CN108757916B - 一种轮式拖拉机自动换挡控制装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种轮式拖拉机自动换挡控制装置，包括液压控制主油路系统、离合器控制油路系统、换挡控制油路系统和控制上述三个系统的拖拉机ECU，所述离合器控制油路系统通过限压阀与液压控制主油路系统连接，所述换挡控制油路系统通过挡位控制阀和减压阀分别与液压控制主油路系统和离合器控制油路系统连接，所述液压控制主油路系统包括蓄能器、油箱、液压泵和回油电磁阀；所述拖拉机ECU还与用于检测油门开度变化的带有位置传感器的油门踏板连接；本发明还包括上述装置的控制方法。本发明采用拖拉机发动机油门开度与速度变化的二参数作为换挡依据，可实现换挡省力、操作轻便，有效降低驾驶员的操作强度，并可提高大功率拖拉机在作业行驶时变速换挡的平顺性。

Description

一种轮式拖拉机自动换挡控制装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及农业设备领域，具体涉及一种轮式拖拉机自动换挡控制装置及其控制方法。
背景技术
由于农田地表及土壤阻力变化比较大，拖拉机在作业时受到牵引阻力也产生较大变化。为提高大功率拖拉机使用的经济性，需要根据道路阻力、轮速、牵引力等参数的变化适时换挡，以便使发动机处于最佳的工作段。通常情况下，在换挡过程中，动力会暂时中断，而车辆在纯行驶工况时，由于大功率拖拉机本身行驶时候的惯性作用，换挡期间将出现明显的顿挫感，严重情况下，拖拉机甚至熄火，严重影响作业的质量。因此，为适应不同作业地面特性的农田耕作条件，减少换挡操作次数，大功率拖拉机升降挡能顺利实施，降低变速换挡的冲击影响，从而满足动力性和经济性，亟需设计一种换挡控制装置，有利于实现换挡省力、操作轻便，降低驾驶员的操作强度，提高大功率拖拉机在作业行驶时变速换挡的平顺性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种轮式拖拉机自动换挡控制装置及其控制方法，它可实现换挡省力、操作轻便，有效降低驾驶员的操作强度，并可提高大功率拖拉机在作业行驶时变速换挡的平顺性。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种轮式拖拉机自动换挡控制装置，包括液压控制主油路系统、离合器控制油路系统、换挡控制油路系统和控制上述三个系统的拖拉机ECU，所述离合器控制油路系统通过限压阀与液压控制主油路系统连接，限压阀控制通往离合器控制油路系统的最大液压力，以解决车载液压油在拖拉机作业行驶过程中的油压波动问题，所述换挡控制油路系统通过挡位控制阀和减压阀分别与液压控制主油路系统和离合器控制油路系统连接，减压阀起到限压保护作用，所述液压控制主油路系统包括蓄能器、油箱、液压泵和回油电磁阀；所述离合器控制油路系统包括一两位三通电磁阀、一常开电磁阀、一常闭电磁阀，所述两位三通电磁阀与常开电磁阀串联，所述常开电磁阀与常闭电磁阀并联后通过节流阀与分离缸连接，所述分离缸与离合器装置连接，所述分离缸上设有用于检测离合器装置是否彻底分离到位的位移传感器，所述离合器装置上设有检测速度变化的速度传感器；所述换挡控制油路系统包括若干个并联的挡位控制组，每个挡位控制组内设有换挡液压缸和用于控制换挡液压缸的电磁阀组，所述电磁阀组中的电磁阀与挡位相对应，所述换挡液压缸上设有液压杆位移传感器，用以检测换挡动作其中一个挡位是否执行到位，判定是否换挡是否彻底，当液压杆位移传感器检测到换挡动作执行到位后，给拖拉机ECU传一个电信号，从而带动换挡拨叉实现挡位的变化；所述换挡液压缸与换挡拨叉连接；所述换挡控制油路系统分别与变速箱输入轴和变速箱输出轴连接，所述变速箱输出轴上设有转速传感器；所述拖拉机ECU还与用于检测油门开度变化的带有位置传感器的油门踏板连接。
本发明中所有的控制阀均采用插装阀结构，插装阀动作灵敏，通用性和密封性好，整个控制装置结构简单，响应速度快，控制过程简单，功能可靠。
