CN103953726A - 分动箱高低档切换保护装置、方法及工程机械车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分动箱高低档切换保护装置、方法及工程机械车辆，装置包括：分动箱低档开关、分动箱低档检测继电器的线圈及开关触点、分动箱低档指示灯、变速箱空档检测开关、分动箱低档检测开关和分动箱低档电磁阀，还包括：车速控制器和速度输出继电器的线圈及开关触点，车速控制器根据当前车速值控制速度输出继电器的线圈得电或失电，由速度输出继电器的线圈得电或失电来控制速度输出继电器的开关触点接通分动箱低档开关与变速器空档检测开关或电源，以便在当前车速值不为零时对分动箱低档开关的高低档切换操作进行限制。从而防止了在车速非零的情况下操作分动箱高低档，避免了由此产生的打齿风险。

Description

分动箱高低档切换保护装置、方法及工程机械车辆

技术领域

本发明涉及车辆电气控制领域，尤其涉及一种分动箱高低档切换保护装置、方法及工程机械车辆。

背景技术

工程机械车辆自身重量大，一般有4至6根车轴，其中2至4个为驱动轴，发动机输出的动力需要经过分动箱才能分别传输到这几个驱动轴上。分动箱是一种齿轮传动装置，它单独固定在车架上，其输入端通过万向传动装置连接到变速箱的输出端，分动箱有若干个输出端，通过万向传动装置与驱动轴或油泵等元件连接。在分动箱输出端连接驱动轴时，通过调整分动箱内部的齿轮组的速比，可改变系统的动力性能；分动箱内部如果有二个或以上的速比，可通过控制系统进行档位切换，以适应不同的工况，提高整车的动力性能和经济性。

分动箱一般设置高、低两个档位，车辆正常行驶时，分动箱档位在高档位，保证适当的车辆行驶速度；当车辆爬坡或需要大扭矩输出时，需将分动箱档位选择到低档，但前提条件是分动箱当前无输入、输出扭矩。由于驾驶员误操作或操作不当，导致分动箱齿轮被打坏，造成车辆无法行驶的停机故障时有发生。由于分动箱价值较高，维修周期长，发生故障时严重影响工程机械的正常使用。

对于配置有PLC控制器的车辆，通过将车速、分动箱档位等信号输入到PLC控制器，由控制器对上述信号、车辆当前状态进行分析，输出控制相关执行元件的信号。而对于没有配置PLC控制器的车辆，不能对速度信号进行处理，通过继电器可实现空档条件下切换分动箱高、低档，实现了分动箱空档保护。由于成本以及其他因素限制，在很长一段时间内，非PLC控制方式还将长期存在。

如图1所示，为现有的车辆分动箱高低档切换保护装置的电气原理示意图。当分动箱从高档切换为低档时，需要将变速箱置空档，此时常闭的变速箱空档检测开关S10接通变速箱空档继电器K20线圈，电源线通过变速箱空档继电器K20触点为分动箱低档开关S30供电。按下分动箱低档开关S30，分动箱低档电磁阀Y10得电，同时分动箱低档检测开关S20闭合，分动箱低档检测继电器K10线圈得电，其触点接通从变速箱空档继电器K20触点87a至分动箱低档电磁阀Y10之间的电路，并且分动箱低档指示灯H10亮起，表明分动箱已经更换到低档。

当分动箱在低档，车辆起步时，变速箱在非空档，变速箱空档检测开关S10断开，变速箱空档继电器K20不得电，其触点30与87a接通，同时由于分动箱低档检测开关S20保持闭合状态，分动箱低档检测继电器K10线圈保持得电，电流通过电源线、变速箱空档继电器K20触点、分动箱低档检测继电器K10触点为分动箱低档电磁阀Y10供电，保证分动箱在低档。此时，分动箱低档指示灯H10保持发亮。也就是说，无论是否复位分动箱低档开关S30，分动箱低档电磁阀Y10都有电，即分动箱保持在低档。

当分动箱从低档更换为高档时，只有将变速箱置空档，并按下分动箱低档开关S30时，才能切断从电源线到分动箱低档电磁阀Y10之间的电路，实现分动箱从低档更换为高档的操作。

