CN115143275B - 一种行星箱控制系统、方法及装载机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行星箱控制系统、方法及装载机，该行星箱控制系统包括换挡手柄、FNR集成手柄、整车控制器、变速箱控制器、电控阀和箱执行机构，其中换挡手柄、FNR集成手柄线束并联后与TCU端口连接，通过输入信号逻辑判断，独立或联合为控制器提供挡位和方向的输入信号。变速箱电控阀与TCU通过线束连接，接收变速箱控制器处理后的电信号，控制电控阀阀体内部动作，以进行箱执行机构的控制。本申请解决了普通行星箱频繁换挡时挡位不清晰、操纵费力的问题，提升了换挡操作舒适性及安全性，提高了换挡及换向的效率。

Description

一种行星箱控制系统、方法及装载机

技术领域

本发明涉及装载机控制技术领域，具体涉及一种行星箱控制系统、方法及装载机。

背景技术

目前，国内市场装载机主要配套行星式变速箱，挡位前二后一，机械软轴换挡，容易造成挡位不清晰、等挡及脱挡等故障。换挡过程操纵力大，长时间操作时，驾驶员容易疲劳，降低工作效率。普通行星箱速比差较大，换挡冲击明显，影响驾驶员操作舒适性，同时过大的冲击易导致传动元件损坏。此外，普通行星箱油压报警方式致使倒挡信号输出稳定性差，无空挡启动保护功能，安全性也较差。

因此，需要一种行星箱控制系统及控制方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种行星箱控制系统、方法及装载机，以解决现有技术中频繁换挡时挡位不清晰、操纵费力及换挡效率低的问题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种行星箱控制系统，包括与变速箱控制器相连接的换挡手柄、FNR集成手柄、电控阀和整车控制器；

所述换挡手柄和FNR集成手柄用于独立或联合向变速箱控制器发送控制信号：

所述变速箱控制器根据所述控制信号控制所述电控阀，以通过与所述电控阀相连接的箱执行机构控制整机工作；

所述变速箱控制器根据所述控制信号控制所述整车控制器，以使发动机工作。

本发明还公开了一种行星箱控制方法，用于控制如上述任一项所述的行星箱控制系统，所述方法包括：

判断驾驶员的操作模式；其中，驾驶员操作的模式包括单手柄操作模式和双手柄联动操作模式，所述单手柄操作模式包括换挡手柄操作模式和FNR集成手柄操作模式；

根据不同的操作模式，控制整机以不同的挡位起步，并通过换挡手柄和/或FNR集成手柄发送控制信号控制整机换挡及换向。

进一步地，根据不同的操作模式，控制整机以不同的挡位起步，并通过换挡手柄和/或FNR集成手柄发送控制信号控制整机换挡及换向包括：

当驾驶员操作模式为换挡手柄操作模式时，FNR集成手柄处于空挡N位，控制整机以前进F1挡或前进F2挡起步；控制换挡手柄发送控制信号，以使整机实现前进F1挡和前进F2挡的切换及实现前进挡和后退R挡的切换；

当驾驶员操作模式为FNR集成手柄操作模式时，换挡手柄处于空挡N1位或空挡N2位，控制整机以前进F1挡起步；控制FNR集成手柄发送控制信号，以使整机实现前进F1挡和前进F2挡的切换及实现前进挡和后退R挡之间切换；

当驾驶员操作模式为双手柄联动操作模式时，控制整机以前进F1挡或前进F2挡起步；控制换挡手柄处于N1挡，控制FNR集成手柄发送控制信号，以使整机以进F1挡或后退R工作；控制换挡手柄处于N2挡，控制FNR集成手柄发送控制信号，以使整机以前进F2挡或后退R挡工作。

进一步地，控制FNR集成手柄发送控制信号，以使整机实现前进F1挡和前进F2挡的切换包括：

控制FNR集成手柄上的开关至第一预设位置，发送用于控制整机以前进F挡工作的第一电压信号；

控制FNR集成手柄上的KD开关切换位置，使整机在前进F1挡和前进F2挡之间切换。

进一步地，通过FNR集成手柄发送控制信号控制整机换挡及换向包括：

FNR集成手柄发送控制信号至变速箱控制器；

变速箱控制器根据接收的控制信号发送相应的控制信号至电控阀，以控制整机换挡及换向；

其中，当变速箱控制器的B9端口接收到a±0.1V电压，且B10端口接收9a±0.1V电压时，变速箱控制器发送用于控制整机以前进F挡工作的第一控制信号；其中，a表示一个确定数值的电压；

