專利名稱：液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種液力機(jī)械傳動工程機(jī)械，特別涉及一種液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換 擋變速裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
目前公知的裝載機(jī)等移動式工程機(jī)械為了提高對外載荷的適應(yīng)能力，主傳動系統(tǒng)通常 采用液力機(jī)械傳動形式，其內(nèi)燃機(jī)的動力，通過液力變矩器和變速箱，最終驅(qū)動整機(jī)的行 走機(jī)構(gòu)(驅(qū)動橋和輪胎系統(tǒng))。但是，液力機(jī)械傳動的傳動效率較低，尤其是遇到重載需 要輸出較大功率時，液力變矩器的傳動效率反而大幅下降，甚至降低為零，它使作業(yè)效率 降低，造成了能源的浪費(fèi)。浪費(fèi)的能源使油溫升高，帶來液壓系統(tǒng)工作環(huán)境的惡化，導(dǎo)致 故障率的上升。液力傳動系統(tǒng)傳動效率低的情況，可以通過增加動力換擋變速箱的擋位數(shù),
并采用高效的3元件變矩器來解決，但是，擋位數(shù)的增多同時也增加了司機(jī)換擋操作的強(qiáng) 度。例如作為工程機(jī)械的裝載機(jī)，它屬于循環(huán)作業(yè)機(jī)械，裝載作業(yè)是裝載機(jī)的主要用途, 就其作業(yè)方式可分為V形、I形、L形、T形等。無論哪一種作業(yè)方式都要有快速接近物 料、低速插入物料、低速離開物料、快速到達(dá)卸料點等多個步驟。能否正確及時地?fù)Q擋， 不但是保證插入力的需要，而且也是降低燃料消耗、減少環(huán)境污染，提髙生產(chǎn)率的需要。 裝載機(jī)連續(xù)工作時，每小時換擋次數(shù)幾百次，換擋操縱非常頻繁，在作業(yè)過程中，不僅要 控制行走，還要操縱工作裝置，頻繁的換擋操縱分散了司機(jī)的注意力，影響了生產(chǎn)率，也 增加了行走的不安全因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種可自動換擋變速的液力機(jī)械傳 動工程機(jī)械自動換擋變速裝置及控制方法。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題對于液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速 裝置所采取的技術(shù)方案是它包括有電液換擋變速裝置，它還包括有微電腦控制器、發(fā)動 機(jī)曲軸輸出轉(zhuǎn)速傳感器、變速箱輸出轉(zhuǎn)速傳感器、換擋手柄開關(guān)、換擋模式選擇開關(guān)、制 動壓力開關(guān)、電控油門位置電位器和自動模式方向開關(guān)發(fā)動機(jī)曲軸輸出轉(zhuǎn)速傳感器、變 速箱輸出轉(zhuǎn)速傳感器、換擋手柄開關(guān)、換擋模式選擇開關(guān)、制動壓力開關(guān)、電控油門位置 電位器和自動模式方向開關(guān)將其信號輸入到微電腦控制器的輸入端口 ，微電腦控制器則將 控制信號通過其輸出端口輸入到電液換擋變速裝置中的變速箱控制模塊上。
本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案
它還包括有啟動繼電器，微電腦控制器的輸出端與啟動繼電器相連。 它還包括有制動動力切斷開關(guān)，制動動力切斷開關(guān)將選定動力切斷功能的信號輸入到
微電腦控制器的輸入端。
