械结构大大的降低了机械传递效率，造成操纵阻力增加，驾驶人员舒适性相对较差。同时多连杆机械结构需要在驾驶室内安装操纵杆，而铰接点在室外，也就是在驾驶室后壁要开设长槽，对驾驶室的密封、降噪、防尘及后期维修售后都带来非常大的困难。。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的提出一种压路机电控变速选挡控制系统。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种压路机电控变速选挡控制系统，所述的电控变速选挡控制系统包括有挡位选择器、作为选挡执行机构的选档执行气缸和选挡气缸行程反馈单元、用以控制液压马达变量泵开度调节的液压马达变量泵开度调节控制手柄和液压马达变量泵开度调节执行机构以及作为整个压路机电控变速选挡控制系统的信号接收、分析及输出控制核心的系统总控制单元；所述的档位选择器与系统总控制单元的输入端口相连接，将档位选择器所输出的档位信号送入系统总控制单元；所述的系统总控制单元通过系统控制单元的MOS管驱动部分与所述的选档执行气缸相连，根据所接收的档位信号输出一个驱动信号给选档执行气缸；所述的选档执行气缸与二级变速箱的选档摇臂连接，驱动二级变速箱的选档摇臂进行动作；所述的选档执行气缸采用多段式电控选档执行气缸；所述的选档执行气缸行程反馈单元对应所述的选档执行气缸设置；所述的选档执行气缸行程反馈单元采用开关型无触点霍尔传感器；所述开关型无触点霍尔传感器的磁环设置在所述选档执行气缸的活塞杆上；所述的选档执行气缸行程反馈单元与系统总控制单元输入端口相连接，将选档执行气缸的行程位置信号反馈给系统总控制单元；所述的选档执行气缸的行程位置信号与档位选择器所输出的档位信号对应；所述的液压马达变量泵开度调节控制手柄与系统总控制单元的AD采集端口相连接，将液压马达变量泵开度信号送入系统总控制单元；所述的系统总控制单元接收到液压马达变量泵开度调节控制手柄输入的液压马达变量泵开度信号后，输出一个驱动信号给液压马达变量泵调节执行机构；液压马达变量泵调节执行机构控制液压马达变量泵动作，使液压马达变量泵开度达到与档位选择器的挡位信号、选档执行气缸的行程位置信号对应的开度，完成档位变换动作；系统总控制单元通过输出端口将系统总控制单元执行选挡动作后返回的档位状态指示信号返回到档位选择器，并由档位选择器的档位状态指示灯进行显示；液压马达变量泵开度调节执行机构的行程位置反馈信号与系统总控制单元的AD采集端口相连接，将液压马达变量泵开度调节执行机构的行程位置通过一个代表执行电机行程位置的电压值送入系统总控制单元；
当选挡执行气缸的行程位置到达档位选择器选择的位置时，系统总控制单元根据所接收的，由液压马达变量泵开度调节控制手柄给出的，液压马达变量泵开度信号，控制液压马达变量泵开度调节执行机构工作；使液压马达变量泵开度达到与档位选择器的挡位信号、选档执行气缸的行程位置信号对应的开度；
当选挡执行气缸的行程位置未到达档位选择器选择的位置时，系统总控制单元将采集到的液压马达变量泵开度调节手柄的开度信号储存起来，不依据此信号决定液压马达变量泵开度即电动推杆行程；此时，系统总控制单元对液压马达变量泵开度调节执行机构输出一个事先设定的微小变化量，从而缓慢改变液压马达变量泵开度调节执行机构行程，直到选挡执行气缸执行的位置与档位选择器选择的位置相同。
所述的挡位选择器采用三位旋钮开关，用来产生一挡、二挡、三挡三个挡位选择信号，所述的挡位选择器具有挡位状态指示灯，挡位状态指示灯用于接收并显示系统总控制单元执行选挡动作后返回的挡位状态指示信号。