图1所示方案能够在变速箱置空档时进行分动箱的高低档切换，但当整车虽处于空档但有车速情况下，依然存在切换分动箱高、低档打齿的风险。

发明内容

本发明的目的是提出一种分动箱高低档切换保护装置、方法及工程机械车辆，能够避免在有车速情况下避免分动箱高低档切换所产生的打齿风险。

为实现上述目的，本发明提供了一种分动箱高低档切换保护装置，包括：分动箱低档开关、分动箱低档检测继电器的线圈及开关触点、分动箱低档指示灯、变速箱空档检测开关、分动箱低档检测开关和分动箱低档电磁阀，其中，还包括：车速控制器和速度输出继电器的线圈及开关触点，所述车速控制器根据当前车速值控制所述速度输出继电器的线圈得电或失电，所述速度输出继电器的开关触点设置在所述分动箱低档开关、变速器空档检测开关和电源之间，由所述速度输出继电器的线圈得电或失电来控制所述速度输出继电器的开关触点接通所述分动箱低档开关与变速器空档检测开关或电源，以便在当前车速值不为零时对所述分动箱低档开关的高低档切换操作进行限制。

进一步的，所述车速控制器的电源端口和接地端口分别与电源和地线电连接，所述车速控制器还设有速度信号输出端口和至少一个速度信号输入端口，所述速度输出继电器的线圈两端分别与所述速度信号输出端口和地线电连接，所述至少一个速度信号输入端口与外部的速度信号源电连接，所述车速控制器根据所述至少一个速度信号输入端口接收的当前车速信号控制所述速度信号输出端口的电平高低。

进一步的，所述外部的速度信号源为机械变速箱上安装的车速传感器。

进一步的，所述外部的速度信号源为车速信号计算单元。

进一步的，所述车速信号计算单元用于通过变速箱发送的ETC1报文获取输出轴转速，并根据所述输出轴转速计算出当前车速值，或通过ABS发送的EBC2报文获取前轮轴转速，并根据所述前轮轴转速计算出当前车速值，或通过车速仪表发送的转速表获取车辆速度，并根据所述车辆速度计算出当前车速值。

进一步的，车速控制器的电源端口与电源之间还串联有熔断器。

进一步的，所述分动箱低档开关的两端分别与电源和所述速度输出继电器的开关触点电连接，所述分动箱低档检测继电器的线圈的两端分别与电源和分动箱低档检测开关电连接，所述分动箱低档检测继电器的开关触点分别与所述分动箱低档电磁阀和速度输出继电器的开关触点电连接，所述分动箱低档指示灯与所述分动箱低档检测继电器的线圈并联，所述变速箱空档检测开关的两端分别与所述速度输出继电器的开关触点和分动箱低档电磁阀电连接，所述分动箱低档检测开关的两端分别与所述分动箱低档检测继电器的线圈和地线电连接，所述分动箱低档电磁阀分别与所述变速箱空档检测开关和地线电连接。

为实现上述目的，本发明还提供了一种基于前述的分动箱高低档切换保护装置的分动箱高低档切换保护方法，其中，包括：

车速控制器根据当前车速值控制速度输出继电器的线圈得电或失电，来控制所述速度输出继电器的开关触点接通所述分动箱低档开关与变速器空档检测开关或电源，以便在当前车速值不为零时对所述分动箱低档开关的高低档切换操作进行限制。

进一步的，所述车速控制器判断当前车速值判断是否为零，是则控制速度输出继电器的线圈失电，来控制所述速度输出继电器的开关触点接通所述分动箱低档开关和变速器空档检测开关，以便在当前车速值为零，且档位处于空档时解除对所述分动箱低档开关的高低档切换操作的限制；否则控制速度输出继电器的线圈得电，来控制所述速度输出继电器的开关触点接通所述分动箱低档开关和电源，以便在当前车速值不为零时对所述分动箱低档开关的高低档切换操作进行限制。

进一步的，还包括所述车速控制器获取当前车速值的操作，具体为：

所述车速控制器直接从机械变速箱上安装的车速传感器获取当前车速值；或者

车速信号计算单元通过变速箱发送的ETC1报文获取输出轴转速，并根据所述输出轴转速计算出当前车速值，或通过ABS发送的EBC2报文获取前轮轴转速，并根据所述前轮轴转速计算出当前车速值，或通过车速仪表发送的转速表获取车辆速度，并根据所述车辆速度计算出当前车速值；

所述车速控制器从所述车速信号计算单元获取计算出的当前车速值。

为实现上述目的，本发明提供了一种工程机械车辆，其特征在于，还包括前述的分动箱高低档切换保护装置。

基于上述技术方案，本发明通过车速控制器来获取当前车速值，并根据当前车速值来控制速度输出继电器线圈的得失电，进而使对应的开关触点能够接通分动箱低档开关与变速器空档检测开关或电源，从而在当前车速值不为零时对分动箱低档开关的高低档切换操作进行限制，这样就防止了在车速非零的情况下操作分动箱高低档，避免了由此产生的打齿风险。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有的车辆分动箱高低档切换保护装置的电气原理示意图。

