CN113442895B - 一种装载机动力降挡控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装载机动力降挡控制方法及系统，响应于有降挡需求，获取车辆状态信息；根据车辆状态信息，对工况条件进行判定，得到工况判定结果；根据工况判定结果，发送降挡指令给离合器执行机构，控制以与工况对应的方式和速度降低高挡位离合器的电磁阀电流，以与工况对应的方式和速度提高低挡位离合器的电磁阀电流。解决了装载机在不同工况下降挡过程的最佳控制，达到了降挡过程与工况的最佳匹配，实现装载机铲掘降挡过程的最佳动力效果，实现轻载行驶降挡过程最佳平顺性的效果，实现爬坡工况下降挡动力性和平顺性适中的效果。

Description

一种装载机动力降挡控制方法及系统

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，涉及一种装载机动力降挡控制方法及系统。

背景技术

轮式装载机是一种以物料铲装和短距离输运为主的施工设备。在施工过程中，要满足不同作业步骤对驱动力和车速的要求，就需要频繁地进行挡位切换操作。在铲掘工况时，为了实现最大驱动力，一般需要降至最低挡进行作业。在短距离运输过程中，一般采用2挡及以上挡位，有时受限于场地或一些特殊作业场景下，需要降低至1挡行驶。在一些存在坡道的施工场地，也会涉及爬坡的降挡操作。装载机多样的施工条件存在着铲掘、行驶、爬坡等不同工况下的动力降挡操作。这些工况条件对于装载机降挡过程有着不同的要求。铲掘时，要求装载机快速降挡也实现最大动力和最佳铲掘效果；轻载行驶时，要求装载机平顺地降挡以保证行驶平稳性和舒适性；爬坡时，要求装载机降挡无动力中断，降挡快慢适中。

为了实现装载机不同工况下最优的动力降挡过程，就需要采用精准的控制方法与不同工况实现合理匹配。

现有技术方案分为两类：一类是关于装载机自动升降挡的控制，主要是检测转速和扭矩等整机工作状态，进行换挡点的匹配，在达到换挡条件时自动控制升降挡；第二类现有技术为是通过检测整机工作状态，对铲掘工况进行判定，达到判定条件时控制变速箱自动降至1挡以满足铲掘工况牵引力需求。

现有技术存在以下缺陷：以上技术虽然解决了装载机降挡过程最佳时刻或最佳换挡点的匹配问题。但要实现上述不同工况下最佳的换挡过程，还在很大程度上依赖对于换挡离合器的控制。而在该方面，现有技术还没有涉及。

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动力降挡控制方法及系统。

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，提供一种装载机动力降挡控制方法，包括：

响应于有降挡需求，获取车辆状态信息；

根据车辆状态信息，对工况条件进行判定，得到工况判定结果；

根据工况判定结果，发送降挡指令给离合器执行机构，控制以与工况对应的方式和速度降低高挡位离合器的电磁阀电流，以与工况对应的方式和速度提高低挡位离合器的电磁阀电流。

在一些实施例中，所述工况判定结果包括：铲掘工况、行驶工况、爬坡工况。

当工况判定结果为铲掘工况，发送指令给离合器执行机构，控制降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.8s内完全脱开；并在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低挡位离合器在0.2秒内完成转速同步，随后继续提高低挡位离合器电磁阀电流直至预设最大值。

进一步的，降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.8s内完全脱开，包括：（1）首先降低高挡位离合器电磁阀电流至A1预设值，所述A1预设值能够使高挡位离合器处于完全接合状态；（2）之后以第一设定速度继续降低高挡位离合器电磁阀电流至B1预设值，所述B1预设值时低挡位离合器主从动端的转速差低于预设限值；（3）之后继续降低高挡位离合器电磁阀电流，直至高挡位离合器完全脱开。

当工况判定结果为爬坡工况，发送指令给离合器执行机构，控制降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.6秒至1.0秒内完全脱开；并在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低挡位离合器在0.2秒至0.4秒内完成转速同步，随后继续提高低挡位离合器电磁阀电流直至预设最大值。

