CN114233842B - 一种装载机高速换向过程控制方法及系统 - Google Patents

一种装载机高速换向过程控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装载机高速换向过程控制方法及系统，包括：获取换挡手柄操作信号及转速传感器信号，所述换挡手柄操作信号包括：整机起步信号、改变行驶方向信号及改变变速箱挡位信号，所述转速传感器信号包括：变速箱内部各轴转速信号；根据换挡手柄操作信号及转速传感器信号确定变速箱的运行状态；并根据预先确定的换向挡位切换策略操作离合器控制电磁阀，以便控制离合器结合油压，执行换向过程控制。优点：本发明能够在不增加整机制造成本的基础上，解决装载机在作业工况高速换向过程中换向时间长，离合器温升大影响变速箱使用寿命的问题。

Description

一种装载机高速换向过程控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种装载机高速换向过程控制方法及系统，属于装载机换向控制技术领域。
背景技术
装载机是一种以铲掘及装载物料作业为主的施工装备。装载机的作业循环分为：前进插入物料，铲掘，改变行驶方向即换向后离开料堆，换向后接近车辆/目标料堆进行卸料，换向返回起始位置，换向前进准备第二轮铲装作业等6个阶段。装载机一个作业循环包括四个换向过程，换向操作频繁；且为了提高装载机作业效率，换向操作多发生在车速较高的情况下。换向操作前后变速箱内部承担方向及挡位切换对应的离合器将承受极大负荷，因此合理的设计高速换向过程控制策略，将会减轻离合器磨损，延长变速箱使用寿命。
现有技术中装载机在作业工况高速换向过程中换向时间长，离合器温升大影响变速箱使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服在不增加整机制造成本的基础上，装载机在作业工况高速换向过程中换向时间长，离合器温升大影响变速箱使用寿命的问题，提供一种装载机高速换向过程控制方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提供一种装载机高速换向过程控制方法，包括：
获取换挡手柄操作信号及转速传感器信号，所述换挡手柄操作信号包括：整机起步信号、改变行驶方向信号及改变变速箱挡位信号，所述转速传感器信号包括：变速箱内部各轴转速信号；
根据换挡手柄操作信号及转速传感器信号确定变速箱的运行状态；并根据预先确定的换向挡位切换策略操作离合器控制电磁阀，以便控制离合器结合油压，执行换向过程控制。
进一步的，所述换向挡位切换策略包括：
当前挡位GearAct=1或GearAct=2，则装载机执行低速换向控制流程，其中，GearAct=1表示变速箱当前挡位为1挡，GearAct=2表示变速箱当前挡位为2挡。
进一步的，所述换向挡位切换策略包括：
当前挡位GearAct>2，则对换向时刻变速箱输出转速值nOutp与该挡位下允许的换向转速值nGearN_Limit进行比较：若nOutp≤nGearN_Limit则执行低速换向控制流程；若nOutp>nGearN_Limit则装载机执行高速换向控制流程，其中，GearAct>2表示变速箱当前挡位大于2挡。
进一步的，所述低速换向控制流程为：不对换向过程进行控制，变速箱正常执行换向操作。
进一步的，所述高速换向控制流程为：根据驾驶员换向操作需求指令及变速箱转速状态执行换向请求。
进一步的，所述根据驾驶员换向操作需求指令及变速箱转速状态执行换向请求，包括：
（3-1）驾驶员操作换挡手柄换向前，手柄当前目标挡位GearLeverTarget等于变速箱实际挡位GearAct，当换挡手柄由前进切换至后退，或由后退切换至前进时，变速箱保持当前方向挡位行驶状态，变速箱控制单元控制挡位自动降一挡，利用降挡时发动机倒拖作用使装载机输出轴转速下降；
（3-2）变速箱降挡后对实际挡位进行判断，
若当前挡位GearAct-1=2，则当前方向2挡对应离合器脱开，反方向2挡对应离合器结合，执行换向过程离合器扭矩交换，若前进与后退挡位对应相同的离合器，则该离合器可保持结合状态；
若当前挡位GearAct-1>2，则执行步骤（3-3）；
