CN111828607B - 一种装载机起步与动力换向控制方法及系统 - Google Patents

一种装载机起步与动力换向控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装载机起步与动力换向控制方法及系统，方法包括：响应于驾驶员通过操作方向手柄动作给出方向控制需求，获取变速箱输出轴转速信息，得到变速箱输出轴转速实际值n act ；获取预设的变速箱输出轴转速限值n StdThd ；将变速箱输出轴转速实际值n act 与变速箱输出轴转速限值n StdThd 进行比较，判断车辆当前处于静止状态或行驶状态；响应于变速箱输出轴转速实际值n act ≤变速箱输出轴转速限值n StdThd ，判断车辆当前处于静止状态，发出指令执行静止起步控制；响应于变速箱输出轴转速实际值n act ＞变速箱输出轴转速限值n StdThd ，判断车辆当前处于行驶状态，发出指令执行行驶动力换向控制。

Description

一种装载机起步与动力换向控制方法及系统
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，涉及一种装载机起步与动力换向控制方法及系统。
背景技术
装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、矿山等场所的土方施工机械，主要用于散装物料铲装。为了适应铲装过程频繁地起步与换向操作需求，降低驾驶员的劳动强度，在变速箱内设置液力变矩器与湿式方向控制离合器，通过控制不同方向离合器结合，实现装载机在静止状态下起步过程控制以及在动力行驶状态下运行方向的直接切换控制。
随着工程机械技术快速发展，驾驶员对装载机作业过程起步与换向操作的舒适性、平稳性和整机零部件可靠性要求越来越高。然而装载机工作环境恶劣，铲装与行驶过程中需要频繁进行方向控制，起步与换向过程负载冲击剧烈，要求控制系统必须准确识别驾驶员方向需求，执行正确的起步与换向动作控制，在保证离合器使用寿命的前提下，提高换向过程的操作舒适性和平顺性。
中国发明专利CN201810852442.7，《一种拖拉机负载换向及高低档变速箱控制系统》公开了一种拖拉机负载换向及高低档变速箱控制系统。控制单元接收判断离合器踏板信号、换向和高低档选择信号，输出电信号控制执行单元，在不切断发动机动力的工况下实现换向及换挡控制。依据换向和换挡手柄位置信号，当主离合器踩下时，断开所有方向和挡位离合器，当主离合器踏板弹起时，则结合相应的离合器，实现方向和挡位的切换。
现有技术存在以下缺陷：CN201810852442.7提供了一种在不切断发动机动力的工况下实现换向控制的解决方案，但对不同工况下驾驶员的起步与换向操作并未进行精细化控制，无法保证整机动力换向过程的舒适性、平顺性以及方向离合器的使用寿命。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种装载机起步与动力换向控制方法及系统。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
第一方面，提供一种装载机起步与动力换向控制方法，包括：
响应于驾驶员通过操作方向手柄动作给出方向控制需求，
获取变速箱输出轴转速信息，得到变速箱输出轴转速实际值n act ；
获取预设的变速箱输出轴转速限值n StdThd ；
将变速箱输出轴转速实际值n act 与变速箱输出轴转速限值n StdThd 进行比较，判断车辆当前处于静止状态或行驶状态；
响应于变速箱输出轴转速实际值n act ≤变速箱输出轴转速限值n StdThd ，判断车辆当前处于静止状态，发出指令执行静止起步控制；
或，响应于变速箱输出轴转速实际值n act ＞变速箱输出轴转速限值n StdThd ，判断车辆当前处于行驶状态，发出指令执行行驶动力换向控制。
