CN108843785A - 一种用于液力机械变速箱的信号检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于液力机械变速箱的信号检测系统和方法，以液力机械变速箱ECU控制单元作为中枢控制器，通过采集自带传感器状态、与整车控制器交互两种方式实现液力机械变速箱动作控制和信息存储。具体为：液力机械变速箱ECU控制单元将检测得到的变矩器泵轮转速、涡轮转速、油温、离合器信号、变速箱空档、倒档信号等状态信号，通过CAN总线实现与整车控制器、存储器的通讯和信息存储，为液力机械变速箱散热器自动调整散热功率、离合器过载保护、倒车雷达、缓行警示和故障诊断提供数据源，避免缓行高温、离合器高温等导致的液力机械变速箱损伤问题，同时为用户提供倒车雷达提示、故障诊断等功能。

Description

一种用于液力机械变速箱的信号检测系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于液力机械变速箱的信号检测系统和方法，属于汽车领域、特种车辆底盘技术领域。

背景技术

为适应现代化军用车辆的使用需求，要求对液力机械变速箱使用状态可检测、可存储。

尤其超重型军车可靠性要求较高，因此提出了车辆健康管理的数据包要求，其中要求液力机械变速箱状态检测需要具有全面性、实时性和准确性等特点。现有技术中，对车辆传动系统变速机构只要求其实现变速等基本功能，无法实现对液力机械变速箱下属的变矩器、缓行器、离合器、变速箱等部件的使用状态进行检测，因此无法为故障预警、故障干预、故障诊断等奠定状态检测基础，也就无法有效保障液力机械变速箱使用安全，甚至车辆行驶的安全性。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种用于液力机械变速箱的信号检测系统，能够全面、实时和准确检测液力机械变速箱使用情况，可以满足车辆健康管理的数据包要求。在此基础上，可实现将液力机械变速箱危险工作模式预先向驾驶员提示报警，同时对液力机械变速箱采取自动保护措施，以防止整机烧蚀等故障。技术人员定期对使用数据分析，还可对纠正司机不良驾驶习惯及其他故障诊断项目提供分析依据。

发明解决的技术方案为：一种用于液力机械变速箱的信号检测系统，包括：液力机械变速箱的电子控制单元ECU、变矩器泵轮转速传感器、变矩器涡轮转速传感器、油温传感器、离合器信号传感器、变速箱空档信号传感器、变速箱倒档信号传感器；本发明用于液力机械变速箱的信号检测系统，可以用来检测重载车辆；

变矩器泵轮转速传感器通过计齿数的方式记录车辆的泵轮转速；

变矩器涡轮转速传感器通过计齿数的方式记录车辆的涡轮转速；

油温传感器，实时监测车辆的变矩器出油温度；

离合器信号传感器检测离合器的脱开与结合状态，产生离合器信号；

液力机械变速箱的电子控制单元ECU可根据变矩器泵轮转速信号和涡轮转速信号，实现变矩器的强制闭锁功能；

液力机械变速箱的电子控制单元ECU可根据油温信号能够发出超温报警、缓行器强制降档指令，防止变矩器内部油液升温过快；

液力机械变速箱的电子控制单元ECU采集变速箱倒档信号传感器信号，进行倒档警示及倒车雷达的自动开启；

液力机械变速箱的电子控制单元ECU采集变速箱空档信号传感器信号，检测变速箱档位使用状态；

液力机械变速箱的电子控制单元ECU可根据离合器信号，实现离合器过载保护。

液力机械变速箱的电子控制单元ECU可将变矩器泵轮转速传感器、变矩器涡轮转速传感器、油温传感器、离合器信号传感器、变速箱空档信号传感器、变速箱倒档信号传感器输出的信号通过CAN协议实现与整车控制器、整车数据记录仪的通讯和存储。