当变速箱控制器的B9端口接收9a±0.1V电压，且B10端口接收a±0.1V电压时，变速箱控制器发送用于控制整机以后退R挡工作的第二控制信号；

当变速箱控制器的B9端口接收5a±0.1V电压，且B10端口接收5a±0.1V电压时，变速箱控制器发送用于控制整机以空挡N工作的第三控制信号。

本发明还公开了一种装载机，应用上述任一项所述的行星箱控制方法。

根据上述技术方案，本发明的实施例至少具有以下效果：

1、通过发送控制信号，操纵电控阀对整机进行换挡及换向控制，解决了普通行星箱频繁换挡时挡位不清晰、操纵费力的问题，提升了换挡操作舒适性和安全性，通过设计挡手柄和FNR集成手柄，两者可单独发送控制信号也可联合发送控制信号，提高了换挡及换向的效率；

2、本申请的控制方法根据不同的驾驶员操作模式，控制整机以不同的挡位起步，并通过换挡手柄及FNR集成手柄发送控制信号控制整机换挡及换向，保证了换挡的舒适稳定，提高了换挡的效率，并保证了整机起步的安全。

附图说明

图1为本发明控制系统的连接框图；

图2为本发明中变速箱控制器的端口示意图；

图3为本发明FNR集成手柄信号处理示意图；

图4为本发明控制系统逻辑示意图；

图5为本发明控制方法的逻辑流程图；

图6为本发明装载机牵引与速度曲线关系示意图。

其中：1、换挡手柄；2、FNR集成手柄；3、整车控制器；4、变速箱控制器；5、电控阀；6、箱执行机构。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种行星箱控制系统，该行星箱控制系统包括换挡手柄1、FNR集成手柄2、整车控制器（VCU）3、变速箱控制器(TCU)4、电控阀5、箱执行机构6，其中换挡手柄1、FNR集成手柄2线束并联后与TCU端口连接，通过输入信号逻辑判断，独立或联合为控制器提供挡位和方向的输入信号。变速箱电控阀5与TCU通过线束连接，接收变速箱控制器4处理后的电信号，控制电控阀5阀体内部动作，以进行箱执行机构6的控制。

优选地，本申请还包括制动踏板，制动踏板与控制器电连接，用于传递给控制器制动信号。

优选地，行星箱控制系统还包括电子油门踏板，电子油门踏板和整车控制器3电连接，整车控制器根据电子油门踏板的开度控制发动机转速。

优选地，行星箱控制系统还包括转速传感器，转速传感器和变速箱控制器4电连接，实时监测并回传变速箱齿轮转速数据。

进一步地，本申请提供的控制系统由整机电路统一供电。

优选地，本实例中变速箱控制器接收手柄的输入信号，经过逻辑处理后输出电控阀和外接整机电路。所述TCU包含22个端口，分为A和B两个部分。A部分中A1-A12是控制器输出信号给电控阀和整机电路的端口，A1是电源供电端口，A2是电源接地端口，A3是M1电控阀输入信号端口，A4是M2电控阀输入信号端口，A5是M3电控阀输入信号端口，A6是备用端口，A7是公共地信号端口，A8是空挡继电器J1信号端口，A9是倒车继电器J2信号端口，A10是停车制动输入K2信号端口，A11是行车制动输入K1信号端口，A12是备用端口。

B部分中B1是挡位手柄供电端口，B2是前进挡F信号端口，B3是后退挡R信号端口，B4是前进F2挡H2信号端口，B5是换挡手柄KD挡信号端口，B6是FNR集成手柄供电端口，B7是电源接地端口，B8是FNR集成手柄KD挡信号端口，B9是FNR集成手柄前进挡F模拟量信号端口，B10是FNR集成手柄后退挡模拟信号端口。

如图4所示，本实施例提供了一种行星箱控制系统，变速箱控制器4（TCU）与变速箱电控阀5通过线束连接，换挡手柄1或FNR集成手柄2输入不同挡位或方向信号给TCU，对应输入给对应的电控阀。

