CN104782329B - 一种用于农业机械的行走速度控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于农业机械的行走速度控制系统及控制方法，所述控制系统包括顺序连接的高压共轨发动机、静液压系统、动力换挡变速箱及行走装置，在手动/自动控制按钮及转场/工作模式按钮的控制下，该控制系统分为手动控制转场模式、手动控制工作模式、自动控制转场模式、自动控制工作模式四种，所述控制方法是控制器对控制模式信号处理得到上述四种控制模式之一，控制高压共轨发动机稳定在经济转速或工作转速，并通过手动或自动控制方法，改变静液压系统的液压马达转速及动力换挡变速箱的传动比，控制行走速度。本发明转场模式经济省油，工作模式发动机稳定在工作转速，操作简单，降低了耗油量和系统故障率，提高了工作效率。

Description

一种用于农业机械的行走速度控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及农业机械领域，尤其是关于农业机械领域的行走速度控制系统及控制方法。

背景技术

农业机械的工作环境分为转场与工作两种模式，实际工作中，现有的农业机械有如下不便与缺陷：在转场模式时，驾驶员总希望速度快，本能操作将发动机油门踩在最大，增加了耗油量，实际上，转场模式对农业机械的行走最高速度要求比较低，不需要将发动机油门放到最大；在工作模式时，手动控制发动机转速稳定的操作繁杂，需要驾驶员操作行走无级变速手柄和换挡杆换挡来改变行走速度，增加了驾驶员的劳动强度，故障率增多，工作效率降低。

针对上述缺陷，急需设计出一种操作方便的农业机械行走速度控制系统及控制方法，能针对转场与工作两种模式，给出手动、自动不同的控制方法，在转场模式时，使发动机工作在经济转速，经济省油；在工作模式时，控制发动机转速稳定，降低故障率、提高工作效率。本发明人在多年实践经验的基础上，积极研究创新，经过反复实验及改进，发明了一种能解决上述问题的用于农业机械的行走速度控制系统及控制方法。

发明内容

本发明的主要目的在于，公开一种用于农业机械的行走速度控制系统及控制方法，以克服现有用于农业机械的行走速度控制系统及控制方法存在的缺陷，将系统分为四种控制模式，操作简单，降低耗油量和系统故障率，提高工作效率，非常适于实用。

本发明具体是采用以下技术方案及技术措施来实现的。

本发明提出一种用于农业机械的行走速度控制系统，包括高压共轨发动机、静液压系统、动力换挡变速箱、行走装置、手动/自动控制按钮、转场/工作模式按钮、控制器、行走速度传感器、油门踏板、操作手柄以及换挡按钮，其中，所述高压共轨发动机驱动静液压系统，静液压系统传递动力至动力换挡变速箱，动力换挡变速箱传递动力驱动行走装置，所述手动/自动控制按钮、转场/工作模式按钮分别连接至控制器，控制器分别与高压共轨发动机、静液压系统及动力换挡变速箱连接，所述行走速度传感器及油门踏板分别连接至控制器，油门踏板及转场/工作模式按钮又分别连接到高压共轨发动机，操作手柄连接静液压系统，换挡按钮连接动力换挡变速箱；在手动/自动控制按钮及转场/工作模式按钮的控制下，所述用于农业机械的行走速度控制系统分为四种控制模式：手动控制转场模式、手动控制工作模式、自动控制转场模式、自动控制工作模式，在手动控制转场模式下，由油门踏板改变高压共轨发动机的转速，在其余三种模式下由控制器将所述高压共轨发动机的转速稳定在经济转速或工作转速。所述四种控制模式以手动控制优先，自动控制只有在选择时才会进入，在自动控制下进行手动操作，则转为手动控制。

本发明还采用以下技术方案及技术措施来实现。

本发明提出一种用于农业机械的行走速度控制方法，由手动/自动控制按钮、转场/工作模式按钮传输控制模式信号到控制器；控制器对控制模式信号进行处理，得到如下四种控制模式之一：手动控制转场模式、手动控制工作模式、自动控制转场模式、自动控制工作模式，初始默认为手动控制，在手动控制转场模式下，由油门踏板改变高压共轨发动机的转速，在其余三种模式下由控制器将所述高压共轨发动机的转速稳定在经济转速或工作转速，并通过手动控制或由控制器自动控制的方法，改变静液压系统的液压马达转速及动力换挡变速箱的传动比；高压共轨发动机驱动静液压系统，静液压系统传递动力至动力换挡变速箱，由动力换挡变速箱传递动力驱动行走装置，使实际行走速度与目标行走速度一致，控制行走速度，该实际行走速度是由行走速度传感器测量的信号经控制器处理得出的。

