CN116221401A - 工程机械用换挡控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种工程机械用换挡控制方法及装置，包括：采集当前的工程机械的工作数据；设置目标档位，如目标档位与当前实际档位不相等，变速器换挡开始；采用双位置反馈，闭环控制，实现换挡位置精准控制。本发明在不改变原有变速器及液压阀板等结构的情况下，本发明通过增加一套换挡控制装置，实现自动换挡，换挡的各个位置精准控制，且具有自适应学习功能，保证精准换挡。

Description

工程机械用换挡控制方法及装置

技术领域

本发明主要涉及到工程机械自动变速箱控制技术领域，尤其是一种工程机械用换挡控制方法及装置。

背景技术

工程机械尤其装载机广泛应用于装沙土，运输沙土，卸载沙沙土作业工况、道路平地作业、北方除雪作业等等，上述装载机通常为液控的手动变速器，运行工况复杂、工作环境恶劣，驾驶员需要集中精力频繁操作各种手柄，尤其是换挡手柄，驾驶员容易疲劳，不利于工作效率提高，此外，由于装载机数量庞大，需求作业驾驶员也剧增，液控手动变速器不利于实现大面积无人驾驶作业。

具体地，现有的工程机械尤其装载机通常匹配2挡手动液控换挡变速器，驾驶员操作换挡手柄移动，从而带动与换挡手柄连接的拉索移动，拉索与变速器换挡阀芯直接连接，切换液压阀块的油路，实现变速器的换挡过程，该方法效率低下，且不利于无人驾驶的智能化实现。

基于此，亟需设计一种具有低成本的动力换挡，智能装置也容易实现发送虚拟换挡信号，实现无人驾驶作业。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提出一种工程机械用换挡控制方法及装置。在不改变原有变速器及液压阀板等结构的情况下，本发明通过增加一套换挡控制装置，实现自动换挡，换挡的各个位置精准控制，且具有自适应学习功能，保证精准换挡。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供的一种工程机械用换挡控制方法，包括：

采集当前的工程机械的工作数据；

反馈挡位位置行程校验，获取当前采集到的通过校验的反馈挡位位置行程；

设置目标档位；

如目标档位与当前实际档位不相等，换挡标志fvr_start置1，表示变速器换挡开始；

自动换挡控制：设置目标行程，根据当前采集到的通过校验的反馈挡位位置行程即实际行程，计算目标行程和反馈挡位位置行程的差值并取绝对值，判断目标行程和反馈挡位位置行程差值的绝对值是否在设定的取值范围，如在设定的取值范围内，换挡标志fvr_start等于0，输出PWM为0的控制信号给换挡电机，表示变速器换挡完成；如不在设定的取值范围内，挡位位置行程进入闭环控制，输出PWM控制信号给换挡电机，换挡电机正转或者反转，达到目标位置，实现变速器油路切换，达到变速器自动换挡。

进一步地，本发明所述工作数据包括换挡按钮信号、行驶转速信号、反馈挡位位置行程信号、FNR信号。

进一步地，本发明所述目标档位为F1、F2、N或R，F表示工程机械前进，N表示工程机械处于空挡，R表示工程机械倒退。F1代表工程机械前进挡1挡，F2代表工程机械前进挡2挡，通过驾驶员操作按钮或者其他方式设置。

进一步地，本发明中，判断目标行程和实际行程差值的绝对值是否在设定的取值范围，即判断|目标行程-实际行程|是否小于Delta，Delta为设定阈值。且Delta是可以标定设置的，改条件满足一定时间并延时