电控阀5包括电控阀M1、电控阀M2和电控阀M3；当电控阀M1得电，整机处于前进F1挡，当电控阀M2得电，整机处于前进F2挡；当电控阀M3得电，整机处于后退R挡，当电控阀M1、电控阀M2和电控阀M3均不得电，整机处于空挡。

如图2和图3所示，本实施例提供了一种行星箱控制系统，行星箱控制系统输入部分包含换挡手柄1和FNR集成手柄2，其中FNR集成手柄2输出F、N和R信号给控制器B9和B10端口。具体实施方式为：根据FNR开关不同的摁压程度，输出电压也不同。

进一步地，FNR集成手柄2上的开关具有第一预设位置、第二预设位置和第三预设位置。按压FNR集成手柄2上的开关至第一预设位置，变速箱控制器4接收用于控制整机以前进F挡工作的第一控制信号。按压FNR集成手柄2上的开关至第二预设位置，变速箱控制器4接收用于控制整机以后退R挡工作的第二控制信号。按压FNR集成手柄2上的开关至第三位置，变速箱控制器4接收用于控制整机以空挡N工作的第三控制信号。

由于电气元件的误差，接收电压允许变化范围为±0.1V。

进一步地，当B9输入a±0.1V电压且B10输入9a±0.1V电压时，控制器输出控制整机以前进挡F工作的第一控制信号；当B9输入9a±0.1V电压且B10输入a±0.1V电压时，控制器输出整机以后退挡R工作的第二控制信号；当B9输入5a±0.1V电压且B10输入5a±0.1V电压时，控制器输出整机以空挡N工作的第三电压信号。当B9或B10输入上述以外数值的电压，控制器不输出信号。

进一步地，FNR集成手柄2上集成了KD开关，按压FNR集成手柄2上的开关至第一预设位置，整机以前进F挡工作，在通过操作KD开关，实现整机在前进F1挡和前进F2挡上切换。本申请设计的FNR集成手柄2，在较低的成本下，充分发挥行星箱的挡位分布特点，实现单FNR集成手柄的换挡与换向操作。

通过FNR集成手柄2对挡位的控制以实现整机车速的控制及牵引力的控制。如图6所示，随着车速增加，整机牵引力逐渐减小。普通电控定轴箱配置单FNR集成手柄任意操作时，整机牵引力和车速的分别处于F1-F2和0-V1max范围，无法覆盖整机所有工况点。本实施例中行星箱配置单FNR集成手柄2任意操作时，整机牵引力和车速分别处于0-F2和0-V2max范围，完全覆盖整机所有工况点。

通过单FNR集成手柄2，避免了驾驶员左手一边持方向盘一边换挡的误操作风险，完全释放驾驶员左手，提高作业效率。

本申请的换挡手柄可通过发送信号使B2端口、B3端口及B4端口得电，以实现前进F1、后退R和前进F2的控制。

优选地，本实例中电控阀5为比例电控阀，阀体内部增加缓冲结构，降低了换挡顿挫感。

如图4所示，本实施例提供了一种行星箱控制系统，行星箱控制系统包含行车和驻车动力切断功能、空挡启动保护功能及倒车警示功能。当整机处于空挡时，J1继电器得电，整机空挡启动保护；当整机处于R挡时，J2继电器得电，输出倒车信号。当整机处于行车制动或驻车制动时，控制器输出空挡信号，整机处于空挡，切断发动机到变速箱之间的动力。

综上，本申请在普通行星箱基础上集成了电控系统，解决了普通行星箱频繁换挡时挡位不清晰、操纵费力的问题，提升了换挡操作舒适性。本发明的行星箱控制系统具有多种操作模式，既支持换挡手柄、FNR集成手柄各自独立换挡或换向，也支持换挡手柄和FNR集成手柄联动换挡或换向，提升了工作效率。本发明控制系统配置单FNR集成手柄任意操作时，整机牵引力和车速覆盖所有工况点，完全释放驾驶员左手。此外，本发明的行星箱控制系统具有模拟量FNR，空挡启动保护、动力切断、空挡锁止等功能，提升了整机的安全性。电控阀中包含缓冲模块，解决了普通行星箱换挡冲击大问题，延长了传动零部件寿命。本发明的控制系统程序可移植及拓展性较好，充分发挥行星箱的挡位分布特点，相较于电控定轴箱，具有较大的成本优势。