变矩器泵轮转速传感器设置于变矩器泵轮座下方，泵轮座设有齿形结构，变矩器泵轮旋转时，变矩器泵轮转速传感器通过计齿数的方式记录泵轮转速。

变矩器涡轮转速传感器设置于变速箱中与涡轮之间存在固定速比的齿轮上方，用计齿数原理记录涡轮转速。

油温传感器设置于变矩器出油口，用于实时监测变矩器出油温度，可作为强制冷却散热器风扇马达调速运转的判断信号来源，以实现自动调节散热功率。

离合器信号传感器设置于离合器分泵处，可检测离合器的脱开与结合状态，可为离合器过载保护等功能提供信号输入。

变速箱倒档信号传感器设置于变速箱换档盒末端，当驾驶员挂入倒档后触发该传感器，ECU采集状态后，用于倒档警示及倒车雷达的自动开启等功能。

变速箱空档信号传感器设置于变速箱换档盒侧面，当驾驶员挂入空档后触发该传感器，ECU采集状态后，用于判断并存储驾驶员档位使用情况。

ECU可根据驾驶员开启缓行功能的指令，通过蜂鸣器给出警示响声，以引起驾驶员注意，防止变矩器油液升温过快。

ECU优先选择安装在驾驶室内，可有效保护ECU免受水渍、盐雾等恶劣环境侵蚀，延长使用寿命。

一种用于液力机械变速箱的信号检测方法，步骤如下：

(1)ECU采集液力机械变速箱各传感器状态，得到各传感器采集信息；

(2)ECU根据预设程序对各传感器采集信息进行比较判断；

(3)ECU向各执行部件，包括离合器过载保护电磁顶杆、散热器风扇马达、缓行器，发出控制指令，使液力机械变速箱按预设状态运转；

(4)ECU向整车控制器发送各传感器采集信息和ECU指令信息，并由整车控制器将其存储在整车数据记录仪中，用于用户拷贝数据，进行故障分析。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)液力机械变速箱信号检测系统对液力机械变速箱下属的变矩器、缓行器、离合器、变速箱等部件的使用状态进行检测和存储，具有全面性、实时性和准确性等特点，可实现强制闭锁、自动调温、离合器过载保护、自动倒车雷达等功能，在故障预警、故障干预、故障诊断等方面，有效保障液力机械变速箱使用安全以及车辆行驶的安全性。

(2)变矩器泵轮转速传感器、变矩器涡轮转速传感器计齿数原理记录转速，充分利用了液力机械变速箱自身结构特点设置布置点，使得结构紧凑、节约成本；同时实现变矩器自动强制闭锁功能，避免驾驶员误操作导致的产品寿命降低问题，甚至车辆行驶故障。

(3)离合器信号传感器检测离合器的脱开与结合状态，结合ECU检测得到的变矩器闭锁状态，可为离合器过载保护等功能提供信号输入，以防使用不当引起的离合器烧结故障。

(4)油温传感器实时监测变矩器出油温度，可作为强制冷却散热器风扇调速运转的信号来源，以实现自动调节散热功率，防止变矩器内部油温过高；变速箱倒档信号传感器可用于倒档警示及倒车雷达的自动开启等功能；变速箱空档信号传感器可用于记录驾驶员档位使用情况。

(5)ECU(电子控制单元)可综合变矩器泵轮转速信号和涡轮转速信号，实现变矩器的强制闭锁功能，依据油温信号可发出超温报警、缓行器强制降档等指令，根据驾驶员开启缓行功能的指令，通过驾驶室蜂鸣器给出警示响声，以引起驾驶员注意，防止变矩器油液升温过快，可将上述检测得到的信号通过CAN协议实现与整车控制器、存储器的通讯和存储功能。

附图说明

图1为液力机械变速箱的基本组成示意图。

图2为基于液力机械变速箱信号采集系统的信息处理及功能实施的流程图。

图3为液力机械变速箱传感器位置示意图。

图4液力机械变速箱传感器位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。

本发明一种用于液力机械变速箱的信号检测系统和方法，以液力机械变速箱ECU控制单元作为中枢控制器，通过采集自带传感器状态、与整车控制器交互两种方式实现液力机械变速箱动作控制和信息存储。具体为：液力机械变速箱ECU控制单元将检测得到的变矩器泵轮转速、涡轮转速、油温、离合器信号、变速箱空档、倒档信号等状态信号，通过CAN总线实现与整车控制器、存储器的通讯和信息存储，为液力机械变速箱散热器自动调整散热功率、离合器过载保护、倒车雷达、缓行警示和故障诊断提供数据源，避免缓行高温、离合器高温等导致的液力机械变速箱损伤问题，同时为用户提供倒车雷达提示、故障诊断等功能。