另一方面，本发明提供一种工程机械用换挡控制装置，包括：

数据采集模块，用于采集当前的工程机械的工作数据；

校验模块，用于反馈挡位位置行程校验，获取当前采集到的通过校验的反馈挡位位置行程；

计算模块，设置目标档位，如目标档位与当前实际档位不相等，换挡标志fvr_start置1，表示变速器换挡开始；

自动换挡控制模块，设置目标行程，根据当前采集到的通过校验的反馈挡位位置行程，计算目标行程和反馈挡位位置行程的差值并取绝对值，判断目标行程和反馈挡位位置行程差值的绝对值是否在设定的取值范围，如在设定的取值范围内，换挡标志fvr_start等于0，输出PWM为0的控制信号给换挡电机，表示变速器换挡完成；如不在设定的取值范围内，挡位位置行程进入闭环控制，输出PWM控制信号给换挡电机，换挡电机正转或者反转，达到目标位置，实现变速器油路切换，达到变速器自动换挡。

另一方面，本发明提供一种工程机械用换挡控制装置，包括换挡控制器、换挡电机，所述换挡控制器采用上述任一种工程机械用换挡控制方法实现换挡控制。

进一步地，本发明提供的所述换挡控制器包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述任一种工程机械用换挡控制方法。

另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述任一种工程机械用换挡控制方法。

另一方面，本发明提供一种工程机械，包括上述任一种工程机械用换挡控制装置。

目前工程机械在传统的液控换挡变速器上，驾驶员操作换挡手柄移动，从而带动与换挡手柄连接的拉索移动，拉索与变速器换挡阀芯直接连接，切换液压阀块的油路，实现变速器的换挡过程，该方法效率低下，控制精度依靠机构的各个尺寸链，且不能实现变速器的自动换挡，本发明换挡控制装置，在不改变变速器及液压阀板等结构的情况下，增加一套换挡控制装置，实现自动换挡，换挡的各个位置精准控制，且具有自适应学习功能，保证精准换挡。相比现有技术，本发明的技术效果具体表现在：

(1)本发明可以在不改动原有变速器设计情况下，将原来的手动换挡改成自动换挡功能；

(2)本发明采用双位置反馈，闭环控制，实现换挡位置精准控制；

(3)反馈挡位位置行程为双行程反馈，利用双行程反馈进行反馈挡位位置行程校验，即两个反馈信号之和为定值，完成相互校验，增加信号的抗干扰能力。

(4)在较少的成本情况下，本发明更利于液控换挡箱向无人驾驶的智能化实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明一实施例的流程图；

图2是本发明一实施例的流程图；

图3是本发明一实施例的原理框图；

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1，一实施例中提供一种工程机械用换挡控制方法，包括：

采集当前的工程机械的工作数据；

反馈挡位位置行程校验，获取当前采集到的通过校验的反馈挡位位置行程；

设置目标档位；

如目标档位与当前实际档位不相等，换挡标志fvr_start置1，表示变速器换挡开始；

自动换挡控制：设置目标行程，根据当前采集到的通过校验的反馈挡位位置行程，计算目标行程和反馈挡位位置行程的差值并取绝对值，判断目标行程和反馈挡位位置行程差值的绝对值是否在设定的取值范围，如在设定的取值范围内，换挡标志fvr_start等于0，输出PWM为0的控制信号给换挡电机，表示变速器换挡完成；如不在设定的取值范围内，挡位位置行程进入闭环控制，输出PWM控制信号给换挡电机，换挡电机正转或者反转，达到目标位置，实现变速器油路切换，达到变速器自动换挡。

可以理解，反馈挡位位置行程校验是对当前采集到的反馈挡位位置行程的可靠性进行校验，如果当前采集到的反馈挡位位置行程不能通过校验，一般判定当前采集到的反馈挡位位置行程出错，系统出现故障，系统会触发报警及故障处理。而反馈挡位位置行程校验方法不限，可以采用现有的方法或者惯用技术手段实现。

在本发明一优选实施例中，提供一种反馈挡位位置行程校验方法，包括：

在换挡执行器内置双位置传感器，双位置传感器同时采集正向反馈挡位位置行程和反向反馈挡位位置行程；

如正向反馈挡位位置行程和反向反馈挡位位置行程之和为设定值，则当前采集到的正向反馈挡位位置行程和反向反馈挡位位置行程均可靠，择一作为当前采集到的通过校验的反馈挡位位置行程进行输出，如正向反馈挡位位置行程和反向反馈挡位位置行程之和不等于设定值，则不能通过校验系统会触发报警及故障处理。