图2为本发明分动箱高低档切换保护装置的一实施例的电气原理示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

在现有的非PLC控制的工程机械车辆中，由于缺乏速度信号处理能力，因此只能靠人为方式来控制车速，缺乏自动安全保护措施，当整车处于空档但存在车速时，依然存在切换分动箱高低档打齿的风险。为了解决这一问题，本发明对现有的分动箱高低档切换装置进行了改进，增加了车速控制器和速度输出继电器，以此来控制分动箱在非零车速下限制高低档切换，避免打齿风险。

如图2所示，为本发明分动箱高低档切换保护装置的一实施例的电气原理示意图。在本实施例中，分动箱高低档切换保护装置包括：分动箱低档开关S2、分动箱低档检测继电器K1的线圈及开关触点、分动箱低档指示灯H1、变速箱空档检测开关S1、分动箱低档检测开关S3和分动箱低档电磁阀Y1，以及车速控制器A0和速度输出继电器K2的线圈及开关触点。

车速控制器A0能够根据当前车速值控制速度输出继电器K2的线圈得电或失电，而速度输出继电器K2的开关触点设置在分动箱低档开关S2、变速器空档检测开关S1和电源之间，由速度输出继电器K2的线圈得电或失电来控制速度输出继电器的开关触点接通分动箱低档开关S2与变速器空档检测开关S1或电源，以便在当前车速值不为零时对分动箱低档开关S2的高低档切换操作进行限制。

从图中可以看到，车速控制器A0的电源端口VCC和接地端口GND分别与电源和地线电连接，车速控制器A0还设有速度信号输出端口P0_1和至少一个速度信号输入端口VSS、CAN_H、CAN_L。

速度输出继电器K2的线圈两端分别与速度信号输出端口P0_1和地线电连接，至少一个速度信号输入端口VSS、CAN_H、CAN_L与外部的速度信号源电连接，车速控制器A0能够根据至少一个速度信号输入端口VSS、CAN_H、CAN_L接收的当前车速信号控制所述速度信号输出端口P0_1的电平高低。车速控制器A0可采用编程方式实现在速度信号输出端口P0_1输出高电平时，速度继电器K2的线圈得电；而在速度信号输出端口P0_1输出低电平时，速度继电器K2的线圈失电。

车速控制器A0获取当前车速值主要有两种方式，一种是从机械变速箱上安装的车速传感器获取，另一种从能够发送车速信号的车速信号计算单元获取。从图上可以看到，车速传感器发送的车速输入信号对应着车速控制器A0的端口VSS，而车速信号计算单元对应着车速控制器A0的端口CAN_H和CAN_L，也就是说可以通过工业现场总线进行通信，例如J1939总线等，从而适用于不同的车速信号计算单元及对应系统，从而扩大了适用范围。

车速信号计算单元可以通过变速箱发送的ETC1报文获取输出轴转速，并根据所述输出轴转速计算出当前车速值，也可以通过ABS发送的EBC2报文获取前轮轴转速，并根据所述前轮轴转速计算出当前车速值，也可以通过车速仪表发送的转速表获取车辆速度，并根据所述车辆速度计算出当前车速值。

在车速控制器A0的电源端口VCC与电源之间还可以串联熔断器F0，对车速控制器A0进行过流保护。

参照图2所示实施例，分动箱低档开关S2的两端1、2分别与电源和速度输出继电器K2的开关触点30电连接，分动箱低档检测继电器K1的线圈的两端86、85分别与电源和分动箱低档检测开关S3电连接，分动箱低档检测继电器K1的开关触点87、30分别与分动箱低档电磁阀Y1和速度输出继电器K2的开关触点30电连接，分动箱低档指示灯H1与分动箱低档检测继电器K1的线圈并联，变速箱空档检测开关S1的两端1、2分别与速度输出继电器K2的开关触点87a和分动箱低档电磁阀电连接，分动箱低档检测开关S3的两端1、2分别与分动箱低档检测继电器K1的线圈和地线电连接，分动箱低档电磁阀Y1的两端1、2分别与变速箱空档检测开关S1和地线电连接。

上述的分动箱高低档切换保护装置各实施例适用于各类工程机械车辆，这类工程机械车辆包括前述的分动箱高低档切换保护装置，从而能够避免因驾驶员误操作或操作不当导致的分动箱齿轮被打坏，造成车辆无法行驶等故障，也减少了分动箱的维修成本。