较佳的，前述一种用于农业机械的行走速度控制方法，其中所述手动控制转场模式的操作步骤为：利用油门踏板改变高压共轨发动机的转速；通过操作手柄改变静液压系统的液压马达转速；操作换挡按钮对动力换挡变速箱进行换挡，从而控制行走速度。

较佳的，前述一种用于农业机械的行走速度控制方法，其中所述手动控制工作模式的操作步骤为：操作工作模式按钮将工作模式信号传输到控制器，控制器对信号处理后,控制高压共轨发动机的转速稳定在工作转速，此时油门踏板不起作用；通过操作手柄改变静液压系统的液压马达转速，操作换挡按钮对动力换挡变速箱换挡，从而控制行走速度。

较佳的，前述一种用于农业机械的行走速度控制方法，其中所述自动控制转场模式的操作步骤为：操作转场模式按钮将转场模式信号传输到控制器，控制器对转场模式信号处理后，控制高压共轨发动机的转速稳定在经济转速；油门踏板电位计将油门踏板信号传输到控制器，控制器对油门信号进行处理，将处理后的信号输出至静液压系统和动力换挡变速箱，改变静液压系统的液压马达转速和动力换挡变速箱的传动比，从而控制行走速度。

较佳的，前述一种用于农业机械的行走速度控制方法，所述控制器对油门信号进行处理的方法是：对油门踏板电位计测量范围与行走速度进行线性拟合，将行走速度由低档位到高档位分为三个档位速度：一档档位速度是[0,]，二档档位速度是(0,]，三档档位速度是（0，]，档位速度<<；控制器对门踏板电位计的油门踏板信号进行处理，计算出行走目标速度，并归入所述三个档位速度之一，以低档位优先，得出目标档位；控制器输出目标档位信号至动力换挡变速箱，与动力换挡变速箱的当前档位比较，如果目标档位超出当前档位，则使动力换挡变速箱换到相应档位，如果目标档位没有超出当前档位，则控制器输出目标档位信号至静液压系统，改变液压马达转速，控制行走速度。

较佳的，前述一种用于农业机械的行走速度控制方法，其中所述自动控制工作模式的操作步骤为：操作工作模式按钮将工作模式信号传输到控制器，控制器对工作模式信号处理后，控制高压共轨发动机的转速稳定在工作转速，此时油门踏板电位计不起作用；农业机械的关键工作部件的实际负荷信号传输到控制器，控制器对实际负荷信号与设定在控制器中的目标负荷信号进行处理，将处理后的信号输出至静液压系统和动力换挡变速箱，改变静液压系统的液压马达转速和动力换挡变速箱的传动比，从而控制行走速度。

较佳的，前述一种用于农业机械的行走速度控制方法，所述控制器对实际负荷信号与目标负荷信号进行处理的方法是：所述关键工作部件的实际负荷信号传输至控制器，控制器对所述实际负荷与设定在控制器中的目标负荷进行比较，当实际负荷小于目标负荷时，控制器输出信号至静液压系统，提高静液压系统的液压马达转速，如果液压马达转速达到最大值，实际负荷仍小于目标负荷，则控制器输出信号至动力换挡变速箱，换高一个档位；当实际负荷大于目标负荷时，控制器输出信号至静液压系统，降低静液压系统的液压马达转速，如果行走速度达到低档位速度，则动力换挡变速箱换低一个档位，控制行走速度。

较佳的，前述一种用于农业机械的行走速度控制方法，还包括手动操作的倒车方法，手动将操作手柄换到倒车位，此时，动力换挡变速箱只能工作在一档档位，利用油门踏板改变高压共轨发动机的转速，通过操作手柄改变静液压系统的液压马达转速，从而控制倒车。

与现有技术相比，本发明至少具有下述优点及有益效果：本发明的农业机械行走速度控制系统及控制方法有四种控制模式，即手动控制转场模式、手动控制工作模式、自动控制转场模式、自动控制工作模式，对用于农业机械的行走速度控制以手动控制优先，增强系统的可操作性，降低了系统故障率，转场模式时，控制高压共轨发动机稳定在经济转速，经济省油，工作模式时，控制高压共轨发动机转速稳定在工作转速，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明一种用于农业机械的行走速度控制系统及控制方法的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提出一种用于农业机械的行走速度控制系统和控制方法。请参阅图1所示，为本发明的结构框图，本发明的农业机械行走速度控制系统包括高压共轨发动机、静液压系统、动力换挡变速箱、行走装置、手动/自动控制按钮、转场/工作模式按钮、控制器、行走速度传感器、油门踏板、操作手柄以及换挡按钮。农业机械的关键工作部件也连接到控制器。速度传感器传递信号至控制器，控制器对该信号进行处理可得出实际行走速度。