可以理解，正向反馈挡位位置行程和反向反馈挡位位置行程均为当前采集到的真实反馈挡位位置行程信号，通过同时采集两个不同方向或不同位置的反馈挡位位置行程，进行相互校验，增加信号的抗干扰能力。

参照图2，一实施例中，提供一种工程机械用换挡控制方法，包括以下步骤：

S10，采集当前的工程机械的工作数据；

S11，双位置行程之和为定值进行校验；

在本实施例的S11中，双位置行程之和为定值进行反馈挡位位置行程校验。即在换挡执行器内置双位置传感器，双位置传感器同时采集正向反馈挡位位置行程和反向反馈挡位位置行程；如正向反馈挡位位置行程和反向反馈挡位位置行程之和为设定值，则当前采集到的正向反馈挡位位置行程和反向反馈挡位位置行程均可靠，择一作为当前采集到的通过校验的反馈挡位位置行程进行输出。

S12，计算实际档位，设置目标档位；

S13，判断目标档位与当前采集到的实际档位是否相等，如相等，转步骤S10；如不相等，转步骤S14；

S14，换挡标志fvr_start等于1，表示变速器换挡开始；

S15，设置目标行程，根据当前采集到的通过校验的反馈挡位位置行程即实际行程，计算目标行程和实际行程的差值并取绝对值，判断目标行程和实际行程差值的绝对值是否在设定的取值范围，即判断|目标行程-实际行程|是否小于Delta，Delta为设定阈值。且Delta是可以标定设置的，改条件满足一定时间并延时。如在设定的取值范围内，转步骤S16；如不在设定的取值范围内，转步骤S17；

S16，换挡标志fvr_start等于0，输出PWM为0的控制信号给换挡电机，表示变速器换挡完成，转步骤S10；

S17，挡位位置行程进入闭环控制，输出PWM控制信号给换挡电机，换挡电机正转或者反转，达到目标位置，实现变速器油路切换，达到变速器自动换挡。在特定情况下，闭环控制具有自学习功能，根据每辆机械误差内自学习位置，保证批量下线生产一致性。

关于目标行程，目标行程是根据实际情况设置的，根据发动机负荷和行驶车速进行目标设定的。例如，目标挡位在1挡，则设定目标行程30mm，其他目标行程类推设定。实际行程通过行程位置传感器采集得到，并通过双行程位置反馈校验输出的反馈挡位位置行程。

参照图3，为一实施例提供的工程机械用换挡控制装置的原理结构框图，包括换挡控制器1、换挡电机2、换挡执行器3；

换挡控制器1采集FNR信号，FNR信号来自按钮或虚拟控制器4，即FNR信号可以是驾驶员通过换挡按钮发出的按钮信号，也可以是虚拟控制器通过通讯网络发出的虚拟信号以实现无人驾驶功能。FNR信号包括F1、F2、N或R，F表示工程机械前进，N表示工程机械处于空挡，R表示工程机械倒退_。所述目标档位为F1、F2、N或R，F表示工程机械前进，F2代表工程机械前进挡2挡，通过驾驶员操作按钮或者其他方式设置。N表示工程机械处于空挡，R表示工程机械倒退。

换挡控制器1与发动机ECU5通过CAN网络信息交互，按照商用车标准协议J1939实施。

换挡控制器1执行上述任一实施例所述的工程机械用换挡控制方法，对双位置反馈信号进行闭环控制，输出PWM控制信号给换挡电机2，实现变速器自动换挡。

换挡电机2带动换挡执行器3旋转运动，同时换挡执行器3内置双位置传感器，双位置传感器同时采集正向反馈挡位位置行程和反向反馈挡位位置行程，实时监测换挡位置；换挡摇臂6与换挡执行器3直接相连，同步旋转，将旋转运动变成直线运动；最后，换挡摇臂6带动换挡拉索7直线运动，从而带动液控换挡阀芯8直线运动，实现液压油路切换，变速器完成换挡。