基于本申请提供的行星箱控制系统，本申请还提供了一种行星箱的控制方法，该方法包括：

步骤100、判断驾驶员的操作模式。其中，驾驶员操作的模式包括单手柄操作模式和双手柄联动操作模式，单手柄操作模式包括换挡手柄操作模式和FNR集成手柄操作模式。

步骤200、根据不同的操作模式，控制整机以不同的挡位起步，并通过换挡手柄1和/或FNR集成手柄2发送控制信号控制整机换挡及换向。

步骤200具体包括：

步骤210、当驾驶员操作模式为换挡手柄操作模式时，FNR集成手柄2处于空挡N位，控制整机以前进F1挡或前进F2挡起步。

控制换挡手柄1发送控制信号，以使整机实现前进F1挡和前进F2挡的切换及实现前进挡和后退R挡的切换。

在本步骤中，通过操纵换挡手柄使变速箱控制器4的B2端口、B3端口及B4端口得电，即可实现前进F1、后退R和前进F2的控制。当B2端口、B3端口及B4端口均不得电时，整机处于空挡。通过切换不同端口得电即实现了换挡和换向。

步骤220、当驾驶员操作模式为FNR集成手柄操作模式时，换挡手柄1处于空挡N1位或空挡N2位，控制整机以前进F1挡起步；控制FNR集成手柄2发送控制信号，以使整机实现前进F1挡和前进F2挡的切换及实现前进挡和后退R挡之间切换。

在本步骤中，控制整机以前进F1挡起步，可以有效的保证整机启动的稳定，防止FNR集成手柄2单独控制时的失稳现象。

在本步骤中，控制FNR集成手柄2上的开关至第一预设位置，变速箱控制器4接收到用于控制整机以前进F挡工作的第一电压信号。控制FNR集成手柄2上的KD开关切换位置，变速箱控制器4接收到用于使整机在前进F1挡和前进F2挡之间切换的信号，实现整机在前进F1挡和前进F2挡之间的切换。

在本步骤中，控制FNR集成手柄2上的开关至第二预设位置，变速箱控制器4接收到用于控制整机以后退R挡工作的第二电压信号，使整机以后退R挡工作，控制FNR集成手柄2上的开关至第三预设位置，变速箱控制器4接收到用于控制整机以空挡N工作的第三电压信号，使整机处于空挡状态。

更进一步地，当发送第一电压信号时，变速箱控制器4的B9端口接收到a±0.1V电压，且B10端口接收9a±0.1V电压。此时，变速箱控制器4发送用于控制整机以前进F挡工作的第一控制信号；其中，a表示一个确定数值的电压。

当发送第二电压信号时，变速箱控制器4的B9端口接收9a±0.1V电压，且B10端口接收a±0.1V电压。此时，变速箱控制器4发送用于控制整机以后退R挡工作的第二控制信号。

当发送第三电压信号时，变速箱控制器4的B9端口接收5a±0.1V电压，且B10端口接收5a±0.1V电压。此时，变速箱控制器4发送用于控制整机以空挡N工作的第三控制信号。

通过控制FNR集成手柄的按压程度及操控KD开关可实现整机的换挡及换向，操作方向。

步骤230、当驾驶员操作模式为双手柄联动操作模式时，控制整机以前进F1挡或前进F2挡起步；控制换挡手柄1处于N1挡，控制FNR集成手柄2发送控制信号，以使整机以进F1挡或后退R工作；控制换挡手柄1处于N2挡，控制FNR集成手柄2发送控制信号，以使整机以前进F2挡或后退R挡工作。

本申请还包括空挡锁止。具体的，步骤240、当驾驶员操作模式为双手柄联动操作模式时，还包括：当换挡手柄1误操作前进F1挡、前进F2挡或后退R挡时，控制FNR集成手柄2发送控制信号，以使整机进行空挡锁止。此时，驾驶员需重新将换挡手柄1和FNR集成手柄2回空挡，才能正常挂挡。