它還包括有油門踏板位置電位器和電控油門執(zhí)行器，油門踏板位置電位器將油門踏板 位置電位信號輸入到微電腦控制器的輸入端，微電腦控制器由輸出端口將控制信號輸入到 電控油門執(zhí)行器中。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題對于液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速 裝置的控制方法所采取的技術(shù)方案是它包括有手動換擋模塊，啟動模塊，方向模塊，換 擋模式選擇模塊，自動換擋模塊，換擋品質(zhì)調(diào)整模塊，制動動力切斷模塊，電磁閥驅(qū)動模 塊電液換擋變速方法是由以下步驟完成的
第一步在控制器通電后，輸入、輸出端口及控制總線進(jìn)行初始化；
第二步接收總線數(shù)據(jù)，判斷是否進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，如果不需要標(biāo)定參數(shù)，則直接轉(zhuǎn)向 第三步；如果需要標(biāo)定參數(shù)，就按照相應(yīng)的標(biāo)定條件進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的標(biāo)定
第三步采樣各輸入端口數(shù)據(jù)，計算變矩器的速比；
第四步調(diào)用啟動模塊，判定是否可以啟動發(fā)動機(jī)；
第五步發(fā)動機(jī)啟動后，調(diào)用方向模塊，判定工程機(jī)械行走的方向
第六步調(diào)用換擋模式選擇模塊，確定工程機(jī)械當(dāng)前的換擋模式，如果換擋模式為 手動，則工程機(jī)械行駛的方向和擋位由換擋手柄控制；如果換擋模式為自動，則由自動換 擋模塊控制擋位，自動模式的換擋過程中調(diào)用換擋品質(zhì)調(diào)整模塊進(jìn)行油門的調(diào)節(jié)；
第七步根據(jù)當(dāng)前的換擋模式，讀取相應(yīng)換擋模塊的輸出，并調(diào)用制動動力切斷模 塊，決定當(dāng)前擋位是否切斷動力；
第八步根據(jù)上一步確定的擋位，驅(qū)動相應(yīng)的變速箱電磁閥，如果手動模式下有跳 擋的現(xiàn)象發(fā)生則按照順序變擋
第九步通過總線發(fā)送監(jiān)測參量給顯示器進(jìn)行實時顯示和監(jiān)測，發(fā)送需要存儲的數(shù)
據(jù)到總線上；
第十步程序?qū)⒎祷夭⒏鶕?jù)順序方式循環(huán)執(zhí)行。 本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案
所述的啟動模塊的控制方法為
(1) .控制器上電后進(jìn)行初始化，啟動切斷繼電器失電；
(2) .當(dāng)前為手動模式時，如果換擋手柄置于中位；或者當(dāng)前為自動模式時，如果自 動模式方向開關(guān)置于中位，則啟動繼電器得電，允許發(fā)動機(jī)啟動否則，重復(fù)執(zhí)行步驟(2), 等待允許發(fā)動機(jī)啟動的條件滿足；
(3) .判斷發(fā)動機(jī)是否已經(jīng)啟動并保持穩(wěn)定，如果沒有啟動則跳轉(zhuǎn)到步驟(2)，否 則執(zhí)行步驟(4);
(4) .啟動繼電器失電，發(fā)動機(jī)啟動按鈕失效
(5) .如果發(fā)動機(jī)熄火則跳轉(zhuǎn)到步驟(2)，重新進(jìn)行啟動條件的判斷；否則重復(fù)執(zhí)
行步驟(5)。
所述的方向模塊的控制方法為
(1) .控制器上電后進(jìn)行初始化，方向模塊輸出為空擋；
(2) .根據(jù)方向指示開關(guān)的值確定車輛的行駛方向，手動模式下?lián)Q擋手柄作為方向指 示開關(guān)；自動模式下，自動模式方向開關(guān)作為方向指示開關(guān)；
(3) .如果方向指示開關(guān)的指示值與當(dāng)前車輛的行駛方向相反，則轉(zhuǎn)到步驟(4)， 否則重復(fù)執(zhí)行步驟(2);