所述的液压马达变量泵开度调节控制手柄采用0-5V输出的电比例控制手柄。
所述的系统总控制单元采用PIC16F91x系列单片机作为系统总控制单元的核心MCU；所述的PIC16F91x系列单片机具有用以采集挡位选择器所输出的挡位信号的输入端口，具有用以将选档执行气缸的行程信号反馈给挡位选择器的输出端口，具有用于采集液压马达变量泵开度调节控制手柄输出的液压马达变量泵开度调节信号的A/D采集端口，具有用于控制选档执行气缸动作的MOS管驱动部分，具有输出驱动选档执行气缸动作信号的输出端口，具有用于采集选档执行气缸的行程位置信号的A/D采集端口，具有用于驱动液压马达变量泵开度调节执行电机动作的电机驱动部分，具有采集执行电机的执行电机反馈信号的A/D采集端口。
本发明提出的一种压路机电控变速选挡控制系统，采用上述技术方案，具有以下有益效果：
（1）、本发明执行机构采用多段式电控选档执行气缸。选档执行气缸设计有三个先导单元，通过各先导电磁阀不同的通/断电逻辑组合控制选档执行气缸处于不同位置带动选档摇臂实现选档动作；解决了原多连杆机械结构支撑点、转折点多，传递效率低，驾驶人员在操纵时阻力大且舒适性相对较差等问题；
（2）、选档执行气缸行程反馈单元：选档执行气缸对防水、防尘及气体清洁度等工作条件具有相对严格的要求，一旦气源不清洁可能会发生气缸卡滞、执行不到位等故障现象；本发明在选档执行气缸缸体上增加反馈单元装置，此反馈单元采用无触点霍尔元件感应式传感器，与选档执行气缸缸体内部安装磁环，磁环随选档执行气缸活塞杆运动，传感器安装于缸体上固定位置，分别对应不同挡位时磁环停留位置，通过反馈单元传递回反馈信号可以判断选档执行气缸是否执行到位；
（3）、电比例控制手柄及执行电机：全液压压路机工作时是利用液压驱动液压马达的转动，连接到机械变速箱进行挡位切换后实现变速的；本发明对于此部分的设计采用液压马达变量泵开度调节控制手柄控制泵的流向和流速从而驱动液压马达直接控制车辆的车速和方向；相较于传统的机械式软轴控制换向变量泵，电比例手柄的驱动方式具有操作力小，不容易驾驶疲劳；流量改变缓慢、平稳对泵冲击小，防止软轴控制方式因人工操作不当对车辆造成损害等。
（4）、系统总控制单元采用PIC16F91X系列单片机；由于PIC16F91X系列单片机采用哈佛总线结构的8位中端单片机，其程序存储区和数据存储区在物理上完全独立，读取指令的总线和存取数据的总线也完全分开；这样的结构让指令总线和数据总线的宽度不一样成为可能；故其数据总线为8位，指令总线为14位；且由于总线结构独立，读取指令和存取操作数可以同时进行，提高了单片机内的数据流量进一步提高代码的执行效率。另外，PIC16系列中端单片机都有同样的运算控制和控制内核，各个型号所不同的只是配属的外围功能模块的不同；所以本发明采用PIC16F系列的单片机可以根据功能要求的改变方便且以较低的成本更改系统设计。
综上所述，本发明采用多段式电控选档执行气缸作为选挡执行机构，以电比例控制手柄和电动推杆作为液压马达变量泵开度调节部分，通过选档执行气缸行程反馈单元和系统总控制单元将他们结合起来实现了压路机电控变速选挡系统的智能化控制，提高了操作舒适性和整体变速选挡的智能化、稳定性；解决了现有操作系统安装困难、操作沉重、破坏驾驶室密封、防尘的问题。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图2是本发明实现流程示意图。
图中：1、挡位选择器，2、选档执行气缸，3、选挡气缸行程反馈单元，4、液压马达变量泵开度调节控制手柄，5、液压马达变量泵开度调节执行电机，6、系统总控制单元。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本发明加以说明：