所述高压共轨发动机、静液压系统、动力换挡变速箱及行走装置顺序连接，高压共轨发动机驱动静液压系统，静液压系统传递动力至动力换挡变速箱，动力换挡变速箱驱动行走装置，获得行走速度。行走速度与所述高压共轨发动机的转速、静液压系统的液压马达转速及动力换挡变速箱的传动比之间的关系方程是：

（1）

公式（1）中，V表示行走速度，n和是控制量，n表示液压马达转速,表示动力换挡变速箱的传动比,、R是定值，表示其他定比传动比，R表示行走轮半径。 其中，液压马达转速表达式为：

（2）

公式（2）中,、为控制量，表示高压共轨发动机的转速，表示静液压系统的液压泵排量，、、为定值，表示液压泵的容积效率，表示液压马达的容积效率，表示液压马达的排量。

由公式（1）、（2）可见，行走速度V可通过静液压系统的液压马达转速n和动力换挡变速箱的传动比控制，静液压系统的液压马达转速n可通过高压共轨发动机的转速和静液压系统的液压泵排量控制，因此，改变高压共轨发动机的转速、静液压系统的液压马达转速n、动力换挡变速箱的传动比，均可以调节行走速度V；

所述手动/自动控制按钮、转场/工作模式按钮分别通过线缆连接至控制器，控制器分别与高压共轨发动机、静液压系统及动力换挡变速箱连接，所述农业机械的关键工作部件、行走速度传感器及油门踏板分别连接至控制器，油门踏板及转场/工作模式按钮又分别通过线缆连接到高压共轨发动机，操作手柄连接静液压系统，换挡按钮连接动力换挡变速箱。在手动/自动控制按钮及转场/工作模式按钮的控制下，本发明用于农业机械的行走速度控制系统分为四种控制模式：手动控制转场模式、手动控制工作模式、自动控制转场模式、自动控制工作模式，该四种控制模式以手动控制优先，自动控制只有在选择时才会进入，在自动控制下进行手动操作，则转为手动控制。

实际操作时，首先，手动/自动控制按钮、转场/工作模式按钮传输控制模式电信号到控制器，然后，控制器对控制模式电信号进行处理，得到如下四种控制模式之一：手动控制转场模式、手动控制工作模式、自动控制转场模式、自动控制工作模式，初始默认为手动控制，在手动控制转场模式下，由油门踏板改变高压共轨发动机的转速，在其余三种模式下由控制器将所述高压共轨发动机的转速稳定在经济转速或工作转速，经济转速大约为1500r/min，工作转速大约为2200r/min，并通过手动控制方法或由控制器自动控制的方法，改变静液压系统的液压马达转速，改变动力换挡变速箱的传动比，使实际行走速度与目标行走速度一致，从而控制行走速度，该实际行走速度是由行走速度传感器测量的信号经控制器处理得出的。

在手动控制转场模式下，驾驶员通过油门踏板改变高压共轨发动机的转速，此种模式下的高压共轨发动机转速不一定是经济转速，通过操作手柄改变静液压系统的液压马达转速，操作换挡按钮对动力换挡变速箱进行换挡，从而控制行走速度。

在手动控制工作模式下，操作工作模式按钮将工作模式信号传输到控制器，控制器对信号处理后,控制高压共轨发动机的转速稳定在工作转速，此时油门踏板不起作用；通过操作手柄改变静液压系统的液压马达转速，操作换挡按钮对动力换挡变速箱换挡，从而控制行走速度。

在自动控制转场模式下，操作转场模式按钮将转场模式信号传输到控制器，控制器对转场模式信号处理后，控制高压共轨发动机的转速稳定在经济转速；油门踏板电位计将油门踏板信号传输到控制器，控制器对油门信号进行处理，按照计算方法1，输出信号至静液压系统和动力换挡变速箱，改变静液压系统的液压马达转速和动力换挡变速箱的传动比，从而控制行走速度。

计算方法1如下：

1）对油门踏板电位计测量范围与行走速度进行线性拟合，得出方程：V=KU (3)