（3-3）比较nOutp与nGearN_Limit转速大小，若nOutp≤nGearN_Limit，则当前方向挡位对应离合器脱开，反方向挡位对应离合器结合，执行换向过程离合器扭矩交换，若前进与后退挡位对应相同的离合器，则该离合器可保持结合状态；
若nOutp>nGearN_Limit，则延迟△t1时间后变速箱再次执行降挡，重复步骤（3-2）；
（3-4）换向后挡位变化控制，包括：
变速箱换向过程离合器扭矩交换过程中，对输出轴转速值及反方向挡位对应离合器滑转率进行判断，
若输出轴转速值nOutp因换向过程行驶方向改变降速为0后再次升速，且反方向挡位对应离合器滑转率δ<δLock，则反方向挡位对应离合器结合完成；延迟△t2时间后，在当前挡位GearAct-M基础上自动顺序升M挡，直至当前挡位等于手柄目标挡位，其中，M为换向过程变速箱自动降挡的次数，δLock表示离合器完全结合的滑转率值。
一种装载机高速换向过程控制系统，包括：换挡手柄、变速器控制单元、离合器控制电磁阀、转速传感器；
所述换挡手柄，用于整机起步、改变行驶方向及改变变速箱挡位；
所述离合器控制电磁阀，用于控制离合器结合油压；
所述转速传感器安装在变速箱上，用于采集变速箱内部各轴转速；
所述变速箱控制单元，用于采集换挡手柄的操作信号及转速传感器的信号，从而获得变速箱的运行状态；并根据预先确定的换向挡位切换策略操作离合器控制电磁阀，执行换向过程控制。
进一步的，所述换向挡位切换策略包括：
若当前挡位GearAct=1或GearAct=2，则装载机执行低速换向控制流程，其中，GearAct=1表示变速箱当前挡位为1挡，GearAct=2表示变速箱当前挡位为2挡；
若当前挡位GearAct>2，则对换向时刻变速箱输出转速值nOutp与该挡位下允许的换向转速值nGearN_Limit进行比较：若nOutp≤nGearN_Limit则执行低速换向控制流程；若nOutp>nGearN_Limit则装载机执行高速换向控制流程，其中，GearAct>2表示变速箱当前挡位大于2挡。
进一步的，所述低速换向控制流程为：不对换向过程进行控制，变速箱正常执行换向操作。
进一步的，所述高速换向控制流程为：根据驾驶员换向操作需求指令及变速箱转速状态执行换向请求，包括：
（3-1）驾驶员操作换挡手柄换向前，手柄当前目标挡位GearLeverTarget等于变速箱实际挡位GearAct，当换挡手柄由前进切换至后退，或由后退切换至前进时，变速箱保持当前方向挡位行驶状态，变速箱控制单元控制挡位自动降一挡，利用降挡时发动机倒拖作用使装载机输出轴转速下降；
（3-2）变速箱降挡后对实际挡位进行判断，
若当前挡位GearAct-1=2，则当前方向2挡对应离合器脱开，反方向2挡对应离合器结合，执行换向过程离合器扭矩交换，若前进与后退挡位对应相同的离合器，则该离合器可保持结合状态；
若当前挡位GearAct-1>2，则执行步骤（3-3）；
（3-3）比较nOutp与nGearN_Limit转速大小，若nOutp≤nGearN_Limit，则当前方向挡位对应离合器脱开，反方向挡位对应离合器结合，执行换向过程离合器扭矩交换，若前进与后退挡位对应相同的离合器，则该离合器可保持结合状态；
若nOutp>nGearN_Limit，则延迟△t1时间后变速箱再次执行降挡，重复步骤（3-2）；
（3-4）换向后挡位变化控制，包括：
变速箱换向过程离合器扭矩交换过程中，对输出轴转速值及反方向挡位对应离合器滑转率进行判断，
若输出轴转速值nOutp因换向过程行驶方向改变降速为0后再次升速，且反方向挡位对应离合器滑转率δ<δLock，则反方向挡位对应离合器结合完成；延迟△t2时间后，在当前挡位GearAct-M基础上自动顺序升M挡，直至当前挡位等于手柄目标挡位，其中，M为换向过程变速箱自动降挡的次数，δLock表示离合器完全结合的滑转率值。
本发明所达到的有益效果：
本发明基于换挡手柄操作信号及转速传感器信号确定变速箱的运行状态；并根据换向策略操作离合器控制电磁阀执行换向操作，涉及到的输入、输出信号均基于整机原有配置，未增加其他成本；