本发明利用蓄能器作为高压油源，而不是简单利用油泵供油作为高压油源，采用蓄能器作为高压油源，明显提高控制装置的响应速度，减少换挡过程的滞后时间，蓄能器内的高压油由液压油泵，经回油电磁阀流入蓄能器内，当蓄能器内的高压油不足，低于某一设定值时，回油电磁阀通电，液压油泵开始工作，将油箱中的液压油供给蓄能器，当蓄能器内的高压油达到设定值时，回油电磁阀断电，高压油从液压油泵出口，经回油电磁阀通道流回油箱。
当大功率拖拉机因为道路阻力、驱动行驶速度的变化，达到需要换挡的临界点时，根据变速箱输入轴转速度V、发动机油门开度K等状况参数转换成电信号，电信号控制相应的换挡阀(电磁阀和挡位控制阀等控制阀)，从而实现换挡的自动操作过程。本发明采用双参数控制换挡的执行过程，双参数包括变速箱输入轴转速度V和油门开度大小K，以拖拉机变速箱输入轴转速V和油门开度大小K为依据，自动计算合适的换挡时刻，当变速箱输入轴转速V在某一转速范围内，同时，油门开度大小K在某一范围值时，首先由离合器控制油路系统中断拖拉机的动力，拖拉机ECU通过CAN通信模块对发动机转速和转矩进行调节，同时从拖拉机变速箱输入轴转速作为反馈比较差值，ECU对发动机转速与变速箱输入轴转速进行调节，相应的挡位电磁阀通电，带动相对应换挡液压缸，推动拨叉实现相对应的挡位，换挡过程中，尽可能保证大功率拖拉机换入目标挡位的变速箱输入轴转速与离合器飞轮转速差尽可能小，以缩短换挡时间，减少离合器的冲击、摩擦。采用双参数控制，即双重控制，工作过程更加可靠，本发明为了保证换挡的可靠性，电液控制系统中，其中一个挡位对应的电磁阀通电，其他挡位对应的电磁阀断电，从而保证换挡的可靠性和准确性。
作为上述技术方案的进一步改进：所述挡位控制组的数量为三个，每个挡位控制组内包括两个挡位，两个挡位共用一个换挡液压缸，每个挡位对应一个电磁阀，每个电磁阀组内的两个电磁阀均为两位三通电磁阀。
进一步的，所述蓄能器上设有油位传感器，用于监测蓄能器中油量的变化。
进一步的，所述液压控制主油路系统中还包括位于油箱与液压泵之间的溢流阀。
进一步的，所述蓄能器与回油电磁阀之间设有单向阀。
进一步的，所述离合器控制油路系统与换挡控制油路系统之间的油路上设有电磁继电器。
一种轮式拖拉机自动换挡控制装置的控制方法，包括如下步骤：
1)拖拉机ECU检测到车辆速度的变化和油门开度的变化，并将变速箱输入轴转速V和油门开度大小K分别转换成电信号；
2)换挡控制油路系统中的转速传感器、离合器控制油路系统中的速度传感器感应到电信号，并确定相应的挡位需求；
3)挡位需求确定后，离合器控制油路系统中相应的电磁阀通电，带动分离缸做分离操作，以配合换挡控制油路系统进行换挡；与此同时，换挡控制油路系统中相应的挡位对应的电磁阀通电，换挡控制油路系统向与该电磁阀连接的换挡液压缸中供油，分离缸工作，推动换挡拨叉实现换挡；换挡过程中液压控制主油路系统根据挡位需求通过回油电磁阀控制蓄能器中的油量处于某一设定值；
4)换挡结束后，给予拖拉机ECU一个电信号，液压控制主油路系统、离合器控制油路系统、换挡控制油路系统回到初始状态。
作为上述技术方案的进一步改进：步骤3)中一个挡位进行换挡操作时，实现该挡位执行动作的电磁阀处于通电状态，其他的电磁阀均处于断电状态。
进一步的，步骤3)中离合器控制油路系统的工作过程为：当离合器控制油路系统需要配合换挡控制油路系统进行换挡时，两位三通电磁阀通电，常开电磁阀通电，使离合器装置分离，在分离过程中，常开电磁阀通电，常闭电磁阀断电，离合器位移行程保持不变；换挡结束后，两位三通电磁阀通电，常开电磁阀通电，常闭电磁阀通电，高压液压油推动分离缸中的活塞杆运动，进而推动离合器操纵杆实现慢慢结合，当结合到位后，分离缸上的位移传感器检测到位后，换挡过程结束，否则出现报警闪烁信号，提醒驾驶员换挡过程存在故障可能性。