(4) .定義一個速度閾值標(biāo)志車輛巳經(jīng)接近停車，如果當(dāng)前變速箱的輸出轉(zhuǎn)速低于該 閾值，則跳轉(zhuǎn)到步驟(5),否則變速箱為空擋，并且使電控油門執(zhí)行至怠速油門，并重 復(fù)執(zhí)行該步驟；該速度閾值可以取100到1000ipm之間的值；
(5) .等待去抖延遲時間后，返回步驟(2),去抖延遲時間在500ms以下取值。 所述的換擋模式選擇模塊的控制方法為
(O .程序開始后，讀取換擋模式選擇開關(guān)的值，把開關(guān)指示的模式作為程序當(dāng)前的
模式；
(2) .如果換擋模式選擇開關(guān)的值與程序當(dāng)前的模式不同，則進(jìn)行下面的判斷，否則 重復(fù)執(zhí)行步驟(2);
(3) .等待一定的去抖延遲時間后再重新讀取換擋模式選擇開關(guān)的值，延遲時間在 500ms以下取值
(4) .當(dāng)換擋手柄處于中位，變速箱的輸出轉(zhuǎn)速小于方向模塊設(shè)定的速度閾值，自動 模式方向開關(guān)處于中位，這三個條件同時滿足時，可以進(jìn)行換擋模式的改變，跳轉(zhuǎn)到步驟
(1)，否則重復(fù)執(zhí)行步驟(4)。
所述的自動換擋模塊的控制方法為
(1) .程序開始后，判斷當(dāng)前模式是否為自動模式，如果不是則結(jié)束該模塊;
(2) 判定當(dāng)前是否有制動信號，如果處于制動狀態(tài)則模塊輸出為當(dāng)前車輛的擋位， 并結(jié)束該模塊
(3) 判定方向模塊的輸出是否與車輛當(dāng)前的方向相同，如果不同,則按照方向模塊 的輸出，掛反向起始擋位，并結(jié)束該模塊
(4) 判定當(dāng)前是否為空擋，如果模塊輸出為空擋，則擋位不變并結(jié)束該模塊；
(5) 當(dāng)測量得到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或者油門踏板開度低于程序設(shè)定的較小值，則依據(jù)變 速箱的輸出轉(zhuǎn)速換擋，并當(dāng)轉(zhuǎn)速低于該擋位的最低轉(zhuǎn)速后執(zhí)行降擋操作，并結(jié)束該模塊；
(6) 根據(jù)測量得到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，變速箱輸出轉(zhuǎn)速和當(dāng)前擋位的傳動比，計算當(dāng)前 變矩器的速比；當(dāng)變矩器的速比位于程序設(shè)定的升擋線和降擋線之間時，T2條件不滿足， 對于起始擋位，速比位于升擋線和降擋線之間持續(xù)T3時間后，則T3條件滿足；當(dāng)速比 高于升擋線或者低于降擋線T 2時間，則可以升擋或降擋，即T2條件滿足如果距離上 一次降擋或升擋有T1時間則可以升擋或降擋，則T1條件滿足Tl 、 T2 、 T3三個時 間條件同時滿足則可以執(zhí)行升擋或降擋操作T 1取500ms到3s之間的時間常量，T 2 、 T3取50ms到500ms之間的時間常量
(7) 模塊計算的輸出擋位高于該模式的最高擋位時，模塊的輸出為該模式的最高擋
位；模塊計算的輸出擋位低于該模式的最低擋位時，模塊的輸出為該模式的最低擋位；模
塊計算的輸出擋位位于該模式的擋位范圍之間時，模塊輸出該計算擋位，并結(jié)束該模塊。 所述的換擋品質(zhì)調(diào)整模塊的控制方法為
自動模式下?lián)Q擋條件滿足后，根據(jù)當(dāng)前的車速計算能夠平穩(wěn)換擋的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)送 換擋信號后，在變速箱的換擋延遲期間內(nèi)由程序控制改變油門執(zhí)行器的位置，使得發(fā)動機(jī) 的轉(zhuǎn)速滿足條件；換擋操作完成后，油門執(zhí)行器的位置恢復(fù)由油門踏板決定；在其它時刻， 程序讀取油門踏板的指示值作為油門執(zhí)行器的目標(biāo)值，通過伸長或縮短油門拉桿來調(diào)節(jié)油 門開度，直至實際的油門位置與油門踏板的指示接近。