本发明中换挡控制器采集换挡按钮信号、转速信号、换挡摇臂位置反馈信号，并与发动机控制器CAN通讯信息交互；驾驶员按下换挡按钮发送换挡信号，即发送FNR电信号给换挡控制器，表示驾驶员挂N挡，或者前进挡F，或者后退挡R；换挡控制器接收FNR后，设置目标位置，根据实际反馈位置进行闭环控制，发送控制信号给换挡电机；换挡电机带动换挡摇臂旋转，从而带动液控换挡阀芯移动，实现变速器油路切换，达到变速器自动换挡的目的。

本发明能够实现自动换挡，换挡的各个位置精准控制，且具有自适应学习功能，保证精准换挡。

本发明未尽事宜为公知技术。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的控制方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.工程机械用换挡控制方法，其特征在于，包括：

采集当前的工程机械的工作数据；

反馈挡位位置行程校验，获取当前采集到的通过校验的反馈挡位位置行程；

设置目标档位；

如目标档位与当前实际档位不相等，换挡标志fvr_start置1，表示变速器换挡开始；

自动换挡控制：设置目标行程，根据当前采集到的通过校验的反馈挡位位置行程，计算目标行程和反馈挡位位置行程的差值并取绝对值，判断目标行程和反馈挡位位置行程差值的绝对值是否在设定的取值范围，如在设定的取值范围内，换挡标志fvr_start等于0，输出PWM为0的控制信号给换挡电机，表示变速器换挡完成；如不在设定的取值范围内，挡位位置行程进入闭环控制，输出PWM控制信号给换挡电机，换挡电机正转或者反转，达到目标位置，实现变速器油路切换，达到变速器自动换挡。

2.根据权利要求1所述的工程机械用换挡控制方法，其特征在于，工作数据包括换挡按钮信号、行驶转速信号、反馈挡位位置行程信号、FNR信号。

3.根据权利要求1或2所述的工程机械用换挡控制方法，其特征在于，目标档位为F1、F2、N或R，F表示工程机械前进，N表示工程机械处于空挡，R表示工程机械倒退。

4.根据权利要求1所述的工程机械用换挡控制方法，其特征在于，判断目标行程和实际行程差值的绝对值是否在设定的取值范围，即判断|目标行程-实际行程|是否小于Delta，Delta为设定阈值，实际行程即通过校验的反馈挡位位置行程。

5.工程机械用换挡控制装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集当前的工程机械的工作数据；

校验模块，用于反馈挡位位置行程校验，获取当前采集到的通过校验的反馈挡位位置行程；

计算模块，用于设置目标档位，如目标档位与当前实际档位不相等，换挡标志fvr_start置1，表示变速器换挡开始；

自动换挡控制模块，用于设置目标行程，根据当前采集到的反馈挡位位置行程，计算目标行程和实际行程的差值并取绝对值，判断目标行程和实际行程差值的绝对值是否在设定的取值范围，如在设定的取值范围内，换挡标志fvr_start等于0，输出PWM为0的控制信号给换挡电机，表示变速器换挡完成；如不在设定的取值范围内，挡位位置行程进入闭环控制，输出PWM控制信号给换挡电机，换挡电机正转或者反转，达到目标位置，实现变速器油路切换，达到变速器自动换挡。

6.根据权利要求5所述的工程机械用换挡控制装置，其特征在于，所述工作数据包括换挡按钮信号、行驶转速信号、反馈挡位位置行程信号、FNR信号。

7.工程机械用换挡控制装置，其特征在于，包括换挡控制器、换挡电机，所述换挡控制器采用权利要求1至4中任一项所述的工程机械用换挡控制方法。

8.根据权利要求7所述的工程机械用换挡控制装置，其特征在于，所述换挡控制器包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至4中任一项所述的工程机械用换挡控制方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至4中任一项所述的工程机械用换挡控制方法。

10.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求7所述的工程机械用换挡控制装置。

Images