进一步的，步骤3)中换挡控制油路系统的工作过程为：进行换挡操作时，挡位控制组内的挡位对应的一个电磁阀处于通电状态，其他电磁阀处于断电状态，挡位控制阀处于通电状态，液压油经减压阀和进入换挡液压缸带动液压杆移动，当液压杆位移传感器检测到换挡动作执行到位后，给拖拉机ECU发送电信号，带动换挡拨叉实现挡位的变化；依次类推，需要转换其他挡位时，只需要保证该挡位对应的电磁阀和挡位控制阀处于通电状态，换挡控制油路系统内的其他电磁阀处于断电状态，就可以实现该挡位的变化。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明采用发动机油门开度大小K信号与发动机变速箱输入轴转速V的二参数作为换挡依据，以该二参数作为输入量，换挡位置作为输出量，得到油门开度大小与发动机转速下的换挡控制规律，最后同位移传感器检测当前挡位信号进行比较，从而确定升降挡过程，实现控制离合器和液压缸换挡机构的相对应执行动作，可实现换挡省力、操作轻便，有效降低驾驶员的操作强度，并可提高大功率拖拉机在作业行驶时变速换挡的平顺性；
2、本发明对于大功率拖拉机道路行驶阻力，发动机转速或间接反映的发动机扭矩进行自适应换挡过程，换挡过程平稳，冲击小，采用液压系统，自适应性好，高压油路稳定，换挡动作快捷，控制过程简单，最大程度降低了驾驶员的劳动强度，并提高了大功率拖拉机整体的动力性输出；
3、本发明对拖拉机整车换挡过程中动力中断和动力恢复的关键部件-离合器采用三个电磁阀组合控制一个单作用分离缸实现离合器的动作，控制精度和换挡品质高，换挡过程中，保证变速器所要换入目标挡位的输入轴转速和发动机输出转速差尽可能的小，换挡时间短，有效减少了离合器的滑摩；
4、本发明采用发动机油门开度大小信号K作为双重参数之一的换挡依据，驾驶员可以通过控制油门踏板位置表达换挡的操纵意图，实现离合器不同的结合速度，工作稳定，抗冲击能力较强；
5、本发明设计的自动换挡控制装置及其控制方法结构简单、响应灵敏、控制简单。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图例说明：
1、液压控制主油路系统；11、蓄能器；12、油箱；13、液压泵；14、回油电磁阀；15、油位传感器；16、溢流阀；17、单向阀；2、离合器控制油路系统；21、两位三通电磁阀；22、常开电磁阀；23、常闭电磁阀；24、节流阀；25、分离缸；26、离合器装置；27、位移传感器；28、速度传感器；3、换挡控制油路系统；31、挡位控制组；311、换挡液压缸；312、电磁阀组；313、液压杆位移传感器；314、换挡拨叉；32、变速箱输入轴；33、变速箱输出轴；34、转速传感器；4、拖拉机ECU；5、限压阀；6、挡位控制阀；7、减压阀；8、油门踏板；81、位置传感器；9、电磁继电器。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
如图1所示，一种轮式拖拉机自动换挡控制装置，包括液压控制主油路系统1、离合器控制油路系统2、换挡控制油路系统3和控制上述三个系统的拖拉机ECU4，离合器控制油路系统2通过限压阀5与液压控制主油路系统1连接，换挡控制油路系统3通过挡位控制阀6和减压阀7分别与液压控制主油路系统1和离合器控制油路系统2连接，液压控制主油路系统1包括蓄能器11、油箱12、液压泵13和回油电磁阀14；离合器控制油路系统2包括一两位三通电磁阀21、一常开电磁阀22、一常闭电磁阀23，两位三通电磁阀21与常开电磁阀22串联，常开电磁阀22与常闭电磁阀23并联后通过节流阀24与分离缸25连接，分离缸25与离合器装置26连接，分离缸25上设有用于检测离合器装置26是否彻底分离到位的位移传感器27，离合器装置26上设有检测速度变化的速度传感器28；换挡控制油路系统3包括若干个并联的挡位控制组31，每个挡位控制组31内设有换挡液压缸311和用于控制换挡液压缸311的电磁阀组312，电磁阀组312中的电磁阀与挡位相对应，换挡液压缸311上设有液压杆位移传感器313，换挡液压缸311与换挡拨叉314连接；换挡控制油路系统3分别与变速箱输入轴32和变速箱输出轴33连接，变速箱输出轴33上设有转速传感器34；拖拉机ECU4还与用于检测油门开度变化的带有位置传感器81的油门踏板8连接。