进一步的，降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.6秒至1.0秒内完全脱开，包括：（1）首先降低电磁阀电流至A2预设值，所述A2预设值能够使高挡位离合器处于完全接合状态；（2）之后以较第一设定速度小的第二设定速度继续降低电磁阀电流至B2预设值，所述B2预设值时低挡位离合器主从动端的转速差低于预设限值；（3）之后继续降低高挡位离合器电磁阀电流，直至高挡位离合器完全脱开。

当工况判定结果为行驶工况，发送指令给离合器执行机构，控制降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.3秒内完全脱开；并在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低档位电磁阀在0.8秒至1.2秒内完全接合。

进一步的，在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低档位电磁阀在0.8秒至1.2秒内完全接合，包括：（1）首先在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流至C预设值，该C预设值能够使得低挡位离合器开始传动扭矩；（2）之后以第三设定速度继续提高电磁阀电流至D预设值，D预设值时，低挡位离合器完成转速同步；（3）之后继续提高低挡位离合器电磁阀电流，直至达到预设最大值。

第二方面，提供一种装载机动力降挡控制系统，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，以执行上述的装载机动力降挡控制方法。

在一些实施例中，所述装载机动力降挡控制系统还包括：挡位选择单元、车辆状态监控模块、离合器执行机构；挡位选择单元、车辆状态监控模块、离合器执行机构均与控制器连接，

所述挡位选择单元用于监测驾驶者的降挡请求；所述车辆状态监控模块用于监测发动机油门开度、发动机扭矩、发动机转速、变速箱转速、车速、坡度、表征铲斗位置的角度；所述离合器执行机构包含能够控制离合器接合或脱开速度的电磁阀。

第三方面，提供一种装载机，包括所述的装载机动力降挡控制系统。

有益效果：本发明提供的一种装载机动力降挡控制方法及系统，解决了装载机在不同工况下降挡过程的最佳控制，达到了降挡过程与工况的最佳匹配，实现装载机铲掘降挡过程的最佳动力效果，实现轻载行驶降挡过程最佳平顺性的效果，以及爬坡工况下降挡动力性和平顺性适中的效果。

附图说明

图1为本发明实施例的装载机动力降挡控制方法流程图；

图2为本发明实施例的装载机动力降挡控制系统示意图；

图3为本发明实施例中车辆状态监控模块图。

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1所示，一种装载机动力降挡控制方法，包括：

响应于有降挡需求，获取车辆状态信息；

根据车辆状态信息，对工况条件进行判定，得到工况判定结果；

根据工况判定结果，发送降挡指令给离合器执行机构，控制以与工况对应的方式和速度降低高挡位离合器的电磁阀电流，以与工况对应的方式和速度提高低挡位离合器的电磁阀电流。

所述工况判定结果包括：铲掘工况、行驶工况、爬坡工况。

在一些实施例中，根据工况判定结果，发送降挡指令给离合器执行机构控制单元控制以与工况对应的方式和速度降低高挡位离合器的电磁阀电流，以与工况对应的方式和速度提高低挡位离合器的电磁阀电流，包括：

当工况判定结果为铲掘工况，发送指令给离合器执行机构，控制降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.8s内完全脱开；并在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低挡位离合器在0.2秒内完成转速同步，随后继续提高低挡位离合器电磁阀电流直至预设最大值；

降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.8s内完全脱开，包括：（1）首先降低高挡位离合器电磁阀电流至A1预设值，所述A1预设值能够使高挡位离合器处于完全接合状态；（2）之后以第一设定速度继续降低高挡位离合器电磁阀电流至B1预设值，所述B1预设值时低挡位离合器主从动端的转速差低于预设限值；（3）之后继续降低高挡位离合器电磁阀电流，直至高挡位离合器完全脱开；

当工况判定结果为爬坡工况，发送指令给离合器执行机构，控制降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.6秒至1.0秒内完全脱开；并在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低挡位离合器在0.2秒至0.4秒内完成转速同步，随后继续提高低挡位离合器电磁阀电流直至预设最大值；