公式（3）中，V为行走速度，U为油门踏板电位计测量范围，K为比例系数。将行走速度由低档位到高档位分为三个档位速度：一档档位速度是[0,]，二档档位速度是(0,]，三档档位速度是（0，]；、、表示档位速度，且<<。

2）控制器对门踏板电位计的油门踏板信号进行处理，计算出行走目标速度，并归入所述三个档位速度之一，以低档位优先，得出目标档位，如果行走目标速度<，则归为一档档速；如果<行走目标速度,则归为二档档速；如果<行走目标速度,则归为三档档速。

3）控制器输出目标档位信号至动力换挡变速箱的相应电磁阀，与动力换挡变速箱的当前档位比较，如果目标档位超出当前档位，则使动力换挡变速箱换到相应档位，如果目标档位没有超出当前档位，则控制器输出目标档位信号至静液压系统，改变液压马达转速，使实际行走速度与目标行走速度一致，控制行走速度，该实际行走速度是由行走速度传感器传递信号至控制器，控制器对该信号进行处理得出的。

在自动控制工作模式下，操作工作模式按钮将工作模式信号传输到控制器，控制器对工作模式信号处理后，控制高压共轨发动机的转速稳定在工作转速，此时油门踏板电位计不起作用；关键工作部件的实际负荷信号传输到控制器，控制器对所述实际负荷信号与目标负荷信号进行处理，按照计算方法2，输出信号至静液压系统和动力换挡变速箱，改变静液压系统的液压马达转速和动力换挡变速箱的传动比，从而控制行走速度。目标负荷是根据机械设计参数已提前设定在控制器中的。

计算方法2如下：所述关键工作部件的实际负荷信号传输至控制器，控制器对实际负荷与目标负荷进行比较，当实际负荷小于目标负荷时，控制器输出信号至静液压系统，提高静液压系统的液压马达转速，如果液压马达转速达到最大值，实际负荷仍小于目标负荷，则控制器输出信号至动力换挡变速箱，换高一个档位；当实际负荷大于目标负荷时，控制器输出信号至静液压系统，降低静液压系统的液压泵排量，如果行走速度达到低档位速度，则换低一个档位，使实际行走速度与目标行走速度一致，控制行走速度。

本发明的倒车是手动控制完成的，手动将操作手柄换到倒车位，此时，动力换挡变速箱只能工作在一档档位，驾驶员通过油门踏板改变高压共轨发动机的转速，通过操作手柄改变静液压系统的液压马达转速，从而控制倒车。

除了以上描述外,本发明还可以广泛地用在其他实施例中，并且本发明的保护范围并不受实施例的限定，其以权利要求的保护范围为准。任何熟悉本专业的技术人员，依据本发明的技术实质对以上实施例的简单修改，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于农业机械的行走速度控制系统，其特征在于，包括高压共轨发动机、静液压系统、动力换挡变速箱、行走装置、手动/自动控制按钮、转场/工作模式按钮、控制器、行走速度传感器、油门踏板、操作手柄以及换挡按钮，其中，所述高压共轨发动机驱动静液压系统，静液压系统传递动力至动力换挡变速箱，动力换挡变速箱传递动力驱动行走装置，所述手动/自动控制按钮、转场/工作模式按钮分别连接至控制器，控制器分别与高压共轨发动机、静液压系统及动力换挡变速箱连接，所述行走速度传感器及油门踏板分别连接至控制器，油门踏板及转场/工作模式按钮又分别连接到高压共轨发动机，操作手柄连接静液压系统，换挡按钮连接动力换挡变速箱；

在手动/自动控制按钮及转场/工作模式按钮的控制下，所述用于农业机械的行走速度控制系统分为四种控制模式：手动控制转场模式、手动控制工作模式、自动控制转场模式、自动控制工作模式，在手动控制转场模式下，由油门踏板改变高压共轨发动机的转速，在其余三种模式下由控制器将所述高压共轨发动机的转速稳定在经济转速或工作转速。

2.根据权利要求1所述一种用于农业机械的行走速度控制系统，其特征在于，所述四种控制模式以手动控制优先，自动控制只有在选择时才会进入，在自动控制下进行手动操作，则转为手动控制。