本实施例中，挡位控制组31的数量为三个，每个挡位控制组31内包括两个挡位，两个挡位共用一个换挡液压缸311，每个挡位对应一个电磁阀，每个电磁阀组312内的两个电磁阀均为两位三通电磁阀。
本实施例中，蓄能器11上设有油位传感器15。
本实施例中，液压控制主油路系统1中还包括位于油箱12与液压泵13之间的溢流阀16。
本实施例中，蓄能器11与回油电磁阀14之间设有单向阀17。
本实施例中，离合器控制油路系统2与换挡控制油路系统3之间的油路上设有电磁继电器9。
一种轮式拖拉机自动换挡控制装置的控制方法，包括如下步骤：
1)拖拉机ECU4检测到车辆速度的变化和油门开度的变化，并将变速箱输入轴32转速V和油门开度大小K分别转换成电信号；
2)换挡控制油路系统3中的转速传感器34、离合器控制油路系统2中的速度传感器28感应到电信号，并确定相应的挡位需求；
3)挡位需求确定后，离合器控制油路系统2中相应的电磁阀通电，带动分离缸25做分离操作，以配合换挡控制油路系统3进行换挡；与此同时，换挡控制油路系统3中相应的挡位对应的电磁阀通电，换挡控制油路系统3向与该电磁阀连接的换挡液压缸311中供油，分离缸25工作，推动换挡拨叉314实现换挡；换挡过程中液压控制主油路系统1根据挡位需求通过回油电磁阀14控制蓄能器11中的油量处于某一设定值；
4)换挡结束后，给予拖拉机ECU4一个电信号，液压控制主油路系统1、离合器控制油路系统2、换挡控制油路系统3回到初始状态。
本实施例中，步骤3)中一个挡位进行换挡操作时，实现该挡位执行动作的电磁阀处于通电状态，其他的电磁阀均处于断电状态。
本实施例中，步骤3)中离合器控制油路系统2的工作过程为：当离合器控制油路系统2需要配合换挡控制油路系统3进行换挡时，两位三通电磁阀21通电，常开电磁阀22通电，使离合器装置26分离，在分离过程中，常开电磁阀22通电，常闭电磁阀23断电，离合器位移行程保持不变；换挡结束后，两位三通电磁阀21通电，常开电磁阀22通电，常闭电磁阀23通电，使离合器装置26结合。
本实施例中，步骤3)中换挡控制油路系统3的工作过程为：进行换挡操作时，挡位控制组31内的挡位对应的一个电磁阀处于通电状态，其他电磁阀处于断电状态，挡位控制阀6处于通电状态，液压油经减压阀7和进入换挡液压缸311带动液压杆移动，当液压杆位移传感器313检测到换挡动作执行到位后，给拖拉机ECU4发送电信号，带动换挡拨叉314实现挡位的变化；依次类推，需要转换其他挡位时，只需要保证该挡位对应的电磁阀和挡位控制阀6处于通电状态，换挡控制油路系统3内的其他电磁阀处于断电状态，就可以实现该挡位的变化。

Claims (8)

1.一种轮式拖拉机自动换挡控制装置，其特征在于：包括液压控制主油路系统(1)、离合器控制油路系统(2)、换挡控制油路系统(3)和控制上述三个系统的拖拉机ECU(4)，所述离合器控制油路系统(2)通过限压阀(5)与液压控制主油路系统(1)连接，所述换挡控制油路系统(3)通过挡位控制阀(6)和减压阀(7)分别与液压控制主油路系统(1)和离合器控制油路系统(2)连接，所述液压控制主油路系统(1)包括蓄能器(11)、油箱(12)、液压泵(13)和回油电磁阀(14)；所述离合器控制油路系统(2)包括一两位三通电磁阀(21)、一常开电磁阀(22)、一常闭电磁阀(23)，所述两位三通电磁阀(21)与常开电磁阀(22)串联，所述常开电磁阀(22)与常闭电磁阀(23)并联后通过节流阀(24)与分离缸(25)连接，所述分离缸(25)与离合器装置(26)连接，所述分离缸(25)上设有用于检测离合器装置(26)是否彻底分离到位的位移传感器(27)，所述离合器装置(26)上设有检测速度变化的速度传感器(28)；所述换挡控制油路系统(3)包括若干个并联的挡位控制组(31)，每个挡位控制组(31)内设有换挡液压缸(311)和用于控制换挡液压缸(311)的电磁阀组(312)，所述电磁阀组(312)中的电磁阀与挡位相对应