本发明用于液力机械变速箱的信号检测系统，可以用来检测重载车辆；

液力机械变速箱安装在重载车辆底盘中发动机与分动箱之间，主要包括变矩器、缓行器、离合器、变速箱等部件组成，如图1所示，其功能组成如下：

变矩器包含泵轮、泵轮转速传感器、涡轮、涡轮转速传感器、闭锁离合器、油温传感器等零件，车辆正常行驶时处于变矩器闭锁工况，保证车辆的行驶燃油经济性，车辆起步或爬坡时处于液力工况，增大输出扭矩，提升车辆动力性。

缓行器连接在变矩器后侧，利用液力制动原理，主要在车辆下长坡时提供辅助制动力，避免长时间踩刹车引起的车轮高温，甚至刹车失灵问题。

离合器连接在缓行器后侧，常态为压紧状态，保证动力向后传递；当驾驶员需要换档时，离合器分泵充气使其分离，中断整车动力，离合器信号传感器即装配在离合器分泵上；离合器属高温磨损件，应尽量避免高速大载荷时执行分离结合动作。

变速箱采用4×2档位布置方式，由主箱部分和高低档副箱部分组成，其中主箱部分是一个4档变速箱，高低档副箱部分是一个行星机构式2档变速箱；变速箱换档盒位于主箱上侧，用于切换档位，倒档、空档信号传感器装在换档盒上；通过切换档位在不同车速下满足整车动力需求，挂倒档时，实现倒车。

液力机械变速箱ECU控制单元将检测得到的状态信号，通过CAN总线实现与整车控制器、存储器的通讯和信息存储，为液力机械变速箱散热器自动调整散热功率、离合器过载保护、倒车雷达、缓行警示和故障诊断提供数据源，其流程如图2所示。

本发明的一种用于液力机械变速箱的信号检测系统，包括：液力机械变速箱的电子控制单元ECU、变矩器泵轮转速传感器、变矩器涡轮转速传感器、油温传感器、离合器信号传感器、变速箱倒档信号传感器，如图3、图4所示；图3为液力机械变速箱传感器位置示意图，其中，1-泵轮转速传感器2-涡轮转速传感器3-油温传感器4-离合器信号传感器。图4为液力机械变速箱传感器位置示意图，其中5-倒档信号传感器6-空档信号传感器。

液力机械变速箱的电子控制单元ECU可将变矩器泵轮转速传感器、变矩器涡轮转速传感器、油温传感器、离合器信号传感器、变速箱倒档信号传感器输出的信号与整车控制器、整车数据记录仪的通讯和存储。

变矩器泵轮转速传感器设置于变矩器泵轮座下方，泵轮座设有齿形结构，变矩器泵轮旋转时，变矩器泵轮转速传感器通过计齿数的方式记录泵轮转速,为降低成本，可选择转速传感器识别范围为200rpm到4000rpm之间即可。

变矩器涡轮转速传感器设置于变速箱中与涡轮之间存在固定速比的齿轮上方，用计齿数原理记录涡轮转速，为降低成本，可选择转速传感器识别优选范围为200rpm到4000rpm之间即可。

液力机械变速箱的电子控制单元ECU可根据变矩器泵轮转速信号和涡轮转速信号，通过判断泵轮和涡轮转速接近程度，发出闭锁控制指令，实现变矩器的强制闭锁功能，即变矩器泵轮和涡轮由液力传动改为机械传动，优选的强制闭锁条件为：

1)当泵轮转速>1320rpm时，涡轮泵轮转速比≥0.75；

2)当泵轮转速≤1320rpm时，涡轮转速＞1000rpm。

液力机械变速箱的电子控制单元ECU通过油温传感器采集变矩器出口油温，当变矩器出口油温超过70℃时，ECU控制散热器风扇马达启动，随温度升高，线性提高风扇转速，油温达到90℃时，散热器风扇达到全速运转，实现自动调节散热功率。当变矩器出口油温超过125℃时，ECU给蜂鸣器通电，发出超温报警声音。鉴于液力机械变速箱工作温度，油温传感器测量温度区间可选择为20℃到150℃。

