CN104534077A - 一种工程机械自动换挡设备、系统、方法及该工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械自动换挡设备、系统、方法及该工程机械，该设备包括：接收装置，接收发动机当前油门开度和变速箱当前输出转速；以及控制装置，执行以下操作：根据所述发动机当前油门开度得到变速箱预定输出转速；及将所述变速箱当前输出转速与所述变速箱预定输出转速进行比较，根据比较结果来控制变速箱换挡。本发明根据发动机油门开度和变速箱输出转速来自动控制变速箱换挡，可以实现在工程机械(例如履带式推土机)大负载情况下自动切换为低挡位进行作业，小负载情况下自动切换为高挡位进行作业，不仅可以有效提高工程机械的作业效率，而且可以大大减轻操作人员的工作强度。

Description

一种工程机械自动换挡设备、系统、方法及该工程机械

技术领域

本发明涉及自动换挡技术，具体地，涉及一种工程机械自动换挡设备、系统、方法及该工程机械。

背景技术

工程机械中，尤其是履带式推土机，大多都是采用液力-机械传动，发动机输出动力经过液力变矩器-变速箱-中央传送被传送至驱动轮。变速箱多采用伺服操纵、先导操纵或电液操纵，换挡控制由驾驶员操纵变速操纵杆或按钮来实现。

当工程机械的工况发生变化的情况下，如果需要变换挡位，需要驾驶员对变速操纵杆进行操纵，所产生的操纵信号通过连杆系统作用于变速箱操纵阀，变速箱操纵阀对变速箱相应离合器进行充放油来达到换挡的目的。

以上技术方案能够实现对工程机械变速系统的操作但无法实现工程机械工况的自适应，然而，挡位变化不及时会对产生能源浪费，并且工程机械的工况往往比较复杂，所以由驾驶员通过操作操纵杆来进行挡位变换会大大提高驾驶员的疲劳度。并且，在工程机械，尤其是推土机负载较小，需要进行快速作业的情况下，驾驶员往往不能把控好换挡时机，从而造成低挡工作时间加长，会影响作业效率。另一方面，在工程机械，尤其是推土机负载较大，需要进行低挡低速作业的情况下，驾驶员往往不能选择合适的挡位，从而造成推土无力，也会影响作业效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种工程机械自动换挡设备、系统、方法及该工程机械，用于解决自动控制工程机械换挡的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种工程机械自动换挡设备，该设备包括：接收装置，接收发动机当前油门开度和变速箱当前输出转速；控制装置，执行以下操作：根据所述发动机当前油门开度得到变速箱预定输出转速；及将所述变速箱当前输出转速与所述变速箱预定输出转速进行比较，根据比较结果来控制变速箱换挡。

本发明还提供了一种工程机械自动换挡系统，该系统包括：以上所述的工程机械自动换挡设备；油门开度传感器，用于检测发动机油门开度；以及转速传感器，用于检测变速箱输出转速。

本发明还提供了一种工程机械，其特征在于，包括以上所述的工程机械自动换挡系统。

本发明还提供了一种工程机械自动换挡方法，该方法包括：接收发动机当前油门开度和变速箱当前输出转速；根据所述发动机当前油门开度得到变速箱预定输出转速；以及将所述变速箱当前输出转速与所述变速箱预定输出转速进行比较，根据比较结果来控制变速箱换挡。

通过上述技术方案，本发明根据发动机油门开度和变速箱输出转速来自动控制变速箱换挡，可以实现在工程机械(例如履带式推土机)大负载情况下自动切换为低挡位进行作业，小负载情况下自动切换为高挡位进行作业，不仅可以有效提高工程机械的作业效率，而且可以大大减轻操作人员的工作强度。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的工程机械自动换挡设备的框图；