基于上述的分动箱高低档切换保护装置实施例，相应的分动箱高低档切换保护方法包括：车速控制器根据当前车速值控制速度输出继电器的线圈得电或失电，来控制所述速度输出继电器的开关触点接通所述分动箱低档开关与变速器空档检测开关或电源，以便在当前车速值不为零时对所述分动箱低档开关的高低档切换操作进行限制。

具体的由车速控制器判断当前车速值判断是否为零，是则控制速度输出继电器的线圈失电，来控制所述速度输出继电器的开关触点接通所述分动箱低档开关和变速器空档检测开关，以便在当前车速值为零，且档位处于空档时解除对所述分动箱低档开关的高低档切换操作的限制；否则控制速度输出继电器的线圈得电，来控制所述速度输出继电器的开关触点接通所述分动箱低档开关和电源，以便在当前车速值不为零时对所述分动箱低档开关的高低档切换操作进行限制。

而在分动箱高低档切换保护方法中，还可以进一步包括车速控制器获取当前车速值的操作，具体为：

所述车速控制器直接从机械变速箱上安装的车速传感器获取当前车速值；或者

车速信号计算单元通过变速箱发送的ETC1报文获取输出轴转速，并根据所述输出轴转速计算出当前车速值，或通过ABS发送的EBC2报文获取前轮轴转速，并根据所述前轮轴转速计算出当前车速值，或通过车速仪表发送的转速表获取车辆速度，并根据所述车辆速度计算出当前车速值；

所述车速控制器从所述车速信号计算单元获取计算出的当前车速值。

下面通过图2所示的具体分动箱高低档切换保护装置的电气原理实例来说明一下分动箱的高低档切换操作是如何完成的。

前面提到，在当前车速值为零时，车速控制器A0的速度信号输出端口P0_1输出低电位，速度输出继电器K2线圈不得电，开关触点不动作，即开关触点30和87a接通，开关触点30和87断开；当前车速大于零时，P0_1输出高电位，速度输出继电器K2线圈得电，开关触点动作，即开关触点30和87a断开，开关触点30和87接通。

1、分动箱从高档更换为低档：

按下分动箱低档开关S2将变速箱置于空档，变速箱空档检测开关S1闭合，同时在车速为零的情况下，速度输出继电器K2不动作，其触点30和87a接通分动箱低档电磁阀Y1通路，使分动箱低档电磁阀Y1得电，使分动箱切换至低档。同时分动箱低档检测开关S3闭合，分动箱低档检测继电器K1线圈得电，其开关触点30和87接通从分动箱低档开关S2至分动箱低档电磁阀Y1之间的电路，并且分动箱低档指示灯H1亮起，表明分动箱已经更换到低档。

2、分动箱在低档时对车辆进行操作：

分动箱处于低档后，电源可通过分动箱低档开关S2、分动箱低档检测继电器K1的开关触点30和87实现分动箱低档电磁阀Y1带电，此时，分动箱低档指示灯H1一直保持发亮，分动箱在低档运行。可以看出，切换至分动箱低档后，分动箱低档电磁阀Y1的状态与空档信号无直接关系，车辆可实现在分动箱低档下的任何操作，如起步，停车等各种动作；另外，当车辆存在车速时，速度输出继电器K2的开关触点30和87接通，并联在分动箱低档开关S2处，可以看出，只要存在车速，那么操纵分动箱低档开关S2将无效，也就是说，只要在有车速的情况下，无论是否复位分动箱低档开关S2，分动箱低档电磁阀Y1都有电，即分动箱保持在低档，从而实现了有车速时，限制分动箱高低档切换的安全控制。

3、分动箱从低档更换为高档：

只有在车速为零时，速度输出继电器K2不动作，开关触点30和87断开，操纵分动箱低档开关S2才可以切断从电源到分动箱低档电磁阀Y1之间的电路，实现分动箱从低档更换为高档的操作。

通过上述对本发明分动箱高低档切换保护装置及方法的各实施例的说明，以及结合实施例对工作流程的陈述，可以理解本发明相比于现有技术至少具备以下优点之一：

1、本发明针对非PLC控制的工程机械车辆，通过车速控制器和速度输出继电器的配合来实现在车速非零的情况下限制分动箱高、低档切换操作，从而避免了由此产生的打齿风险。

2、本发明可实现多种速度采集方式，可以从机械变速箱速度传感器获得，也可以通过工业现场总线获得，适用于不同的系统，扩大了使用范围。

3、本发明适用于非PLC控制的系统，成本较低，控制简单，便于安装，易于推广。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (11)