降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.6秒至1.0秒内完全脱开，包括：（1）首先降低电磁阀电流至A2预设值，所述A2预设值能够使高挡位离合器处于完全接合状态；（2）之后以较第一设定速度小的第二设定速度继续降低电磁阀电流至B2预设值，所述B2预设值时低挡位离合器主从动端的转速差低于预设限值；（3）之后继续降低高挡位离合器电磁阀电流，直至高挡位离合器完全脱开；

当工况判定结果为行驶工况，发送指令给离合器执行机构，控制降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.3秒内完全脱开；并在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低档位电磁阀在0.8秒至1.2秒内完全接合；

在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低档位电磁阀在0.8秒至1.2秒内完全接合，包括：（1）首先在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流至C预设值，该C预设值能够使得低挡位离合器开始传动扭矩；（2）之后以第三设定速度继续提高电磁阀电流至D预设值，D预设值时，低挡位离合器完成转速同步；（3）之后继续提高低挡位离合器电磁阀电流，直至达到预设最大值。

作为本发明的一个实施例，所述有降挡需求为：接收到降挡请求或是根据车辆状态信息判定为需要降挡。

离合器执行机构的电磁阀电流的大于对应离合器控制油压的大小。通过对电磁阀电流升降快慢的控制，可以实现离合器控制油压升降的快慢，最终控制离合器接合或脱开的快慢。

作为本发明的一个实施例，所述铲掘工况的判定条件为：表征铲斗位置的角度信号处于第一预设范围内，且发动机油门开度大于第一预设值或发动机转速大于第二预设值，且车速或是由变速箱转速折算的车速低于第三预设值或是发动机扭矩大于第四预设值，且车速或是由变速箱转速折算的车速减速度大于第五预设值。

作为本发明的一个实施例，所述行驶工况的判定条件为：表征铲斗位置的角度信号不处于第一预设范围内，且以发动机转速和变速箱转速计算得出的变速箱扭矩低于第六预设值或发动机扭矩低于第七预设值。

作为本发明的一个实施例，所述爬坡工况的判定条件为：表征铲斗位置的角度信号不处于第一预设范围内，坡度信号处于第二预设范围内，且以发动机转速和变速箱转速计算得出的变速箱扭矩大于第八预设值或发动机扭矩大于第九预设值。

作为本发明的一个实施例，车辆状态监控模块包含发动机油门开度、发动机扭矩、发动机转速、变速箱转速、车速、表征铲斗位置的角度等信号及传感装置（不包括坡度）。则爬坡工况的判定方法为：表征铲斗位置的角度信号不处于第一预设范围内，且以发动机转速和变速箱转速计算得出的变速箱扭矩大于第八预设值或发动机扭矩大于第九预设值。

作为本发明的一个实施例，车辆状态监控模块包含发动机油门开度、发动机扭矩、发动机转速、变速箱转速、车速（不包括坡度、表征铲斗位置的角度）。铲掘工况的判定方法为：发动机油门开度大于第一预设值或发动机转速大于第二预设值，且车速或是由变速箱转速折算的车速低于第三预设值或是发动机扭矩大于第四预设值，且车速或是由变速箱转速折算的车速减速度大于第五预设值。则爬坡工况的判定方法为：以发动机转速和变速箱转速计算得出的变速箱扭矩大于第八预设值或发动机扭矩大于第九预设值。

作为本方面的一个实施例，高挡电磁阀电流降低速率是指在扭矩交换之前的电磁阀电流的降低速率，低挡电磁阀电流的提高速率是指在扭矩交换之后的电磁阀电流的提高速率。

实施例2

如图2所示，一种装载机动力降挡控制系统，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，以执行上述的装载机动力降挡控制方法。

所述控制器包含：

挡位切换判定单元，用于判定是否有降挡需求，

工况判定单元，用于根据车辆状态信息，对工况条件进行判定，得到工况判定结果；

离合器执行机构控制单元，根据工况判定结果，发送降挡指令给离合器执行机构，控制以与工况对应的方式和速度降低高挡位离合器的电磁阀电流，以与工况对应的方式和速度提高低挡位离合器的电磁阀电流。

在一些实施例中，如图2所示，所述装载机动力降挡控制系统还包括：挡位选择单元、车辆状态监控模块、离合器执行机构；挡位选择单元、车辆状态监控模块、离合器执行机构均与控制器连接，