图2是本发明提供的工程机械自动换挡系统的框图；

图3是本发明第一实施方式提供的工程机械自动换挡系统的结构图；

图4是本发明第二实施方式提供的工程机械自动换挡系统的结构图；以及

图5是本发明提供的工程机械自动换挡方法的流程图。

附图标记说明

10 工程机械自动换挡设备   101 接收装置

102 控制装置              20 油门开度传感器

30 转速传感器             40 另一转速传感器

1 油箱                    2 粗滤器

3 齿轮泵                  4 细滤器

5 调压阀                  6 快回阀

7 减压阀                  8 工作电磁阀

9 安全阀                  10 方向电磁阀

11、12、13 挡位电磁阀     11-1、12-1、13-1 挡位液控先导阀

14 流量阀                 15 换挡电磁阀

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明提供的工程机械自动换挡设备10的框图，如图1所示，该设备10包括接收装置101和控制装置102。接收装置101接收发动机当前油门开度和变速箱当前输出转速，控制装置102执行以下操作：根据发动机当前油门开度得到变速箱预定输出转速，并且将变速箱当前输出转速与变速箱预定输出转速进行比较，根据比较结果来控制变速箱换挡。

接收装置101还可以接收变速箱当前输入转速，变速箱当前输出转速与变速箱当前输入转速的比值即为传动比，通过该传动比可以计算出当前挡位，为了可以让操作人员了解工程机械当前所处的挡位，可以通过一显示装置将当前挡位展示给操作人员。

每一油门开度对应一变速箱输出转速，从而构成换挡曲线，相应地，根据接收到的发动机当前油门开度通过该换挡曲线即可得到与该当前油门开度相对应的变速箱输出转速，即以上所描述的变速箱预定输出转速，若变速箱当前输出转速与变速箱预定输出转速不一致，则控制装置102控制变速箱进行换挡。

控制装置102根据比较结果来控制变速箱换挡的具体操作包括：在变速箱当前输出转速大于变速箱预定输出转速的情况下，控制装置102控制变速箱换挡到更高的挡位，此时在没有更高的挡位的情况下，保持当前挡位，在变速箱当前输出转速小于变速箱预定输出转速的情况下，控制装置102控制变速箱换挡到更低的挡位，此时在没有更低的挡位的情况下，保持当前挡位。此外，本领域技术人员应当理解，在变速箱当前输出转速为0的情况下，控制装置102控制变速箱换挡至空挡。

此外，在变速箱上一时刻输出转速为0的情况下，即在上一时刻未启动发动机，若所述发动机当前油门开度增大，即启动发动机，则控制变速箱换挡到一挡。

例如，假设一工程机械具有三个挡位，当前挡位为二挡，则在变速箱当前输出转速大于变速箱预定输出转速的情况下，控制装置102控制变速箱换挡到三挡，而在变速箱当前输出转速小于变速箱预定输出转速的情况下，控制装置102控制变速箱换挡到更低的挡位。然而，若当前挡位为三挡，如果变速箱当前输出转速大于变速箱预定输出转速，由于没有更高的挡位因而控制装置102不会控制变速箱进行换挡，而保持当前挡位。同理，若当前挡位为一挡，由于没有更低的挡位因而控制装置102不会控制变速箱进行换挡，而保持当前挡位。

其中，在本发明提供的第一实施方式中，控制装置102可以通过控制各个挡位所对应的挡位电磁阀来进行换挡。并且，在本发明提供的第二实施方式中，控制装置102也可以通过换挡电磁阀控制各个挡位所对应的档位液控先导阀来进行换挡。具体的换挡方式将在下文中结合具体实施方式进行描述。

图2是本发明提供的工程机械自动换挡系统的框图，如图2所示，该系统包括以上描述的工程机械自动换挡设备10，还包括油门开度传感器20和转速传感器30。油门开度传感器20用于检测发动机油门开度，转速传感器30用于检测变速箱输出转速。