缓行器为液力机械变速箱内为车辆提供辅助制动的部件，将车辆动能转化为油液热能，由于与变矩器共用油液，因此特别容易导致变矩器油温超限。当油温超限时，一方面向驾驶员发出蜂鸣报警，另一方面ECU按预设高温梯度范围向缓行器发出强制降档指令，降低制动功率和发热功率，防止变矩器内部油液升温过快引起的变矩器烧蚀。

液力机械变速箱的电子控制单元ECU可根据倒档触发信号，向蜂鸣器间歇性通电，发出间歇蜂鸣，进行倒档警示，同时ECU向倒车雷达发出开启指令，配合驾驶员驾驶车辆避让后方障碍物。

液力机械变速箱的电子控制单元ECU采集变矩器泵轮转速信号、涡轮转速信号和离合器信号，当变矩器不满足闭锁条件，即变矩器处于液力传动工作模式时，且离合器信号处于离合分离状态时，ECU向油门踏板下方的电动顶杆发出指令，使其弹出，迫使驾驶员无法踩下油门，防止变矩器液力增扭后产生的过大扭矩在离合器结合过程中产生高温，实现离合器过载保护。为降低成本，可采用市场普遍适用的单片机进行ECU开发，例如英飞凌系列单片机等。

采用液力机械变速箱信号检测系统，各项自动操作功能增强了液力机械变速箱使用的方便性和安全性。例如，该系统的离合器过载保护功能，使得离合器平均使用寿命由10万公里提升至约18万公里，寿命提升约80％；通过ECU存储的数据分析显示，缓行器高温自动降档及强制散热功能避免了95％的因操作使用不当引起的高温烧机问题。

该系统具备故障诊断功能。例如，主副箱式变速箱应尽量避免空档时车辆长时间滑行工况，在产品实际应用过程中，偶发的副箱换档机构过度磨损导致换档功能早期失效，经对存储数据中的空档信号和转速信号进行分析，其驾驶员均存在长时间空档滑行的不良操作习惯，此为该系统故障诊断功能的一个体现。

离合器信号传感器检测离合器的脱开与结合状态，结合ECU检测得到的变矩器闭锁状态，可为离合器过载保护等功能提供信号输入，以防使用不当引起的离合器烧结故障。油温传感器实时监测变矩器出油温度，可作为强制冷却散热器风扇调速运转的信号来源，以实现自动调节散热功率，防止变矩器内部油温过高；变速箱倒档信号传感器可用于倒档警示及倒车雷达的自动开启等功能；变速箱空档信号传感器可用于记录驾驶员档位使用情况。

ECU(电子控制单元)可综合变矩器泵轮转速信号和涡轮转速信号，实现变矩器的强制闭锁功能，依据油温信号可发出超温报警、缓行器强制降档等指令，根据驾驶员开启缓行功能的指令，通过驾驶室蜂鸣器给出警示响声，以引起驾驶员注意，防止变矩器油液升温过快，可将上述检测得到的信号通过CAN协议实现与整车控制器、存储器的通讯和存储功能。

本发明的液力机械变速箱信号检测系统对液力机械变速箱下属的变矩器、缓行器、离合器、变速箱等部件的使用状态进行检测和存储，具有全面性、实时性和准确性等特点，可实现强制闭锁、自动调温、离合器过载保护、自动倒车雷达等功能，在故障预警、故障干预、故障诊断等方面，有效保障液力机械变速箱使用安全以及车辆行驶的安全性。变矩器泵轮转速传感器、变矩器涡轮转速传感器计齿数原理记录转速，充分利用了液力机械变速箱自身结构特点设置布置点，使得结构紧凑、节约成本；同时实现变矩器自动强制闭锁功能，避免驾驶员误操作导致的产品寿命降低问题，甚至车辆行驶故障。

Claims (10)