所述挡位选择单元用于监测驾驶者的降挡请求；所述车辆状态监控模块用于监测发动机油门开度、发动机扭矩、发动机转速、变速箱转速、车速、坡度、表征铲斗位置的角度；所述离合器执行机构包含能够控制离合器接合或脱开速度的电磁阀。

在一些实施例中，车辆状态监控模块包含发动机油门开度、发动机扭矩、发动机转速、变速箱转速、车速、坡度、表征铲斗位置的角度等信号及传感装置，如图3所示。

作为本方面的一个实施例，挡位选择单元、车辆状态监控模块可以与控制器通过线缆直接相连，也可以通过CAN总线相连。

作为本方面的一个实施例，挡位选择单元、车辆状态监控模块的信号可以由车辆的其他控制器通过CAN总线的方式发送给控制器。

在一些实施例中，如图1所示，控制器接收挡位选择单元发送的挡位切换请求，对驾驶员是否请求降挡进行判定；控制器也可以根据车辆状态监控模块的信号，对是否降挡进行判定。

控制器接收车辆状态监控模块的信号，对车辆的当前状态进行判定。

若控制器根据挡位选择单元发送的挡位切换请求或是根据车辆状态监控模块的信号判定为需要降挡，且控制器对当前工况的判定为铲掘工况，则离合器执行机构控制单元以快的速度降低高挡位离合器的电磁阀电流，以快速脱开高挡位离合器，同时离合器执行机构控制单元以快的速度提高低挡位离合器的电磁阀电流，以快速接合低挡位离合器，从而快速完成降挡，以发挥低挡的大驱动力，实现车辆动力最佳的效果：控制降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.8s内完全脱开；并在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低挡位离合器在0.2秒内完成转速同步，随后继续提高低挡位离合器电磁阀电流直至预设最大值。

若控制器根据挡位选择单元发送的挡位切换请求或是根据车辆状态监控模块的信号判定为需要降挡，且控制器对当前工况的判定为轻载行驶工况，则离合器执行机构控制单元以慢的速度降低高挡位离合器的电磁阀电流，以慢速脱开高挡位离合器，同时离合器执行机构控制单元以慢的速度提高低挡位离合器的电磁阀电流，以慢速接合低挡位离合器，从而慢速完成降挡，实现降挡过程的最佳平顺性效果：控制降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.3秒内完全脱开；并在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低档位电磁阀在0.8秒至1.2秒内完全接合。

若控制器根据挡位选择单元发送的挡位切换请求或是根据车辆状态监控模块的信号判定为需要降挡，且控制器对当前工况的判定为爬坡工况，则离合器执行机构控制单元以适中的速度降低高挡位离合器的电磁阀电流，以适中的速度脱开高挡位离合器，同时离合器执行机构控制单元以适中的速度提高低挡位离合器的电磁阀电流，以适中的速度接合低挡位离合器，从而以适中的速度完成降挡，实现平顺性和动力性适中的效果：控制降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.6秒至1.0秒内完全脱开；并在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低挡位离合器在0.2秒至0.4秒内完成转速同步，随后继续提高低挡位离合器电磁阀电流直至预设最大值。

实施例3

一种装载机，包括上述的装载机动力降挡控制系统。

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 (11)

1.一种装载机动力降挡控制方法，其特征在于，包括：

响应于有降挡需求，获取车辆状态信息；

根据车辆状态信息，对工况条件进行判定，得到工况判定结果；其中，所述工况判定结果包括：铲掘工况、行驶工况、爬坡工况；

根据工况判定结果，发送降挡指令给离合器执行机构控制单元控制以与工况对应的方式和速度降低高挡位离合器的电磁阀电流，以与工况对应的方式和速度提高低挡位离合器的电磁阀电流，包括：

当工况判定结果为铲掘工况，发送指令给离合器执行机构，控制降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.8s内完全脱开；并在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低挡位离合器在0.2秒内完成转速同步，随后继续提高低挡位离合器电磁阀电流直至预设最大值；