第二方面，提供一种装载机起步与动力换向控制系统，包括控制器，所述控制器包括存储器和处理器，存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作，以执行根据上述的装载机起步与动力换向控制方法。
所述的装载机起步与动力换向控制系统，还包括：方向手柄、变速箱油底壳油温采集单元、变速箱输出转速与转向采集单元、方向执行单元和发动机控制单元；控制器与发动机控制单元通过CAN总线通信网络连接，与方向手柄、变速箱油底壳油温采集单元、变速箱输出转速与转向采集单元、方向执行单元通过信号电缆连接。
第三方面，提供一种装载机，包括所述的装载机起步与动力换向控制系统。
有益效果：本发明提供的一种装载机起步与动力换向控制方法及系统，在装载机作业频繁起步与换向操作过程中，准确识别驾驶员方向需求，提高换向操作舒适性。在静止起步过程中根据发动机与变速箱状态，自适应控制离合器结合过程，可有效降低大负载状态起步过程变速箱输入侧扭矩冲击，提高零部件使用寿命；在行驶动力换向过程对发动机转速控制进行干预，限制发动机换向转速，同时对变速箱输出轴转速进行限值控制，在输出轴转速高于限值时，整机保留换向请求并进入或保持空挡等待状态，直到转速满足要求再执行换向动作，从而保证装载机换向平顺性与离合器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例的装载机起步与动力换向控制系统示意图；
图2为本发明实施例的装载机起步与动力换向控制方法主流程图；
图3为本发明实施例的装载机行驶状态判断流程图；
图4为本发明实施例装载机起步控制流程图；
图5为本发明实施例行驶动力换向控制流程图；
图6为本发明实施例驾驶员方向控制需求识别流程图；
图7为本发明实施例动力换向限速控制流程图；
图8为本发明实施例发动机转速限值控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。相关术语定义如下：
实施例1
如图2、图3所示，一种装载机起步与动力换向控制方法，包括：
响应于驾驶员通过操作方向手柄动作给出方向控制需求，
获取变速箱输出轴转速信息，得到变速箱输出轴转速实际值n act ；
获取预设的变速箱输出轴转速限值n StdThd ；
将变速箱输出轴转速实际值n act 与变速箱输出轴转速限值n StdThd 进行比较，判断车辆当前处于静止状态或行驶状态；
响应于变速箱输出轴转速实际值n act ≤变速箱输出轴转速限值n StdThd ，判断车辆当前处于静止状态，发出指令执行静止起步控制；
或，响应于变速箱输出轴转速实际值n act ＞变速箱输出轴转速限值n StdThd ，判断车辆当前处于行驶状态，发出指令执行行驶动力换向控制。
在一些实施例中，如图4所示，所述的装载机起步与动力换向控制方法，静止起步控制，包括：
获取当前发动机转速以及变速箱油温信息；
基于当前发动机转速以及变速箱油温，根据动力换向时间电流控制曲线A计算得到动力换向电流值；
根据动力换向电流值，发出指令控制离合器电磁阀的开度。
所述动力换向时间电流控制曲线A的公式为：I DA =kI DA0 (t)+ΔI，其中I DA0 (t)为控制基本时间电流曲线，k为修正系数，ΔI为电流修正值；为了保证起步过程的平顺性，根据起步时刻发动机转速自动调整修正系数k，发动机转速越大k值越大，根据变速箱油温自动调整电流修正值ΔI，油温越高，ΔI越小。
在一些实施例中，如图5、图6所示，行驶动力换向控制，根据不同方向控制需求及当前行驶方向，发出控制信号至方向执行单元，实现方向离合器控制，包括：
响应于方向手柄从前进挡F进入后退挡R或从后退挡R进入前进挡F，在满足动力换向变速箱输出轴转速限值控制和发动机转速限值控制的前提下，根据动力换向时间电流控制曲线B计算得到动力换向电流值；根据动力换向电流值，发出指令控制离合器电磁阀的开度；
响应于方向手柄从前进挡F或后退挡R进入空挡N，发出空挡信号至方向执行单元，控制所有方向离合器分离，实现整机空挡；