1.一种分动箱高低档切换保护装置，包括：分动箱低档开关、分动箱低档检测继电器的线圈及开关触点、分动箱低档指示灯、变速箱空档检测开关、分动箱低档检测开关和分动箱低档电磁阀，其特征在于，还包括：车速控制器和速度输出继电器的线圈及开关触点，所述车速控制器根据当前车速值控制所述速度输出继电器的线圈得电或失电，所述速度输出继电器的开关触点设置在所述分动箱低档开关、变速器空档检测开关和电源之间，由所述速度输出继电器的线圈得电或失电来控制所述速度输出继电器的开关触点接通所述分动箱低档开关与变速器空档检测开关或电源，以便在当前车速值不为零时对所述分动箱低档开关的高低档切换操作进行限制。

2.根据权利要求1所述的分动箱高低档切换保护装置，其特征在于，所述车速控制器的电源端口和接地端口分别与电源和地线电连接，所述车速控制器还设有速度信号输出端口和至少一个速度信号输入端口，所述速度输出继电器的线圈两端分别与所述速度信号输出端口和地线电连接，所述至少一个速度信号输入端口与外部的速度信号源电连接，所述车速控制器根据所述至少一个速度信号输入端口接收的当前车速信号控制所述速度信号输出端口的电平高低。

3.根据权利要求2所述的分动箱高低档切换保护装置，其特征在于，所述外部的速度信号源为机械变速箱上安装的车速传感器。

4.根据权利要求2所述的分动箱高低档切换保护装置，其特征在于，所述外部的速度信号源为车速信号计算单元。

5.根据权利要求4所述的分动箱高低档切换保护装置，其特征在于，所述车速信号计算单元用于通过变速箱发送的ETC1报文获取输出轴转速，并根据所述输出轴转速计算出当前车速值，或通过ABS发送的EBC2报文获取前轮轴转速，并根据所述前轮轴转速计算出当前车速值，或通过车速仪表发送的转速表获取车辆速度，并根据所述车辆速度计算出当前车速值。

6.根据权利要求2所述的分动箱高低档切换保护装置，其特征在于，车速控制器的电源端口与电源之间还串联有熔断器。

7.根据权利要求2～6任一所述的分动箱高低档切换保护装置，其特征在于，所述分动箱低档开关的两端分别与电源和所述速度输出继电器的开关触点电连接，所述分动箱低档检测继电器的线圈的两端分别与电源和分动箱低档检测开关电连接，所述分动箱低档检测继电器的开关触点分别与所述分动箱低档电磁阀和速度输出继电器的开关触点电连接，所述分动箱低档指示灯与所述分动箱低档检测继电器的线圈并联，所述变速箱空档检测开关的两端分别与所述速度输出继电器的开关触点和分动箱低档电磁阀电连接，所述分动箱低档检测开关的两端分别与所述分动箱低档检测继电器的线圈和地线电连接，所述分动箱低档电磁阀分别与所述变速箱空档检测开关和地线电连接。

8.一种基于权利要求1～7任一所述的分动箱高低档切换保护装置的分动箱高低档切换保护方法，其特征在于，包括：

车速控制器根据当前车速值控制速度输出继电器的线圈得电或失电，来控制所述速度输出继电器的开关触点接通所述分动箱低档开关与变速器空档检测开关或电源，以便在当前车速值不为零时对所述分动箱低档开关的高低档切换操作进行限制。

9.根据权利要求8所述的分动箱高低档切换保护方法，其特征在于，所述车速控制器判断当前车速值判断是否为零，是则控制速度输出继电器的线圈失电，来控制所述速度输出继电器的开关触点接通所述分动箱低档开关和变速器空档检测开关，以便在当前车速值为零，且档位处于空档时解除对所述分动箱低档开关的高低档切换操作的限制；否则控制速度输出继电器的线圈得电，来控制所述速度输出继电器的开关触点接通所述分动箱低档开关和电源，以便在当前车速值不为零时对所述分动箱低档开关的高低档切换操作进行限制。

10.根据权利要求8所述的分动箱高低档切换保护方法，其特征在于，还包括所述车速控制器获取当前车速值的操作，具体为：

所述车速控制器直接从机械变速箱上安装的车速传感器获取当前车速值；或者

车速信号计算单元通过变速箱发送的ETC1报文获取输出轴转速，并根据所述输出轴转速计算出当前车速值，或通过ABS发送的EBC2报文获取前轮轴转速，并根据所述前轮轴转速计算出当前车速值，或通过车速仪表发送的转速表获取车辆速度，并根据所述车辆速度计算出当前车速值；

所述车速控制器从所述车速信号计算单元获取计算出的当前车速值。

11.一种工程机械车辆，其特征在于，还包括权利要求1～7任一所述的分动箱高低档切换保护装置。