3.一种用于农业机械的行走速度控制方法，其特征在于，由手动/自动控制按钮、转场/工作模式按钮传输控制模式信号到控制器；控制器对控制模式信号进行处理，得到如下四种控制模式之一：手动控制转场模式、手动控制工作模式、自动控制转场模式、自动控制工作模式，初始默认为手动控制，在手动控制转场模式下，由油门踏板改变高压共轨发动机的转速，在其余三种模式下由控制器将所述高压共轨发动机的转速稳定在经济转速或工作转速，并通过手动控制或由控制器自动控制的方法，改变静液压系统的液压马达转速及动力换挡变速箱的传动比；高压共轨发动机驱动静液压系统，静液压系统传递动力至动力换挡变速箱，由动力换挡变速箱传递动力驱动行走装置，使实际行走速度与目标行走速度一致，控制行走速度，该实际行走速度是由行走速度传感器测量的信号经控制器处理得出的。

4.根据权利要求3所述一种用于农业机械的行走速度控制方法，其特征在于，其中所述手动控制转场模式的操作步骤为：利用油门踏板改变高压共轨发动机的转速；通过操作手柄改变静液压系统的液压马达转速；操作换挡按钮对动力换挡变速箱进行换挡，从而控制行走速度。

5.根据权利要求3所述一种用于农业机械的行走速度控制方法，其特征在于，其中所述手动控制工作模式的操作步骤为：操作工作模式按钮将工作模式信号传输到控制器，控制器对信号处理后,控制高压共轨发动机的转速稳定在工作转速，此时油门踏板不起作用；通过操作手柄改变静液压系统的液压马达转速，操作换挡按钮对动力换挡变速箱换挡，从而控制行走速度。

6.根据权利要求3所述一种用于农业机械的行走速度控制方法，其特征在于，其中所述自动控制转场模式的操作步骤为：操作转场模式按钮将转场模式信号传输到控制器，控制器对转场模式信号处理后，控制高压共轨发动机的转速稳定在经济转速；油门踏板电位计将油门踏板信号传输到控制器，控制器对油门信号进行处理，将处理后的信号输出至静液压系统和动力换挡变速箱，改变静液压系统的液压马达转速和动力换挡变速箱的传动比，从而控制行走速度。

7.根据权利要求6所述一种用于农业机械的行走速度控制方法，其特征在于，所述控制器对油门信号进行处理的方法是：对油门踏板电位计测量范围与行走速度进行线性拟合，将行走速度由低档位到高档位分为三个档位速度：一档档位速度是[0,]，二档档位速度是(0,]，三档档位速度是（0，]，档位速度<<；控制器对门踏板电位计的油门踏板信号进行处理，计算出行走目标速度，并归入所述三个档位速度之一，以低档位优先，得出目标档位；控制器输出目标档位信号至动力换挡变速箱，与动力换挡变速箱的当前档位比较，如果目标档位超出当前档位，则使动力换挡变速箱换到相应档位，如果目标档位没有超出当前档位，则控制器输出目标档位信号至静液压系统，改变液压马达转速，控制行走速度。

8.根据权利要求3所述一种用于农业机械的行走速度控制方法，其特征在于，其中所述自动控制工作模式的操作步骤为：操作工作模式按钮将工作模式信号传输到控制器，控制器对工作模式信号处理后，控制高压共轨发动机的转速稳定在工作转速，此时油门踏板电位计不起作用；农业机械的关键工作部件的实际负荷信号传输到控制器，控制器对实际负荷信号与设定在控制器中的目标负荷信号进行处理，将处理后的信号输出至静液压系统和动力换挡变速箱，改变静液压系统的液压马达转速和动力换挡变速箱的传动比，从而控制行走速度。

9.根据权利要求8所述一种用于农业机械的行走速度控制方法，其特征在于，所述控制器对实际负荷信号与目标负荷信号进行处理的方法是：所述关键工作部件的实际负荷信号传输至控制器，控制器对所述实际负荷与设定在控制器中的目标负荷进行比较，当实际负荷小于目标负荷时，控制器输出信号至静液压系统，提高静液压系统的液压马达转速，如果液压马达转速达到最大值，实际负荷仍小于目标负荷，则控制器输出信号至动力换挡变速箱，换高一个档位；当实际负荷大于目标负荷时，控制器输出信号至静液压系统，降低静液压系统的液压马达转速，如果行走速度达到低档位速度，则动力换挡变速箱换低一个档位，控制行走速度。

10.根据权利要求3所述一种用于农业机械的行走速度控制方法，其特征在于，还包括手动操作的倒车方法，手动将操作手柄换到倒车位，此时，动力换挡变速箱只能工作在一档档位，利用油门踏板改变高压共轨发动机的转速，通过操作手柄改变静液压系统的液压马达转速，从而控制倒车。