所述的制動動力切斷模塊的控制方法為-
首先判斷制動動力切斷開關(guān)是否為開，如為不開則結(jié)束該模塊；
如果為開，則制動前為前進(jìn)l、 2擋，或后退l、 2擋時，制動期間為空擋。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是 1. 由于采用了兩種換擋規(guī)律相結(jié)合，兼顧了經(jīng)濟(jì)性、動力性和實用性，達(dá)到了節(jié)能 的目的。
2. 自動換擋的應(yīng)用使工程機(jī)械工作時能夠自動降為1擋，提髙了工作效率，節(jié)約了 時間，降低了司機(jī)的換擋勞動強(qiáng)度，提高了安全性。
3. 增加了啟車保護(hù)功能，起到了保護(hù)啟動電機(jī)、防止工程機(jī)械掛擋啟車的作用，提 高了安全性。
4. 工程機(jī)械改變方向過程增加了速度限制，起到了保護(hù)變速器的作用。
5. 實現(xiàn)了平穩(wěn)快速的自動換擋。
6. 采用不同的換擋模式，可以適應(yīng)不同的工況。


圖1是本發(fā)明在裝載機(jī)上應(yīng)用的智能控制裝置框圖； 圖2是本發(fā)明的換擋模式選擇模塊流程圖； 圖3是本發(fā)明的方向模塊流程圖； 圖4是本發(fā)明的啟動模塊流程圖 圖5是本發(fā)明的自動換擋模塊流程圖； 圖6是本發(fā)明的自動換擋裝置主流程圖。
具體實施例方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容、特點及功效，以裝載機(jī)為實施例，提供一種智能控制 的液力機(jī)械傳動的工程機(jī)械自動換擋變速裝置，并配合附圖詳細(xì)說明如下
如圖1所示，該裝置包括有電液換擋變速裝置、微電腦控制器、發(fā)動機(jī)曲軸輸出轉(zhuǎn)速 傳感器、變速箱輸出轉(zhuǎn)速傳感器、換擋手柄開關(guān)、換擋模式選擇開關(guān)、自動模式方向開關(guān)、 電控油門位置電位器、制動壓力開關(guān)、啟動繼電器、制動動力切斷開關(guān)、油門踏板位置電 位器和電控油門執(zhí)行器。發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速傳感器、變速箱輸出轉(zhuǎn)速傳感器、換擋手柄開關(guān)、 換擋模式選擇開關(guān)、電控油門位置電位器、自動模式方向開關(guān)、制動壓力開關(guān)、制動動力 切斷開關(guān)和油門踏板位置電位器將其信號輸入到微電腦控制器的輸入端口，微電腦控制器 則將控制信號通過其輸出端口輸入到電液換擋變速裝置中的變速箱控制模塊、電控油門執(zhí) 行器和啟動繼電器。
還有包含參數(shù)標(biāo)定、啟動限制、換擋模式選擇、根據(jù)換擋規(guī)律自動換擋、換擋品質(zhì)控
制、制動期間動力切斷控制、總線通訊等功能的微電腦控制器軟件；以及包含監(jiān)測參數(shù)顯 示、故障報警、圖文顯示辨件等。
電液換擋變速箱有四個前進(jìn)擋位，三個后退擋位。換擋模式有三種，手動模式(M), 自動l模式(L)和自動2模式(H)。手動模式時擋位由手柄開關(guān)決定；自動L模式根 據(jù)自動換擋規(guī)律在1~2擋之間換擋，主要應(yīng)用于裝載機(jī)短距離的裝載操作；自動H模式 在高速狀態(tài)1~4擋之間換擋，主要應(yīng)用于裝載機(jī)的遠(yuǎn)程行走和長距離的裝載操作。對不同 型式的電液換擋變速箱同樣適用，只不過調(diào)整擋位數(shù)而已。
裝載機(jī)在手動模式和自動模式下的方向由不同的開關(guān)決定。手動模式的方向由手柄開 關(guān)決定，自動模式的方向由另外自動模式方向開關(guān)決定。