在本发明提供的第一实施方式中，控制装置102通过控制各个挡位所对应的挡位电磁阀来进行换挡，这种情况下本发明提供的工程机械自动换挡系统还可以包括多个挡位电磁阀和工作电磁阀。多个挡位电磁阀分别对应多个挡位，控制装置102可以通过控制各个挡位所对应的挡位电磁阀来进行换挡。控制装置102还可以通过控制工作电磁阀得电来使工程机械的前进离合器或后退离合器结合，即使得发动机所输出的动力被提供至变速箱。

在本发明提供的第二实施方式中，控制装置102也可以通过换挡电磁阀控制各个挡位所对应的档位液控先导阀来进行换挡。与第一实施方式不同的是，第二实施方式中采用液控阀来进行换挡，这种情况下，本发明提供的工程机械自动换挡系统还包括多个挡位液控先导阀、换挡电磁阀和工作电磁阀，这里的工作电磁阀与第一实施方式中的工作电磁阀的控制原理相同。多个挡位液控先导阀分别对应多个挡位，换挡电磁阀与多个挡位液控先导阀的进油口连接，控制装置102通过该换挡电磁阀来控制多个挡位液控先导阀以进行换挡。

在本发明提供的第二实施方式中，还可以包括流量阀，该流量阀连接至换挡电磁阀，以控制进入该换挡电磁阀的先导油的油压和油量，以保证换挡电磁阀向挡位电磁阀提供的液压油的油压和油量的稳定。

在本发明提供的第一实施方式和第二实施方式中，均还可以包括安全阀，该安全阀连接在工作电磁阀与前进离合器及后退离合器之间，用于在工作电磁阀故障的情况下防止前进离合器及后退离合器结合，从而避免工程机械发动机启动后立即行走，以保证安全。

下面结合具体实施方式对本发明的第一实施方式和第二实施方式进行更加详细的阐述。

图3是本发明第一实施方式提供的工程机械自动换挡系统的结构图。如图3所示，该系统包括油箱1、粗滤器2、齿轮泵3、细滤器4、调压阀5和快回阀6，调压阀5和快回阀6用于减小换挡冲击，这些装置所构成的部分的电路的原理为本领域技术人员所熟知，并且与本发明的主旨无关，因而这里不予赘述。

如图3所示，油门开度传感器20和转速传感器30分别向控制装置102发送发动机油门开度和变速箱输出转速，另一转速传感器40用于检测变速箱输入转速。在操作人员接通车辆电源时，变速箱输出转速为0，工程机械此时为空挡，并且前进F离合器及后退R离合器未结合，工作电磁阀8不得电。

在上一时刻挡位为空挡的情况下，即转速传感器30检测到的变速箱输出转速为0，若油门开度传感器20检测到的发动机当前油门开度较发动机上一时刻油门开度有所增大，则控制装置102控制工作电磁阀8得电，从而一挡结合。方向电磁阀10通过操作人员操作按钮来控制得电和失电，在图3所示的第一实施方式中，方向电磁阀10失电则前进F离合器结合，方向电磁阀10得电则后退R离合器结合。为了防止主油路液压油压力太大造成对离合器(包括前进F离合器、后退R离合器、一挡离合器)的磨损，因而图3所示的第一实施方式中存在一与工作电磁阀8连接的减压阀7，此外，由于在挡位为一挡的情况下所需要的油压也较低，因而，该减压阀7可以连接在工作电磁阀8和挡位电磁阀11之间。

一般情况下，工程机械均是从空挡开始向一挡(包括前进一挡和后退一挡)变换，所以为了提高从空挡变换至一挡的速度，在工作电磁阀8得电的情况下直接进入一挡(前进一挡或后退一挡)，此时电磁阀11、12、13均为失电状态。接着，油门开度传感器20实时检测发动机油门开度并发送相应的信号至控制装置102，控制装置102根据发动机当前油门开度得到变速箱预定输出转速，并且将转速传感器30检测到的变速箱当前输出转速与变速箱预定输出转速进行比较，在变速箱当前输出转速大于变速箱预定输出转速的情况下，控制装置102控制挡位电磁阀12得电、挡位电磁阀11得电，即二挡(在当前挡位为前进一挡的情况下即为前进二挡，在当前挡位为后退一挡的情况下即为后退二挡)，此时电磁阀13为失电状态。工作电磁阀8、方向电磁阀10、挡位电磁阀11、12、13在各个挡位的状态如表1所示：