响应于方向手柄从空挡N进入前进挡F、且车辆向后行驶，在满足动力换向变速箱输出轴转速限值控制和发动机转速限值控制的前提下，根据动力换向时间电流控制曲线B计算得到动力换向电流值；根据动力换向电流值，发出指令控制离合器电磁阀的开度；
响应于方向手柄从空挡N进入后退挡R、且车辆向前行驶，在满足动力换向变速箱输出轴转速限值控制和发动机转速限值控制的前提下，根据动力换向时间电流控制曲线B计算得到动力换向电流值；根据动力换向电流值，发出指令控制离合器电磁阀的开度；
响应于方向手柄从空挡N进入后退挡R、且车辆向后行驶，根据动力换向时间电流控制曲线B计算得到动力换向电流值；根据动力换向电流值，发出指令控制离合器电磁阀的开度；
响应于方向手柄从空挡N进入前进挡F、且车辆向前行驶，根据动力换向时间电流控制曲线B计算得到动力换向电流值；根据动力换向电流值，发出指令控制离合器电磁阀的开度。
所述动力换向时间电流控制曲线B的公式为：I Sh =I Sh0 (t)，其中I Sh0 (t)为动力换向控制时间电流曲线，具体包括离合器快速充油阶段、离合器扭矩交换阶段和离合器快速压紧阶段。
在一些实施例中，如图7所示，动力换向变速箱输出轴转速限值控制，包括：
获取预设的变速箱输出轴转速最高值n shtl ；
将变速箱输出轴转速实际值n act 与变速箱输出轴转速最高值n shtl 进行比较；
响应于变速箱输出轴转速实际值n act ≤变速箱输出轴转速最高值n shtl ，发出指令执行动力换向动作；
或，响应于变速箱输出轴转速实际值n act ＞变速箱输出轴转速最高值n shtl ，发出指令保留动力换向请求并进入空挡或保持空挡，直至变速箱输出轴转速实际值n act ≤变速箱输出轴转速最高值n shtl 。
在一些实施例中，如图8所示，发动机转速限值控制，包括：
获取预设的动力换向过程发动机转速最高值n EngThd ，以及发动机转速实际值n Eng ；
将发动机转速实际值n Eng 与发动机转速最高值n EngThd 进行比较；
响应于发动机转速实际值n Eng 大于发动机转速最高值n EngThd ，发出指令控制发动机降速，直至n Eng ≤n EngThd 。
实施例2
一种装载机起步与动力换向控制系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器包括存储器和处理器，存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作，以执行实施例1所述的装载机起步与动力换向控制方法。
在一些实施例中，所述的装载机起步与动力换向控制系统，还包括：方向手柄、变速箱油底壳油温采集单元、变速箱输出转速与转向采集单元、方向执行单元和发动机控制单元；
控制器与发动机控制单元通过CAN总线通信网络连接，与方向手柄、变速箱油底壳油温采集单元、变速箱输出转速与转向采集单元、方向执行单元通过信号电缆连接。
装载机起步与动力换向控制系统的控制主流程如图2所示，依据变速箱输出轴转速信息，判断整机静止或行驶状态；具体过程如下：
（1）整机静止或行驶状态判断。整机行驶状态判断流程如图3所示，预设变速箱输出轴转速限值n StdThd ，当变速箱输出轴转速实际值小于或等于限值（n act ≤n StdThd ）时，输出车辆处于静止状态，执行步骤（2）起步控制流程；当变速箱输出轴转速实际值大于限值（n act ＞n StdThd ）时，输出车辆处于行驶状态，执行步骤（3）动力换向控制流程；
（2）执行静止起步控制流程。预设起步过程方向执行单元控制电流I DA =kI DA0 (t)+ΔI，其中I DA0 (t)为控制基本电流时间曲线，k为修正系数，ΔI为电流修正值；为了保证起步过程的平顺性，根据起步时刻发动机转速自动调整修正系数k，发动机转速越大k值越大，根据变速箱油温自动调整电流修正值ΔI，油温越高，ΔI越小。可以保证不同发动机转速和变速箱油温工况下起步过程的平顺性。
起步控制流程如图4所示，在确认起步方向需求后，根据当前发动机转速和油温确定预设控制电流，执行步骤（4）；