在裝載機(jī)制動時有動力切斷選擇功能。正常裝載操作，如果當(dāng)前處于1、 2擋，制動 時動力切斷可以使加在制動閘上的負(fù)荷減輕，減小磨損和沖擊，提高整機(jī)壽命裝載機(jī)上 坡時，制動期間動力切斷有可能引起車輛的下滑，因此裝載機(jī)上坡時制動以不切斷動力為 宜制動時動力切斷功能的有無由動力切斷開關(guān)決定。
自動換擋模式下，采用兩種換擋規(guī)律相結(jié)合進(jìn)行換擋控制的方法，裝載機(jī)加速行走和 鏟掘作業(yè)時采用以油門開度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和變速箱輸出轉(zhuǎn)速作為控制參數(shù)的節(jié)能型換擋規(guī) 律，通過換擋保持液力變矩器處于高效區(qū)，達(dá)到節(jié)約能源的目的。裝載機(jī)收油滑行時，采 用根據(jù)車速進(jìn)行降擋判斷的換擋規(guī)律，避免換擋時引起的不必要的升擋現(xiàn)象。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 和油門踏板開度共同作為兩種換擋規(guī)律轉(zhuǎn)換的判別條件。
在自動換擋模式下，通過調(diào)節(jié)油門開度來提高變速箱的換擋品質(zhì)。換擋條件滿足后， 根據(jù)當(dāng)前的車速計算能夠平穩(wěn)換擋的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，同時使油門執(zhí)行器的位置不再由油門踏 板決定而是由程序控制。發(fā)送換擋信號后，在變速箱的換擋延遲期間內(nèi)由程序控制改變油 門執(zhí)行器的位置，使得發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足條件。換擋操作完成后，油門執(zhí)行器的位置恢復(fù) 由油門踏板決定。
該裝載機(jī)共有三種換擋模式
(1) . 手動模式(M)，此時的擋位由手柄開關(guān)決定；
(2) . 自動1模式(L),根據(jù)自動換擋規(guī)律在1 2擋之間換擋，主要應(yīng)用于裝載機(jī) 短距離的裝載操作 (3). 和自動2模式(H);在高速狀態(tài)1一擋之間換擋，主要應(yīng)用于裝載機(jī)的遠(yuǎn)程 行走工況和長距離的裝載操作。
如圖2所示，換擋模式選擇模塊的流程如下-
(1) .程序開始后，讀取換擋模式選擇開關(guān)的值，把開關(guān)指示的模式作為程序當(dāng)前的模式。
(2) .如果換擋模式選擇開關(guān)的值與程序當(dāng)前的模式不同，則進(jìn)行下面的判斷，否則 重復(fù)執(zhí)行步驟(2)。
(3) .等待300ms去抖延遲時間后再重新讀取換擋模式選擇開關(guān)的值。
(4) .當(dāng)換擋手柄處于中位，變速箱的輸出轉(zhuǎn)速小于方向模塊設(shè)定的速度閾值200rpm, 自動模式方向開關(guān)處于中位，這三個條件同時滿足時，可以進(jìn)行換擋模式的改變，跳轉(zhuǎn)到 步驟(1),否則重復(fù)執(zhí)行步驟(4)。
裝載機(jī)行駛方向的選擇由兩個開關(guān)控制，手動模式時，方向由集成的手柄開關(guān)決定； 自動模式時的方向由自動模式方向開關(guān)決定。車輛行駛方向改變時，程序首先監(jiān)測到方向 開關(guān)信號的變化，通過一定時間的去抖延時后，讀取當(dāng)前方向開關(guān)的指示值，如果開關(guān)的 指示與當(dāng)前車輛的行駛方向相反則需要進(jìn)行速度限制的判斷。
如圖3所示，方向模塊的流程如下-
(O .微電腦控制器上電后進(jìn)行初始化，方向模塊輸出為空擋。
(2) .根據(jù)方向指示開關(guān)的值確定車輛的行駛方向。手動模式下?lián)Q擋手柄作為方向指 示開關(guān)；自動模式下，自動模式方向開關(guān)作為方向指示開關(guān)。