表1

表1中“-”表示失电，“+”表示得电，挡位电磁阀11失电则一挡离合器结合，挡位电磁阀11得电则一挡离合器断开；挡位电磁阀12得电则二挡离合器结合，挡位电磁阀12失电则二挡离合器断开；挡位电磁阀13得电则三挡离合器结合，挡位电磁阀13失电则三档离合器断开。

从图3中可以看出，安全阀9连接在工作电磁阀8与方向电磁阀10之间，在工作电磁阀8失电的情况下，即图3中所示的工作电磁阀8右位接通，同时主油路液压油通过减压阀7减压后由工作电磁阀8作用于安全阀9的右端，使得安全阀9处于图3所示的右位，此时前进F离合器(或后退R离合器)(图3中所示为前进F离合器)的液压油通过工作电磁阀8卸荷，后退R离合器(或前进F离合器)(图3中所示为后退R离合器)液压油通过方向电磁阀10卸荷，因而即使液压油通过减压阀7减压后给一挡离合器充油，发动机仍然不会被启动。在工作电磁阀8得电的情况下，如图3所示的工作电磁阀8左位接通，主油路液压油通过工作电磁阀8进入到前进F离合器(或后退R离合器)，后退R离合器(或前进F离合器)液压油通过方向电磁阀10卸荷，此时工程机械为一挡前进(或后退)。

图4是本发明第二实施方式提供的工程机械自动换挡系统的结构图，与图3所示的自动换挡系统不同的是，图4中用液控先导阀作为图3中的挡位电磁阀，即图4中对应各个挡位分别对应一挡位液控先导阀，并通过换挡电磁阀15来控制多个挡位液控先导阀，如图4所示，与换挡电磁阀15连接了一流量阀14，主油路液压油通过该流量阀14(图4中采用的是二通流量阀)为先导油路供油，在换挡时由于对应的挡位离合器充油，会导致主油路液压油的油压下降，这可能引起先导阀芯扰动，因此通过该流量阀14来保证先导油路的油压和油量，从而可以避免先导阀芯因先导油油压降低而出现回位现象。

在工程机械处于一挡的情况下，工作电磁阀8得电，换挡电磁阀15失电。在工程机械处于二挡的情况下，工作电磁阀8得电，换挡电磁阀15处于图4中的左位，即左位得电，此时挡位液控先导阀12-1得电，二挡离合器结合。在工程机械处于三挡的情况下，工作电磁阀8得电，换挡电磁阀15处于图4中的右位，即右位得电，此时挡位液控先导阀13-1得电，三挡离合器结合。

需要说明的是，图4中与图3中的设备和原理相同的部分于此不予赘述。以上图3所示的第一实施方式和图4所示的第二实施方式仅仅是以工程机械具有三个挡位为例进行举例说明，然而，本发明并不限于此，具有任意多个挡位的情况均属于本发明保护的范围。

相应地，本发明还提供了一种工程机械，包括以上描述的工程机械自动换挡系统。

图5是本发明提供的工程机械自动换挡方法的流程图，如图5所示，该方法包括：接收发动机当前油门开度和变速箱当前输出转速；根据发动机当前油门开度得到变速箱预定输出转速；以及将变速箱当前输出转速与变速箱预定输出转速进行比较，根据比较结果来控制变速箱换挡。

需要说明的是，本发明提供的工程机械自动换挡方法的具体细节及益处与本发明提供的工程机械自动换挡设备类似，于此不予赘述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