如图1所示，一种压路机电控变速选挡控制系统，所述的电控变速选挡控制系统包括有挡位选择器1、作为选挡执行机构的选档执行气缸2和选挡气缸行程反馈单元3、用以控制液压马达变量泵开度调节的液压马达变量泵开度调节控制手柄4和液压马达变量泵开度调节执行机构5以及作为整个压路机电控变速选挡控制系统的信号接收、分析及输出控制核心的系统总控制单元6；所述的档位选择器1与系统总控制单元6的输入端口相连接，将档位选择器1所输出的档位信号送入系统总控制单元6；所述的系统总控制单元6通过系统控制单元的MOS管驱动部分与所述的选档执行气缸相连，根据所接收的档位信号输出一个驱动信号给选档执行气缸2；所述的选档执行气缸2与二级变速箱的选档摇臂连接，驱动二级变速箱的选档摇臂进行动作；所述的选档执行气缸2采用多段式电控选档执行气缸；该实施例中，所述的多段式电控选档执行气缸采用专利号为“201220740405.5”公开的“一种新型多段式气动执行缸”；专利号为“201220740405.5”公开的“一种新型多段式气动执行缸”为四段式气动执行缸，该实施例中所采用的多段式电控选档执行气缸为三段式气动执行缸；多段式气动执行缸内具有三个先导单元，通过各先导电磁阀不同的通/断电逻辑组合控制选档执行气缸处于不同位置带动选档摇臂实现选档动作；三个先导单元分别控制前进挡、中停挡和后退档，其中选档执行气缸的活塞杆全部伸出时对应后退挡，选档执行气缸的活塞杆全部缩回时对应前进挡，选档执行气缸的活塞杆伸出两分之一时对应中停挡；所述的选档执行气缸行程反馈单元3对应所述的选档执行气缸2设置；所述的选档执行气缸行程反馈单元3采用开关型无触点霍尔传感器；所述开关型无触点霍尔传感器的磁环设置在所述选档执行气缸2的活塞杆上；磁环随选档执行气缸活塞杆做往复运动，并将对应不同挡位时磁环的停留位置传递给开关型无触点霍尔传感器，通过选档执行气缸行程反馈单元3传递回位置反馈信号可以判断选档执行气缸是否执行到位；所述的选档执行气缸行程反馈单元3与系统总控制单元输入端口相连接，将选档执行气缸2的行程位置信号反馈给系统总控制单元6；所述的选档执行气缸2的行程位置信号与档位选择器1所输出的档位信号对应；所述的液压马达变量泵开度调节控制手柄4与系统总控制单元6的AD采集端口相连接，将液压马达变量泵开度信号送入系统总控制单元6；所述的系统总控制单元6接收到液压马达变量泵开度调节控制手柄4输入的液压马达变量泵开度信号后，输出一个驱动信号给液压马达变量泵调节执行机构5；液压马达变量泵调节执行机构5控制液压马达变量泵动作，使液压马达变量泵开度达到与档位选择器的挡位信号、选档执行气缸的行程位置信号对应的开度，完成档位变换动作；所述的液压马达变量泵调节执行机构5包括有执行电机和电动推杆；系统总控制单元通过输出端口将系统总控制单元执行选挡动作后返回的档位状态指示信号返回到档位选择器，并由档位选择器的档位状态指示灯进行显示；液压马达变量泵开度调节执行机构的行程位置反馈信号与系统总控制单元的AD采集端口相连接，将液压马达变量泵开度调节执行机构的行程位置通过一个代表执行电机行程位置的电压值送入系统总控制单元；
当选挡执行气缸2的行程位置到达档位选择器1选择的位置时，系统总控制单元6根据所接收的，由液压马达变量泵开度调节控制手柄4给出的，液压马达变量泵开度信号，控制液压马达变量泵开度调节执行机构5的执行电机工作；使液压马达变量泵开度达到与档位选择器1的挡位信号、选档执行气缸2的行程位置信号对应的开度；