优选地，本申请还设计了换向超速保护和降挡超速保护功能，以避免高车速时造成变速箱内部零部件受损。具体来说：

换向超速保护，整机在行驶过程中高于设定发动机转速进行前进、后退换向时，变速箱控制器不执行该操作，直至车速降低于设定的允许值。

降挡超速保护，当驾驶员执行降挡操作时，若整机车速高于设定值，将不执行降挡操作，直至车速低于降挡设定的允许值。

本申请根据不同用户的操控需求，具有多种操作模式，既支持换挡手柄、FNR集成手柄各自独立换挡或换向，也支持换挡手柄和FNR集成手柄联动换挡或换向，提升工作效率。行星箱的单FNR集成手柄操作模式，类似全自动箱可在F1-F2挡之间进行自由切换，具有明显的成本优势。

本发明还公开了一种装载机，该装载机应用上述任一项的行星箱控制方法。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (5)

1.一种行星箱控制方法，其特征在于，用于控制行星箱控制系统，所述行星箱控制系统包括与变速箱控制器（4）相连接的换挡手柄（1）、FNR集成手柄（2）、电控阀（5）和整车控制器（3）；所述换挡手柄（1）和FNR集成手柄（2）用于独立或联合向变速箱控制器（4）发送控制信号：所述变速箱控制器（4）根据所述控制信号控制所述电控阀（5），以通过与所述电控阀（5）相连接的箱执行机构（6）控制整机工作；所述变速箱控制器（4）根据所述控制信号控制所述整车控制器（3），以使发动机工作；

所述方法包括：

判断驾驶员的操作模式；其中，驾驶员操作的模式包括单手柄操作模式和双手柄联动操作模式，所述单手柄操作模式包括换挡手柄操作模式和FNR集成手柄操作模式；

根据不同的操作模式，控制整机以不同的挡位起步，并通过换挡手柄（1）和/或FNR集成手柄（2）发送控制信号控制整机换挡及换向。

2.根据权利要求1所述的行星箱控制方法，其特征在于，根据不同的操作模式，控制整机以不同的挡位起步，并通过换挡手柄（1）和/或FNR集成手柄（2）发送控制信号控制整机换挡及换向包括：

当驾驶员操作模式为换挡手柄操作模式时，FNR集成手柄（2）处于空挡N位，控制整机以前进F1挡或前进F2挡起步；控制换挡手柄（1）发送控制信号，以使整机实现前进F1挡和前进F2挡的切换及实现前进挡和后退R挡的切换；

当驾驶员操作模式为FNR集成手柄操作模式时，换挡手柄（1）处于空挡N1位或空挡N2位，控制整机以前进F1挡起步；控制FNR集成手柄（2）发送控制信号，以使整机实现前进F1挡和前进F2挡的切换及实现前进挡和后退R挡之间切换；

当驾驶员操作模式为双手柄联动操作模式时，控制整机以前进F1挡或前进F2挡起步；控制换挡手柄（1）处于N1挡，控制FNR集成手柄（2）发送控制信号，以使整机以前进F1挡或后退R工作；控制换挡手柄（1）处于N2挡，控制FNR集成手柄（2）发送控制信号，以使整机以前进F2挡或后退R挡工作。

3.根据权利要求2所述的行星箱控制方法，其特征在于，控制FNR集成手柄（2）发送控制信号，以使整机实现前进F1挡和前进F2挡的切换包括：

控制FNR集成手柄（2），发送用于控制整机以前进F挡工作的第一电压信号；

控制FNR集成手柄（2）上的KD开关切换位置，使整机在前进F1挡和前进F2挡之间切换。

4.根据权利要求1所述的行星箱控制方法，其特征在于，通过FNR集成手柄（2）发送控制信号控制整机换挡及换向包括：

FNR集成手柄（2）发送控制信号至变速箱控制器（4）；

变速箱控制器（4）根据接收的控制信号发送相应的控制信号至电控阀（5），以控制整机换挡及换向；

其中，当变速箱控制器（4）的B9端口接收到a±0.1V电压，且B10端口接收9a±0.1V电压时，变速箱控制器（4）发送用于控制整机以前进F挡工作的第一控制信号；其中，a表示一个确定数值的电压；

当变速箱控制器（4）的B9端口接收9a±0.1V电压，且B10端口接收a±0.1V电压时，变速箱控制器（4）发送用于控制整机以后退R挡工作的第二控制信号；

当变速箱控制器（4）的B9端口接收5a±0.1V电压，且B10端口接收5a±0.1V电压时，变速箱控制器（4）发送用于控制整机以空挡N工作的第三控制信号。

5.一种装载机，其特征在于，应用如权利要求1-4任一项所述的行星箱控制方法。