本发明在装载机执行高速换向控制流程时，自动降低一挡，利用降挡时发动机倒拖作用使装载机输出轴转速下降，可以快速执行换向操作，降低延迟换向导致的驾驶操作风险；同时降挡后挡位较低，致使整机施加于变速箱方向离合器的扭矩相应减小，因此换向时离合器的负载低、温升小，延长变速箱使用寿命。
附图说明
图1是一个实施例的装载机高速换向过程控制系统示意图；
图2是本发明一个实施例的装载机高速换向过程控制流程图；
图3是本发明的控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种装载机高速换向过程控制系统，包括：换挡手柄、变速器控制单元、离合器控制电磁阀、转速传感器；
所述换挡手柄，用于整机起步、改变行驶方向及改变变速箱挡位；
所述离合器控制电磁阀，用于控制离合器结合油压；
所述转速传感器安装在变速箱上，用于采集变速箱内部各轴转速；
所述变速箱控制单元，用于采集换挡手柄的操作信号及转速传感器的信号，从而获得变速箱的运行状态；并根据预先确定的换向挡位切换策略操作离合器控制电磁阀，执行换向过程控制。
如图2所示，换向挡位切换策略包括：
若当前挡位GearAct=1或GearAct=2，则装载机执行低速换向控制流程，其中，GearAct=1表示变速箱当前挡位为1挡，GearAct=2表示变速箱当前挡位为2挡；
若当前挡位GearAct>2，则对换向时刻变速箱输出转速值nOutp与该挡位下允许的换向转速值nGearN_Limit进行比较：若nOutp≤nGearN_Limit则执行低速换向控制流程；若nOutp>nGearN_Limit则装载机执行高速换向控制流程，其中，GearAct>2表示变速箱当前挡位大于2挡。
低速换向控制流程为：不对换向过程进行控制，变速箱正常执行换向操作。
高速换向控制流程为：根据驾驶员换向操作需求指令及变速箱转速状态执行换向请求，包括：
（3-1）驾驶员操作换挡手柄换向前，手柄当前目标挡位GearLeverTarget等于变速箱实际挡位GearAct，当换挡手柄由前进切换至后退，或由后退切换至前进时，变速箱保持当前方向挡位行驶状态，变速箱控制单元控制挡位自动降一挡，利用降挡时发动机倒拖作用使装载机输出轴转速下降；
（3-2）变速箱降挡后对实际挡位进行判断，
若当前挡位GearAct-1=2，则当前方向2挡对应离合器脱开，反方向2挡对应离合器结合，执行换向过程离合器扭矩交换，若前进与后退挡位对应相同的离合器，则该离合器可保持结合状态；
若当前挡位GearAct-1>2，则执行步骤（3-3）；
（3-3）比较nOutp与nGearN_Limit转速大小，若nOutp≤nGearN_Limit，则当前方向挡位对应离合器脱开，反方向挡位对应离合器结合，执行换向过程离合器扭矩交换，若前进与后退挡位对应相同的离合器，则该离合器可保持结合状态；
若nOutp>nGearN_Limit，则延迟△t1时间后变速箱再次执行降挡，重复步骤（3-2）；
（3-4）换向后挡位变化控制，包括：
变速箱换向过程离合器扭矩交换过程中，对输出轴转速值及反方向挡位对应离合器滑转率进行判断，
若输出轴转速值nOutp因换向过程行驶方向改变降速为0后再次升速，且反方向挡位对应离合器滑转率δ<δLock，则反方向挡位对应离合器结合完成；延迟△t2时间后，在当前挡位GearAct-M基础上自动顺序升M挡，直至当前挡位等于手柄目标挡位，其中，M为换向过程变速箱自动降挡的次数，δLock表示离合器完全结合的滑转率值。
如图3所示，相应的本发明还提供一种装载机高速换向过程控制方法，其特征在于，包括：
获取换挡手柄操作信号及转速传感器信号，所述换挡手柄操作信号包括：整机起步信号、改变行驶方向信号及改变变速箱挡位信号，所述转速传感器信号包括：变速箱内部各轴转速信号；
根据换挡手柄操作信号及转速传感器信号确定变速箱的运行状态；并根据预先确定的换向挡位切换策略操作离合器控制电磁阀，以便控制离合器结合油压，执行换向过程控制。
所述换向挡位切换策略包括：
当前挡位GearAct=1或GearAct=2，则装载机执行低速换向控制流程，其中，GearAct=1表示变速箱当前挡位为1挡，GearAct=2表示变速箱当前挡位为2挡。
所述换向挡位切换策略包括：