(3) .如果方向指示開關(guān)的指示值與當(dāng)前車輛的行駛方向相反，則轉(zhuǎn)到步驟(4), 否則重復(fù)執(zhí)行步驟(2)。
(4) .如果當(dāng)前變速箱的輸出轉(zhuǎn)速低于閾值200ipm，則跳轉(zhuǎn)到步驟(5),否則變速 箱為空擋，并且使電控油門執(zhí)行至怠速油門，并重復(fù)執(zhí)行該步驟。
(5) .等待300ms去抖延遲時間后，返回步驟(2)。
本發(fā)明具有啟動保護(hù)功能，硬件部分增加啟動繼電器，起到保護(hù)啟動電機(jī)的作用， 如圖4所示，啟動模塊的流程如下
(1) 微電腦控制器上電后進(jìn)行初始化，啟動繼電器失電。
(2) .當(dāng)前為手動模式時，如果換擋手柄置于中位；或者當(dāng)前為自動模式時，如果自 動模式方向開關(guān)置于中位，則啟動繼電器得電，允許發(fā)動機(jī)啟動。否則，重復(fù)執(zhí)行步驟(2), 等待允許發(fā)動機(jī)啟動的條件滿足。
(3) .判斷發(fā)動機(jī)是否已經(jīng)啟動并保持穩(wěn)定，如果沒有啟動則跳轉(zhuǎn)到步驟(2),否 則執(zhí)行步驟(4)。
(4) .啟動繼電器失電，發(fā)動機(jī)啟動按鈕失效。
(5) .如果發(fā)動機(jī)熄火則跳轉(zhuǎn)到步驟(2),重新進(jìn)行啟動條件的判斷否則重復(fù)執(zhí) 行步驟(5)。
本發(fā)明自動模式下采用的換擋方案加速行走和鏟裝作業(yè)時采用以油門開度、發(fā)動機(jī) 轉(zhuǎn)速和變速箱輸出轉(zhuǎn)速作為控制參數(shù)的節(jié)能型換擋規(guī)律。當(dāng)駕駛員收油門減速的時候，依 據(jù)節(jié)能型換擋規(guī)律會引起不必要的升擋現(xiàn)象，因而采用根據(jù)車速進(jìn)行降擋判斷的換擋規(guī) 律。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和油門踏板開度共同作為兩種換擋規(guī)律轉(zhuǎn)換的判別條件，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低 于某預(yù)定值或者油門踏板的開度低于某預(yù)定值則由節(jié)能換擋規(guī)律變?yōu)橐攒囁贋橐罁?jù)的換 擋規(guī)律。
如圖5所示，自動換擋模塊的流程如下-
(1) .程序開始后，判斷當(dāng)前模式是否為自動模式，如果不是則結(jié)束該模塊
(2) 判定當(dāng)前是否有制動信號，如果處于制動狀態(tài)則模塊輸出為當(dāng)前車輛的擋位， 并結(jié)束該模塊
(3) 判定方向模塊的輸出是否與車輛當(dāng)前的方向相同，如果不同，則按照方向模塊 的輸出，掛反向起始擋位，并結(jié)束該模塊；
(4) 判定當(dāng)前是否為空擋，如果模塊輸出為空擋，則擋位不變并結(jié)束該模塊；
(5) 當(dāng)測量得到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或者油門踏板開度低于程序設(shè)定的較小值，則依據(jù)變 速箱的輸出轉(zhuǎn)速換擋，并當(dāng)轉(zhuǎn)速低于該擋位的最低轉(zhuǎn)速后執(zhí)行降擋操作，并結(jié)束該模塊
(6) 則根據(jù)測量得到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，變速箱輸出轉(zhuǎn)速和當(dāng)前擋位的傳動比，計算當(dāng) 前變矩器的速比當(dāng)變矩器的速比位于程序設(shè)定的升擋線和降擋線之間時，T2條件不滿 足，對于起始擋位，速比位于升擋線和降擋線之間持續(xù)T3時間則T3條件滿足；當(dāng)速比 高于升擋線或者低于降擋線T 2時間，則可以升擋或降擋，即T2條件滿足；如果距離上 一次降擋或升擋有T1時間則可以升擋或降擋，即T1條件滿足；Tl 、 T2 、 T3三個時 間條件同時滿足則可以執(zhí)行升擋或降擋操作Tl取3s的時間常量，T2 、 T3取300ms 的時間常量