当选挡执行气缸2的行程位置未到达档位选择器1选择的位置时，此时选档执行气缸可能存在卡滞或者其他故障，系统总控制单元3将采集到的液压马达变量泵开度调节手柄4的开度信号储存起来，不依据此信号决定液压马达变量泵开度；此时，系统总控制单元6对液压马达变量泵开度调节执行机构的电动推杆输出一个事先设定的微小变化量，从而缓慢改变电动推杆的行程，直到选挡执行气缸执行的位置与档位选择器选择的位置相同。
所述的挡位选择器1采用三位旋钮开关，用来产生1挡、2挡、三挡三个挡位选择信号；所述的挡位选择器1具有挡位状态指示灯，挡位状态指示灯用于接收并显示系统总控制单元执行选挡动作后返回的挡位状态指示信号。
所述的控制手柄4采用0-5V输出的电比例控制手柄，其与液压马达变量泵开度成等比例调节关系，即液压马达变量泵开度的大小随电比例控制手柄位置的变化而被改变调节，液压马达变量泵开度调节控制手柄产生的液压马达变量泵开度调节信号输入给系统总控制单元。
PIC16F91X系列单片机采用哈佛总线结构的8位中端单片机，其程序存储区和数据存储区在物理上完全独立，读取指令的总线和存取数据的总线也完全分开；这样的结构让指令总线和数据总线的宽度不一样成为可能；故其数据总线为8位，指令总线为14位；且由于总线结构独立，读取指令和存取操作数可以同时进行，提高了单片机内的数据流量进一步提高代码的执行效率。另外，PIC16系列中端单片机都有同样的运算控制和控制内核，各个型号所不同的只是配属的外围功能模块的不同；所以本发明采用PIC16F系列的单片机可以根据功能要求的改变方便且以较低的成本更改系统设计。
图2给出本发明实现流程示意图，本发明的具体流程如下：系统启动后系统总控制单元6首先检测挡位选择器所选择的挡位信号，系统总控制单元6检测到挡位选择器1选择的挡位信号后经过一定分析运算输出选档执行气缸控制信号，驱动电磁阀通断使选档执行气缸2执行到相应行程位置；执行完挡位选择输出后，系统检测此时的选挡气缸行程反馈单元3信号，因为反馈单元信号随磁环位置的改变而改变而磁环随活塞杆运动，所以选挡气缸行程反馈单元信号3反映了此时的气缸活塞杆位置，即气缸行程位置；如果检测到选档执行气缸2执行到位，液压马达变量泵开度调节执行电机5的执行依据液压马达变量泵开度调节控制手柄的位置；如果检测到选档执行气缸2执行未到位，此时系统总控制单元将采集到的液压马达变量泵开度调节控制手柄的位置信号存储起来，但是并不依据此信号调节液压马达变量泵开度从而暂时屏蔽液压马达变量泵开度调节控制手柄的输入信号；此时系统总控制单元会同时输出事先设定好的驱动信号给液压马达变量泵开度调节执行机构5的电动推杆，缓慢增加电动推杆的行程，同时持续检测选档执行气缸行程反馈单元的反馈信号，直到此反馈信号指示选档执行气缸执行到位，完成选挡操作；然后取消对控制手柄输入信号的屏蔽，依据液压马达开度调节控制手柄的位置输出信号，调节液压马达驱动电机行程改变液压马达变量泵开度从而完成变速操作；如此，完成选挡、变速控制过程。

Claims (4)

1.一种压路机电控变速选挡控制系统，所述的电控变速选挡控制系统包括有挡位选择器（1）、作为选挡执行机构的选挡执行气缸（2）和选挡执行气缸行程反馈单元（3）、用以控制液压马达变量泵开度调节的液压马达变量泵开度调节控制手柄（4）和液压马达变量泵开度调节执行机构（5）以及作为整个压路机电控变速选挡控制系统的信号接收、分析及输出控制核心的系统总控制单元（6）；所述的挡位选择器（1）与系统总控制单元（6）的输入端口相连接，将挡选择器所输出的挡位信号送入系统总控制单元；所述的系统总控制单元（6）通过系统控制单元的MOS管驱动部分与所述的选挡执行气缸（2）相连，根