本发明主要用于履带式推土机，本发明提供的技术方案对现有的变速油路的缓冲油路及各个阀的改动很小，不会造成换挡时的换挡冲击。并且通过本发明提供的技术方案，可以根据工程机械所处的挡位状态，在小负荷运行时自动切换至更高的挡位，在大负荷运行时自动切换至更低的档位，实现了在作业过程中及空载时的自动换挡，这样能够有效地提高工程机械的作业效率，并且在工程机械处于复杂工况情况下无需操作人员进行频繁换挡，能够减轻操作人员的工作强度。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种工程机械自动换挡设备，其特征在于，该设备包括：

接收装置，接收发动机当前油门开度和变速箱当前输出转速；以及

控制装置，执行以下操作：

根据所述发动机当前油门开度得到变速箱预定输出转速；及

将所述变速箱当前输出转速与所述变速箱预定输出转速进行比较，根据比较结果来控制变速箱换挡。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制装置根据比较结果来控制变速箱换挡包括：

在所述变速箱当前输出转速大于所述变速箱预定输出转速的情况下，所述控制装置控制变速箱换挡到更高的挡位，此时在没有更高的挡位的情况下，保持当前挡位；以及

在所述变速箱当前输出转速小于所述变速箱预定输出转速的情况下，所述控制装置控制变速箱换挡到更低的挡位，此时在没有更低的挡位的情况下，保持当前挡位。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，在变速箱上一时刻输出转速为0的情况下，若所述发动机当前油门开度增大，则所述控制装置控制变速箱换挡到一挡。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制装置通过控制各个挡位所对应的挡位电磁阀来进行换挡。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制装置通过换挡电磁阀控制各个挡位所对应的挡位液控先导阀来进行换挡。

6.一种工程机械自动换挡系统，其特征在于，该系统包括：

根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的工程机械自动换挡设备；

油门开度传感器，用于检测发动机油门开度；以及

转速传感器，用于检测变速箱输出转速。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，该系统还包括：

多个挡位电磁阀，分别对应多个挡位，控制装置通过控制各个挡位所对应的挡位电磁阀来进行换挡；

工作电磁阀，所述控制装置通过控制该工作电磁阀得电来使所述工程机械的前进离合器或后退离合器结合。

8.根据权利要6所述的系统，其特征在于，该系统还包括：

多个挡位液控先导阀，分别对应多个挡位；

换挡电磁阀，与所述多个挡位液控先导阀的进油口连接，控制装置通过该换挡电磁阀来控制所述多个挡位液控先导阀以进行换挡；以及

工作电磁阀，所述控制装置通过控制该工作电磁阀得电来使所述工程机械的前进离合器或后退离合器结合。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，该系统还包括：

流量阀，连接至所述换挡电磁阀，用于控制进入所述换挡电磁阀的先导油的油压和油量。

10.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，该系统还包括：

安全阀，连接在所述工作电磁阀与前进离合器及后退离合器之间，用于在所述工作电磁阀故障的情况下防止前进离合器及后退离合器结合。

11.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求6至10中任一项权利要求所述的工程机械自动换挡系统。

12.一种工程机械自动换挡方法，其特征在于，该方法包括：

接收发动机当前油门开度和变速箱当前输出转速；

根据所述发动机当前油门开度得到变速箱预定输出转速；以及

将所述变速箱当前输出转速与所述变速箱预定输出转速进行比较，根据比较结果来控制变速箱换挡。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述根据比较结果来控制变速箱换挡包括：

在所述变速箱当前输出转速大于所述变速箱预定输出转速的情况下，所述控制装置控制变速箱换挡到更高的挡位，此时在没有更高的挡位的情况下，保持当前挡位；以及

在所述变速箱当前输出转速小于所述变速箱预定输出转速的情况下，所述控制装置控制变速箱换挡到更低的挡位，此时在没有更低的挡位的情况下，保持当前挡位。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在变速箱上一时刻输出转速为0的情况下，若所述发动机当前油门开度增大，则控制变速箱换挡到一挡。