，所述换挡液压缸(311)上设有液压杆位移传感器(313)，所述换挡液压缸(311)与换挡拨叉(314)连接；所述换挡控制油路系统(3)分别与变速箱输入轴(32)和变速箱输出轴(33)连接，所述变速箱输出轴(33)上设有转速传感器(34)；所述拖拉机ECU(4)还与用于检测油门开度变化的带有位置传感器(81)的油门踏板(8)连接，所述挡位控制组(31)的数量为三个，每个挡位控制组(31)内包括两个挡位，两个挡位共用一个换挡液压缸(311)，每个挡位对应一个电磁阀，每个电磁阀组(312)内的两个电磁阀均为两位三通电磁阀，所述蓄能器(11)上设有油位传感器(15)。
2.根据权利要求1所述的轮式拖拉机自动换挡控制装置，其特征在于：所述液压控制主油路系统(1)中还包括位于油箱(12)与液压泵(13)之间的溢流阀(16)。
3.根据权利要求1所述的轮式拖拉机自动换挡控制装置，其特征在于：所述蓄能器(11)与回油电磁阀(14)之间设有单向阀(17)。
4.根据权利要求1所述的轮式拖拉机自动换挡控制装置，其特征在于：所述离合器控制油路系统(2)与换挡控制油路系统(3)之间的油路上设有电磁继电器(9)。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的轮式拖拉机自动换挡控制装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)拖拉机ECU(4)检测到车辆速度的变化和油门开度的变化，并将变速箱输入轴(32)转速V和油门开度大小K分别转换成电信号；
2)换挡控制油路系统(3)中的转速传感器(34)、离合器控制油路系统(2)中的速度传感器(28)感应到电信号，并确定相应的挡位需求；
3)挡位需求确定后，离合器控制油路系统(2)中相应的电磁阀通电，带动分离缸(25)做分离操作，以配合换挡控制油路系统(3)进行换挡；与此同时，换挡控制油路系统(3)中相应的挡位对应的电磁阀通电，换挡控制油路系统(3)向与该电磁阀连接的换挡液压缸(311)中供油，分离缸(25)工作，推动换挡拨叉(314)实现换挡；换挡过程中液压控制主油路系统(1)根据挡位需求通过回油电磁阀(14)控制蓄能器(11)中的油量处于某一设定值；
4)换挡结束后，给予拖拉机ECU(4)一个电信号，液压控制主油路系统(1)、离合器控制油路系统(2)、换挡控制油路系统(3)回到初始状态。
6.根据权利要求5所述的轮式拖拉机自动换挡控制装置的控制方法，其特征在于：步骤3)中一个挡位进行换挡操作时，实现该挡位执行动作的电磁阀处于通电状态，其他的电磁阀均处于断电状态。
7.根据权利要求5或6所述的轮式拖拉机自动换挡控制装置的控制方法，其特征在于：步骤3)中离合器控制油路系统(2)的工作过程为：当离合器控制油路系统(2)需要配合换挡控制油路系统(3)进行换挡时，两位三通电磁阀(21)通电，常开电磁阀(22)通电，使离合器装置(26)分离，在分离过程中，常开电磁阀(22)通电，常闭电磁阀(23)断电，离合器位移行程保持不变；换挡结束后，两位三通电磁阀(21)通电，常开电磁阀(22)通电，常闭电磁阀(23)通电，使离合器装置(26)结合。
8.根据权利要求5或6所述的轮式拖拉机自动换挡控制装置的控制方法，其特征在于：步骤3)中换挡控制油路系统(3)的工作过程为：进行换挡操作时，挡位控制组(31)内的挡位对应的一个电磁阀处于通电状态，其他电磁阀处于断电状态，挡位控制阀(6)处于通电状态，液压油经减压阀(7)和进入换挡液压缸(311)带动液压杆移动，当液压杆位移传感器(313)检测到换挡动作执行到位后，给拖拉机ECU(4)发送电信号，带动换挡拨叉(314)实现挡位的变化；依次类推，需要转换其他挡位时，只需要保证该挡位对应的电磁阀和挡位控制阀(6)处于通电状态，换挡控制油路系统(3)内的其他电磁阀处于断电状态，就可以实现该挡位的变化。
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