当前挡位GearAct>2，则对换向时刻变速箱输出转速值nOutp与该挡位下允许的换向转速值nGearN_Limit进行比较：若nOutp≤nGearN_Limit则执行低速换向控制流程；若nOutp>nGearN_Limit则装载机执行高速换向控制流程，其中，GearAct>2表示变速箱当前挡位大于2挡。
所述低速换向控制流程为：不对换向过程进行控制，变速箱正常执行换向操作。
所述高速换向控制流程为：根据驾驶员换向操作需求指令及变速箱转速状态执行换向请求。
所述根据驾驶员换向操作需求指令及变速箱转速状态执行换向请求，包括：
（3-1）驾驶员操作换挡手柄换向前，手柄当前目标挡位GearLeverTarget等于变速箱实际挡位GearAct，当换挡手柄由前进切换至后退，或由后退切换至前进时，变速箱保持当前方向挡位行驶状态，变速箱控制单元控制挡位自动降一挡，利用降挡时发动机倒拖作用使装载机输出轴转速下降；
（3-2）变速箱降挡后对实际挡位进行判断，
若当前挡位GearAct-1=2，则当前方向2挡对应离合器脱开，反方向2挡对应离合器结合，执行换向过程离合器扭矩交换，若前进与后退挡位对应相同的离合器，则该离合器可保持结合状态；
若当前挡位GearAct-1>2，则执行步骤（3-3）；
（3-3）比较nOutp与nGearN_Limit转速大小，若nOutp≤nGearN_Limit，则当前方向挡位对应离合器脱开，反方向挡位对应离合器结合，执行换向过程离合器扭矩交换，若前进与后退挡位对应相同的离合器，则该离合器可保持结合状态；
若nOutp>nGearN_Limit，则延迟△t1时间后变速箱再次执行降挡，重复步骤（3-2）；
（3-4）换向后挡位变化控制，包括：
变速箱换向过程离合器扭矩交换过程中，对输出轴转速值及反方向挡位对应离合器滑转率进行判断，
若输出轴转速值nOutp因换向过程行驶方向改变降速为0后再次升速，且反方向挡位对应离合器滑转率δ<δLock，则反方向挡位对应离合器结合完成；延迟△t2时间后，在当前挡位GearAct-M基础上自动顺序升M挡，直至当前挡位等于手柄目标挡位，其中，M为换向过程变速箱自动降挡的次数，δLock表示离合器完全结合的滑转率值。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种装载机高速换向过程控制方法，其特征在于，包括：
获取换挡手柄操作信号及转速传感器信号，所述换挡手柄操作信号包括：整机起步信号、改变行驶方向信号及改变变速箱挡位信号，所述转速传感器信号包括：变速箱内部各轴转速信号；
根据换挡手柄操作信号及转速传感器信号确定变速箱的运行状态；并根据预先确定的换向挡位切换策略操作离合器控制电磁阀，以便控制离合器结合油压，执行换向过程控制；
所述换向挡位切换策略包括：
当前挡位GearAct>2，则对换向时刻变速箱输出转速值nOutp与该挡位下允许的换向转速值nGearN_Limit进行比较：若nOutp≤nGearN_Limit则执行低速换向控制流程；若nOutp>nGearN_Limit则装载机执行高速换向控制流程，其中，GearAct>2表示变速箱当前挡位大于2挡；
所述高速换向控制流程为：根据驾驶员换向操作需求指令及变速箱转速状态执行换向请求，包括：
（3-1）驾驶员操作换挡手柄换向前，手柄当前目标挡位GearLeverTarget等于变速箱实际挡位GearAct，当换挡手柄由前进切换至后退，或由后退切换至前进时，变速箱保持当前方向挡位行驶状态，变速箱控制单元控制挡位自动降一挡，利用降挡时发动机倒拖作用使装载机输出轴转速下降；
（3-2）变速箱降挡后对实际挡位进行判断，
若当前挡位GearAct-1=2，则当前方向2挡对应离合器脱开，反方向2挡对应离合器结合，执行换向过程离合器扭矩交换，若前进与后退挡位对应相同的离合器，则该离合器可保持结合状态；
若当前挡位GearAct-1>2，则执行步骤（3-3）；
（3-3）比较nOutp与nGearN_Limit转速大小，若nOutp≤nGearN_Limit，则当前方向挡位对应离合器脱开，反方向挡位对应离合器结合，执行换向过程离合器扭矩交换，若前进与后退挡位对应相同的离合器，则该离合器可保持结合状态；