当工况判定结果为爬坡工况，发送指令给离合器执行机构，控制降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.6秒至1.0秒内完全脱开；并在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低挡位离合器在0.2秒至0.4秒内完成转速同步，随后继续提高低挡位离合器电磁阀电流直至预设最大值；

当工况判定结果为行驶工况，发送指令给离合器执行机构，控制降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.3秒内完全脱开；并在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低档位电磁阀在0.8秒至1.2秒内完全接合。

2.根据权利要求1所述的装载机动力降挡控制方法，其特征在于，

降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.8s内完全脱开，包括：（1）首先降低高挡位离合器电磁阀电流至A1预设值，所述A1预设值能够使高挡位离合器处于完全接合状态；（2）之后以第一设定速度继续降低高挡位离合器电磁阀电流至B1预设值，所述B1预设值时低挡位离合器主从动端的转速差低于预设限值；（3）之后继续降低高挡位离合器电磁阀电流，直至高挡位离合器完全脱开。

3.根据权利要求1所述的装载机动力降挡控制方法，其特征在于，

降低高挡位离合器电磁阀电流，使得高挡位离合器在0.6秒至1.0秒内完全脱开，包括：（1）首先降低电磁阀电流至A2预设值，所述A2预设值能够使高挡位离合器处于完全接合状态；（2）之后以较第一设定速度小的第二设定速度继续降低电磁阀电流至B2预设值，所述B2预设值时低挡位离合器主从动端的转速差低于预设限值；（3）之后继续降低高挡位离合器电磁阀电流，直至高挡位离合器完全脱开。

4.根据权利要求1所述的装载机动力降挡控制方法，其特征在于，

在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流，使得低档位电磁阀在0.8秒至1.2秒内完全接合，包括：（1）首先在高挡位离合器即将完全脱开时提高低挡位离合器电磁阀电流至C预设值，该C预设值能够使得低挡位离合器开始传动扭矩；（2）之后以第三设定速度继续提高电磁阀电流至D预设值，D预设值时，低挡位离合器完成转速同步；（3）之后继续提高低挡位离合器电磁阀电流，直至达到预设最大值。

5.根据权利要求1所述的装载机动力降挡控制方法，其特征在于，

所述有降挡需求为：接收到降挡请求或是根据车辆状态信息判定为需要降挡。

6.根据权利要求1所述的装载机动力降挡控制方法，其特征在于，所述铲掘工况的判定条件为：表征铲斗位置的角度信号处于第一预设范围内，且发动机油门开度大于第一预设值或发动机转速大于第二预设值，且车速或是由变速箱转速折算的车速低于第三预设值或是发动机扭矩大于第四预设值，且车速或是由变速箱转速折算的车速减速度大于第五预设值。

7.根据权利要求1所述的装载机动力降挡控制方法，其特征在于，所述行驶工况的判定条件为：表征铲斗位置的角度信号不处于第一预设范围内，且以发动机转速和变速箱转速计算得出的变速箱扭矩低于第六预设值或发动机扭矩低于第七预设值。

8.根据权利要求1所述的装载机动力降挡控制方法，其特征在于，所述爬坡工况的判定条件为：表征铲斗位置的角度信号不处于第一预设范围内，坡度信号处于第二预设范围内，且以发动机转速和变速箱转速计算得出的变速箱扭矩大于第八预设值或发动机扭矩大于第九预设值。

9.一种装载机动力降挡控制系统，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，以执行如权利要求1-8任一项所述的装载机动力降挡控制方法。

10.根据权利要求9所述的装载机动力降挡控制系统，其特征在于，还包括：挡位选择单元、车辆状态监控模块、离合器执行机构；挡位选择单元、车辆状态监控模块、离合器执行机构均与控制器连接，

所述挡位选择单元用于监测驾驶者的降挡请求；所述车辆状态监控模块用于监测发动机油门开度、发动机扭矩、发动机转速、变速箱转速、车速、坡度、表征铲斗位置的角度；所述离合器执行机构包含能够控制离合器接合或脱开速度的电磁阀。

11.一种装载机，其特征在于，包括如权利要求9或10所述的装载机动力降挡控制系统。

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