1.一种用于液力机械变速箱的信号检测系统，其特征在于包括：液力机械变速箱的电子控制单元ECU、变矩器泵轮转速传感器、变矩器涡轮转速传感器、油温传感器、离合器信号传感器、变速箱空档信号传感器、变速箱倒档信号传感器；变矩器泵轮转速传感器通过计齿数的方式记录车辆的泵轮转速；变矩器涡轮转速传感器通过计齿数的方式记录涡轮转速；油温传感器，实时监测变矩器出油温度；离合器信号传感器检测离合器的脱开与结合状态，产生离合器信号；液力机械变速箱的电子控制单元ECU根据变矩器泵轮转速信号和涡轮转速信号，实现变矩器的强制闭锁功能；液力机械变速箱的电子控制单元ECU可根据油温信号能够发出超温报警、缓行器强制降档指令，防止变矩器内部油液升温过快；液力机械变速箱的电子控制单元ECU采集变速箱倒档信号传感器信号，进行倒档警示及倒车雷达的自动开启；液力机械变速箱的电子控制单元ECU采集变速箱空档信号传感器信号，检测变速箱档位使用状态；液力机械变速箱的电子控制单元ECU可根据离合器信号，实现离合器过载保护。

2.根据权利要求1所述的一种用于液力机械变速箱的信号检测系统，其特征在于：液力机械变速箱的电子控制单元ECU可将变矩器泵轮转速传感器、变矩器涡轮转速传感器、油温传感器、离合器信号传感器、变速箱空档信号传感器、变速箱倒档信号传感器输出的信号通过CAN协议实现与整车控制器、整车数据记录仪的通讯和存储。

3.根据权利要求1所述的一种用于液力机械变速箱的信号检测系统，其特征在于：变矩器泵轮转速传感器设置于变矩器泵轮座下方，泵轮座设有齿形结构，变矩器泵轮旋转时，变矩器泵轮转速传感器通过计齿数的方式记录泵轮转速。

4.根据权利要求1所述的一种用于液力机械变速箱的信号检测系统，其特征在于：变矩器涡轮转速传感器设置于变速箱中与涡轮之间存在固定速比的齿轮上方，用计齿数原理记录涡轮转速。

5.根据权利要求1所述的一种用于液力机械变速箱的信号检测系统，其特征在于：油温传感器设置于变矩器出油口，用于实时监测变矩器出油温度作为强制冷却散热器风扇马达调速运转的判断信号来源。

6.根据权利要求1所述的一种用于液力机械变速箱的信号检测系统，其特征在于：离合器信号传感器设置于离合器分泵处，检测离合器的脱开与结合状态，为离合器过载保护功能提供信号输入。

7.根据权利要求1所述的一种用于液力机械变速箱的信号检测系统，其特征在于：变速箱倒档信号传感器设置于变速箱换档盒末端，当驾驶员挂入倒档后触发该传感器，ECU采集状态后，用于倒档警示及倒车雷达的自动开启等功能。

8.根据权利要求1所述的一种用于液力机械变速箱的信号检测系统，其特征在于：变速箱空档信号传感器设置于变速箱换档盒侧面，当驾驶员挂入空档后触发该传感器，ECU采集状态后，用于判断并存储驾驶员档位使用情况。

9.根据权利要求1所述的一种用于液力机械变速箱的信号检测系统，其特征在于：ECU优先选择安装在驾驶室内，有效保护ECU免受水渍、盐雾这些恶劣环境侵蚀，延长使用寿命。

10.根据权利要求1所述的一种用于液力机械变速箱的信号检测方法，其特征在于步骤如下：

(1)ECU采集液力机械变速箱各传感器状态，得到各传感器采集信息；

(2)ECU根据预设程序对各传感器采集信息进行比较判断；

(3)ECU向各执行部件，包括离合器过载保护电磁顶杆、散热器风扇马达、缓行器，发出控制指令，使液力机械变速箱按预设状态运转；

(4)ECU向整车控制器发送各传感器采集信息和ECU指令信息，并由整车控制器将其存储在整车数据记录仪中，用于用户拷贝数据，进行故障分析。