（3）行驶动力换向控制流程。根据方向手柄的动力换向方向选择，预设离合器电磁阀动力换向控制电流I Sh =I Sh0 (t)，其中I Sh0 (t)为动力换向控制时间电流曲线，具体包括离合器快速充油阶段、离合器扭矩交换阶段和离合器快速压紧阶段，当发生动力换向时输出该电流I Sh 至方向执行单元，其控制流程如图5所示。
（3-1）获取方向手柄信号识别驾驶员动力换向需求，其识别流程如图6所示，
若方向手柄处于前进挡F位置，当方向手柄进入后退挡R时，输出前进向后退换向需求，执行步骤（3-2），否则为进入空挡N；
若方向手柄处于后退挡R位置，当方向手柄进入前进挡F时，输出后退向前进换向需求，执行步骤（3-2），否则为进入空挡N；
若方向手柄处于空挡N位置，当车辆向后行驶，方向手柄进入前进挡F位置时，输出后退向前进换向需求，执行步骤（3-2），否则输出返回结合后退挡R需求，执行步骤（4）；当车辆向前行驶，方向手柄进入后退挡R位置时，输出前进向后退换向需求，执行步骤（3-2），否则输出返回结合前进挡F需求，执行步骤（4）；
（3-2）动力换向变速箱输出轴转速限值控制。预设允许的变速箱输出轴转速最高值n shtl ，在当前变速箱输出轴转速n act ≤n shtl 时进行换向，能够有效保证动力换向过程离合器温升，延长离合器的使用寿命，限速流程如图7所示。若当前变速箱输出轴转速n act 大于最高转速n shtl ，则整机保留动力换向请求并进入空挡或保持空挡，直到满足转速条件n act ≤n shtl ；
（3-3）发动机转速限值控制。预设动力换向过程发动机转速最高值n EngThd ,动力换向过程限制发动机最高转速，能够有效降低动力换向过程变速箱输入侧扭矩冲击，提高换向平顺性与零部件使用寿命，转速限值流程如图8所示。当发动机转速实际值n Eng 大于最高允许换向转速n EngThd 时，控制器通过CAN总线网络输出发动机转速限制指令（降速指令），直到发动机转速满足动力换向条件n Eng ≤n EngThd ；
（4）根据驾驶员方向需求，输出控制信号至方向执行单元，实现方向离合器控制。若控制器获得静止起步请求，则将步骤（2）选择的预设控制电流I DA 输出至方向执行单元；若控制器获得动力换向需求或返回结合方向挡，则将步骤（3）预设控制电流I Sh 输出至方向执行单元；若控制器获得进入空挡需求，则输出空挡信号至方向执行单元，控制所有方向离合器分离，实现整机空挡。
实施例3
一种装载机，包括上述的装载机起步与动力换向控制系统。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种装载机起步与动力换向控制方法，其特征在于，包括：
响应于驾驶员通过操作方向手柄动作给出方向控制需求，
获取变速箱输出轴转速信息，得到变速箱输出轴转速实际值n act ；
获取预设的变速箱输出轴转速限值n StdThd ；
将变速箱输出轴转速实际值n act 与变速箱输出轴转速限值n StdThd 进行比较，判断车辆当前处于静止状态或行驶状态；
响应于变速箱输出轴转速实际值n act ≤变速箱输出轴转速限值n StdThd ，判断车辆当前处于静止状态，发出指令执行静止起步控制；静止起步控制，包括：
获取当前发动机转速以及变速箱油温信息；
基于当前发动机转速以及变速箱油温，根据动力换向时间电流控制曲线A计算得到动力换向电流值；
根据动力换向电流值，发出指令控制离合器电磁阀的开度；
或，响应于变速箱输出轴转速实际值n act ＞变速箱输出轴转速限值n StdThd ，判断车辆当前处于行驶状态，发出指令执行行驶动力换向控制，根据不同方向控制需求及当前行驶方向，发出控制信号至方向执行单元，实现方向离合器控制。
2.根据权利要求1所述的装载机起步与动力换向控制方法，其特征在于，所述动力换向时间电流控制曲线A的公式为：I DA =kI DA0 (t)+ΔI，其中I DA0 (t)为控制基本电流时间曲线，k为修正系数，ΔI为电流修正值；根据起步时刻发动机转速自动调整修正系数k，发动机转速越大k值越大，根据变速箱油温自动调整电流修正值ΔI，油温越高，ΔI越小。