据所接收的挡位信号输出一个驱动信号给选挡执行气缸（2）；所述的选挡执行气缸（2）与二级变速箱的选挡摇臂连接，驱动二级变速箱的选挡摇臂进行动作；所述的选挡执行气缸（2）采用多段式电控选挡执行气缸；所述的选挡执行气缸行程反馈单元（3）对应所述的选挡执行气缸（2）设置；所述的选挡执行气缸行程反馈单元（3）采用开关型无触点霍尔传感器；所述开关型无触点霍尔传感器的磁环设置在所述选挡执行气缸（2）的活塞杆上；所述的选挡执行气缸行程反馈单元（3）与系统总控制单元（6）的输入端口相连接，将选挡执行气缸的行程位置信号反馈给系统总控制单元（6）；所述的选挡执行气缸（2）的行程位置信号与挡位选择器（1）所输出的挡位信号对应；所述的液压马达变量泵开度调节控制手柄（4）与系统总控制单元（6）的AD采集端口相连接，将液压马达变量泵开度信号送入系统总控制单元（6）；所述的系统总控制单元（6）接收到液压马达变量泵开度调节控制手柄（4）输入的液压马达变量泵开度信号后，输出一个驱动信号给液压马达变量泵开度调节执行机构（5）；液压马达变量泵开度调节执行机构（5）控制液压马达变量泵动作，使液压马达变量泵开度达到与挡位选择器（1）的挡位信号、选挡执行气缸（2）的行程位置信号对应的开度，完成挡位变换动作；系统总控制单元（6）通过输出端口将系统总控制单元执行选挡动作后返回的挡位状态指示信号返回到挡位选择器（1），并由挡位选择器（1）的挡位状态指示灯进行显示；液压马达变量泵开度调节执行机构（5）的行程位置反馈信号与系统总控制单元（6）的AD采集端口相连接，将液压马达变量泵开度调节执行机构（5）的行程位置送入系统总控制单元（6）；
当选挡执行气缸（2）的行程位置到达挡位选择器（1）选择的位置时，系统总控制单元（6）根据所接收的，由液压马达变量泵开度调节控制手柄（4）给出的，液压马达变量泵开度信号，控制液压马达变量泵开度调节执行机构（5）工作；使液压马达变量泵开度达到与挡位选择器（1）的挡位信号、选挡执行气缸（2）的行程位置信号对应的开度；
当选挡执行气缸（2）的行程位置未到达挡位选择器（1）选择的位置时，系统总控制单元（6）将采集到的液压马达变量泵开度调节手柄（4）的开度信号储存起来，不依据此信号决定液压马达变量泵开度；此时，系统总控制单元（6）对液压马达变量泵开度调节执行机构（5）输出一个事先设定的微小变化量，从而缓慢改变液压马达变量泵开度调节执行机构（5）的行程，直到选挡执行气缸（2）执行的位置与挡位选择器（1）选择的位置相同。
2.根据权利要求1所述的压路机电控变速选挡控制系统；其特征在于：所述的挡位选择器（1）采用三位旋钮开关。
3.根据权利要求1所述的压路机电控变速选挡控制系统；其特征在于：所述的系统总控制单元（6）采用PIC16F91x系列单片机作为系统总控制单元的核心MCU；所述的PIC16F91x系列单片机具有用以采集挡位选择器（1）所输出的挡位信号的输入端口，具有用以将选挡执行气缸（2）的行程信号反馈给挡位选择器的输出端口，具有用于采集液压马达变量泵开度调节控制手柄（4）输出的液压马达变量泵开度调节信号的A/D采集端口，具有输出驱动选挡执行气缸（2）动作信号的I/O输出端口，具有用于采集选挡执行气缸（2）的行程位置信号的I/O采集端口，具有采集液压马达变量泵开度调节执行电机（5）行程反馈信号的A/D采集端口。
4.根据权利要求1所述的压路机电控变速选挡控制系统；其特征在于：所述的液压马达变量泵开度调节控制手柄（4）采用0-5V输出的电比例控制手柄。
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