(7) 模塊計算的輸出擋位髙于該模式的最高擋位時，模塊的輸出為該模式的最高擋 位；模塊計算的輸出擋位低于該模式的最低擋位時，模塊的輸出為該模式的最低擋位；模 塊計算的輸出擋位位于該模式的擋位范圍之間時，模塊輸出該計算擋位，并結(jié)束該模塊。 本發(fā)明在自動模式下的換擋時刻可以進(jìn)行換擋品質(zhì)的調(diào)整，調(diào)整的方法是增加電控油 門踏板和電控油門執(zhí)行器，通過調(diào)節(jié)油門，降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速繼而改善換擋品質(zhì)。在其它時 刻，程序讀取油門踏板的指示值作為油門執(zhí)行器的目標(biāo)值，通過伸長或縮短油門拉桿來調(diào) 節(jié)油門開度，直至實際的油門位置與油門踏板的指示接近。在自動模式下?lián)Q擋條件滿足后， 根據(jù)當(dāng)前的車速計算能夠平穩(wěn)換擋的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)送換擋信號后，在變速箱的換擋延遲 期間內(nèi)由程序控制改變油門執(zhí)行器的位置，使得發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足條件。換擋操作完成后， 油門執(zhí)行器的位置恢復(fù)由油門踏板決定。
如圖6所示，自動換擋控制裝置軟件的主流程如下
第一步在微電腦控制器通電后，輸入、輸出端口及控制總線進(jìn)行初始化。
第二步接收總線數(shù)據(jù)，判斷是否進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，如果不需要標(biāo)定參數(shù)，則直接轉(zhuǎn)向 第三步；如果需要標(biāo)定參數(shù)，就按照相應(yīng)的標(biāo)定條件進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的標(biāo)定。
第三步采樣各輸入端口數(shù)據(jù)，計算變矩器的速比。
第四步調(diào)用啟動模塊，判定是否可以啟動發(fā)動機(jī)。
第五步發(fā)動機(jī)啟動后，調(diào)用方向模塊，判定車輛行走的方向。
第六步調(diào)用換擋模式選擇模塊，確定工程機(jī)械當(dāng)前的換擋模式，如果換擋模式為 手動，則工程機(jī)械行駛的方向和擋位由換擋手柄控制如果換擋模式為自動，則由自動換 擋模塊控制擋位，自動模式的換擋過程中調(diào)用換擋品質(zhì)調(diào)整模塊進(jìn)行油門的調(diào)節(jié)；
第七步根據(jù)當(dāng)前的換擋模式，讀取相應(yīng)換擋模塊的輸出，并調(diào)用制動動力切斷模 塊，決定當(dāng)前擋位是否切斷動力；
第八步根據(jù)上一步確定的擋位，驅(qū)動相應(yīng)的變速箱電磁閥，如果手動模式下有跳擋 的現(xiàn)象發(fā)生則按照順序變擋。
第九步通過總線發(fā)送監(jiān)測參量給顯示器進(jìn)行實時顯示和監(jiān)測，發(fā)送需要存儲的數(shù)據(jù) 到總線上。
第十步程序?qū)⒎祷夭⒏鶕?jù)順序方式循環(huán)執(zhí)行。
其中第6步中的換擋模式為自動時，自動1模式和自動2模式的判斷流程相同，只是 最高擋位、最低擋位和起始擋位對于不同的模式取不同的值。
權(quán)利要求