3.根据权利要求1所述的装载机起步与动力换向控制方法，其特征在于，行驶动力换向控制，根据不同方向控制需求及当前行驶方向，发出控制信号至方向执行单元，实现方向离合器控制，包括：
响应于方向手柄从前进挡F进入后退挡R或从后退挡R进入前进挡F，在满足动力换向变速箱输出轴转速限值控制和发动机转速限值控制的前提下，根据动力换向时间电流控制曲线B计算得到动力换向电流值；根据动力换向电流值，发出指令控制离合器电磁阀的开度；
响应于方向手柄从前进挡F或后退挡R进入空挡N，发出空挡信号至方向执行单元，控制所有方向离合器分离，实现整机空挡；
响应于方向手柄从空挡N进入前进挡F、且车辆向后行驶，在满足动力换向变速箱输出轴转速限值控制和发动机转速限值控制的前提下，根据动力换向时间电流控制曲线B计算得到动力换向电流值；根据动力换向电流值，发出指令控制离合器电磁阀的开度；
响应于方向手柄从空挡N进入后退挡R、且车辆向前行驶，在满足动力换向变速箱输出轴转速限值控制和发动机转速限值控制的前提下，根据动力换向时间电流控制曲线B计算得到动力换向电流值；根据动力换向电流值，发出指令控制离合器电磁阀的开度；
响应于方向手柄从空挡N进入后退挡R、且车辆向后行驶，根据动力换向时间电流控制曲线B计算得到动力换向电流值；根据动力换向电流值，发出指令控制离合器电磁阀的开度；
响应于方向手柄从空挡N进入前进挡F、且车辆向前行驶，根据动力换向时间电流控制曲线B计算得到动力换向电流值；根据动力换向电流值，发出指令控制离合器电磁阀的开度。
4.根据权利要求3所述的装载机起步与动力换向控制方法，其特征在于，所述动力换向时间电流控制曲线B的公式为：I Sh =I Sh0 (t)，其中I Sh0 (t)为动力换向控制时间电流曲线，具体包括离合器快速充油阶段、离合器扭矩交换阶段和离合器快速压紧阶段。
5.根据权利要求3所述的装载机起步与动力换向控制方法，其特征在于，动力换向变速箱输出轴转速限值控制，包括：
获取预设的变速箱输出轴转速最高值n shtl ；
将变速箱输出轴转速实际值n act 与变速箱输出轴转速最高值n shtl 进行比较；
响应于变速箱输出轴转速实际值n act ≤变速箱输出轴转速最高值n shtl ，发出指令执行动力换向动作；
或，响应于变速箱输出轴转速实际值n act ＞变速箱输出轴转速最高值n shtl ，发出指令保留动力换向请求并进入空挡或保持空挡，直至变速箱输出轴转速实际值n act ≤变速箱输出轴转速最高值n shtl 。
6.根据权利要求3所述的装载机起步与动力换向控制方法，其特征在于，发动机转速限值控制，包括：
获取预设的动力换向过程发动机转速最高值n EngThd ，以及发动机转速实际值n Eng ；
将发动机转速实际值n Eng 与发动机转速最高值n EngThd 进行比较；
响应于发动机转速实际值n Eng 大于发动机转速最高值n EngThd ，发出指令控制发动机降速，直至n Eng ≤n EngThd 。
7.一种装载机起步与动力换向控制系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器包括存储器和处理器，存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作，以执行根据权利要求1-6任一项所述的装载机起步与动力换向控制方法。
8.根据权利要求7所述的装载机起步与动力换向控制系统，其特征在于，还包括：方向手柄、变速箱油底壳油温采集单元、变速箱输出转速与转向采集单元、方向执行单元和发动机控制单元；
控制器与发动机控制单元通过CAN总线通信网络连接，与方向手柄、变速箱油底壳油温采集单元、变速箱输出转速与转向采集单元、方向执行单元通过信号电缆连接。
9.一种装载机，其特征在于，包括权利要求7-8任一项所述的装载机起步与动力换向控制系统。
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