若nOutp>nGearN_Limit，则延迟△t1时间后变速箱再次执行降挡，重复步骤（3-2）；
（3-4）换向后挡位变化控制，包括：
变速箱换向过程离合器扭矩交换过程中，对输出轴转速值及反方向挡位对应离合器滑转率进行判断，
若输出轴转速值nOutp因换向过程行驶方向改变降速为0后再次升速，且反方向挡位对应离合器滑转率δ<δLock，则反方向挡位对应离合器结合完成；延迟△t2时间后，在当前挡位GearAct-M基础上自动顺序升M挡，直至当前挡位等于手柄目标挡位，其中，M为换向过程变速箱自动降挡的次数，δLock表示离合器完全结合的滑转率值。
2.根据权利要求1所述的装载机高速换向过程控制方法，其特征在于，所述换向挡位切换策略包括：
当前挡位GearAct=1或GearAct=2，则装载机执行低速换向控制流程，其中，GearAct=1表示变速箱当前挡位为1挡，GearAct=2表示变速箱当前挡位为2挡。
3.根据权利要求2所述的装载机高速换向过程控制方法，其特征在于，所述低速换向控制流程为：不对换向过程进行控制，变速箱正常执行换向操作。
4.一种装载机高速换向过程控制系统，其特征在于，包括：换挡手柄、变速器控制单元、离合器控制电磁阀、转速传感器；
所述换挡手柄，用于整机起步、改变行驶方向及改变变速箱挡位；
所述离合器控制电磁阀，用于控制离合器结合油压；
所述转速传感器安装在变速箱上，用于采集变速箱内部各轴转速；
所述变速箱控制单元，用于采集换挡手柄的操作信号及转速传感器的信号，从而获得变速箱的运行状态；并根据预先确定的换向挡位切换策略操作离合器控制电磁阀，执行换向过程控制；
所述换向挡位切换策略包括：
若当前挡位GearAct=1或GearAct=2，则装载机执行低速换向控制流程，其中，GearAct=1表示变速箱当前挡位为1挡，GearAct=2表示变速箱当前挡位为2挡；
若当前挡位GearAct>2，则对换向时刻变速箱输出转速值nOutp与该挡位下允许的换向转速值nGearN_Limit进行比较：若nOutp≤nGearN_Limit则执行低速换向控制流程；若nOutp>nGearN_Limit则装载机执行高速换向控制流程，其中，GearAct>2表示变速箱当前挡位大于2挡；
所述高速换向控制流程为：根据驾驶员换向操作需求指令及变速箱转速状态执行换向请求，包括：
（3-1）驾驶员操作换挡手柄换向前，手柄当前目标挡位GearLeverTarget等于变速箱实际挡位GearAct，当换挡手柄由前进切换至后退，或由后退切换至前进时，变速箱保持当前方向挡位行驶状态，变速箱控制单元控制挡位自动降一挡，利用降挡时发动机倒拖作用使装载机输出轴转速下降；
（3-2）变速箱降挡后对实际挡位进行判断，
若当前挡位GearAct-1=2，则当前方向2挡对应离合器脱开，反方向2挡对应离合器结合，执行换向过程离合器扭矩交换，若前进与后退挡位对应相同的离合器，则该离合器可保持结合状态；
若当前挡位GearAct-1>2，则执行步骤（3-3）；
（3-3）比较nOutp与nGearN_Limit转速大小，若nOutp≤nGearN_Limit，则当前方向挡位对应离合器脱开，反方向挡位对应离合器结合，执行换向过程离合器扭矩交换，若前进与后退挡位对应相同的离合器，则该离合器可保持结合状态；
若nOutp>nGearN_Limit，则延迟△t1时间后变速箱再次执行降挡，重复步骤（3-2）；
（3-4）换向后挡位变化控制，包括：
变速箱换向过程离合器扭矩交换过程中，对输出轴转速值及反方向挡位对应离合器滑转率进行判断，
若输出轴转速值nOutp因换向过程行驶方向改变降速为0后再次升速，且反方向挡位对应离合器滑转率δ<δLock，则反方向挡位对应离合器结合完成；延迟△t2时间后，在当前挡位GearAct-M基础上自动顺序升M挡，直至当前挡位等于手柄目标挡位，其中，M为换向过程变速箱自动降挡的次数，δLock表示离合器完全结合的滑转率值。
5.根据权利要求4所述的装载机高速换向过程控制系统，其特征在于，所述低速换向控制流程为：不对换向过程进行控制，变速箱正常执行换向操作。
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