1.一種液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置，它包括有電液換擋變速裝置，其特征是它還包括有微電腦控制器、發(fā)動機(jī)曲軸輸出轉(zhuǎn)速傳感器、變速箱輸出轉(zhuǎn)速傳感器、換擋手柄開關(guān)、換擋模式選擇開關(guān)、制動壓力開關(guān)、電控油門位置電位器和自動模式方向開關(guān)；發(fā)動機(jī)曲軸輸出轉(zhuǎn)速傳感器、變速箱輸出轉(zhuǎn)速傳感器、換擋手柄開關(guān)、換擋模式選擇開關(guān)、制動壓力開關(guān)、電控油門位置電位器和自動模式方向開關(guān)將其信號輸入到微電腦控制器的輸入端口，微電腦控制器則將控制信號通過其輸出端口輸入到電液換擋變速裝置中的變速箱控制模塊上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置，其特征是它 還包括有啟動繼電器，微電腦控制器的輸出端與啟動繼電器相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置，其特征是它 還包括有制動動力切斷開關(guān)，制動動力切斷開關(guān)將選定動力切斷功能的信號輸入到微電 腦控制器的輸入端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置，其特征是它 還包括有油門踏板位置電位器和電控油門執(zhí)行器，油門踏板位置電位器將油門踏板位置 電位信號輸入到微電腦控制器的輸入端，微電腦控制器由輸出端口將控制信號輸入到電 控油門執(zhí)行器中。
5. —種液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置的控制方法，其特征是它包括有 手動換擋模塊，啟動模塊，方向模塊，換擋模式選擇模塊，自動換擋模塊，換擋品質(zhì)調(diào) 整模塊，制動動力切斷模塊，電磁闊驅(qū)動模塊電液換擋變速方法是由以下步驟完成的第一步在控制器通電后，輸入、輸出端口及控制總線進(jìn)行初始化第二步接收總線數(shù)據(jù)，判斷是否進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，如果不需要標(biāo)定參數(shù)，則直接轉(zhuǎn) 向第三步；如果需要標(biāo)定參數(shù)，就按照相應(yīng)的標(biāo)定條件進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的標(biāo)定；第三步采樣各輸入端口數(shù)據(jù)，計算變矩器的速比；第四步調(diào)用啟動模塊，判定是否可以啟動發(fā)動機(jī)；第五步發(fā)動機(jī)啟動后，調(diào)用方向模塊，判定工程機(jī)械行走的方向；第六步調(diào)用換擋模式選擇模塊，確定工程機(jī)械當(dāng)前的換擋模式，如果換擋模式為 手動，則工程機(jī)械行駛的方向和擋位由換擋手柄控制；如果換擋模式為自動，則由自動 換擋模塊控制擋位，自動模式的換擋過程中調(diào)用換擋品質(zhì)調(diào)整模塊進(jìn)行油門的調(diào)節(jié)；第七步根據(jù)當(dāng)前的換擋模式，讀取相應(yīng)換擋模塊的輸出，并調(diào)用制動動力切斷模 塊，決定當(dāng)前擋位是否切斷動力；第八步根據(jù)上一步確定的擋位，驅(qū)動相應(yīng)的變速箱電磁閥，如果手動模式下有跳 擋的現(xiàn)象發(fā)生則按照順序變擋；第九步通過總線發(fā)送監(jiān)測參量給顯示器進(jìn)行實時顯示和監(jiān)測，發(fā)送需要存儲的數(shù) 據(jù)到總線上第十步程序?qū)⒎祷夭⒏鶕?jù)順序方式循環(huán)執(zhí)行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置的控制方法，其 特征是所述的啟動模塊的控制方法為(1) .控制器上電后進(jìn)行初始化，啟動繼電器失電；(2) .當(dāng)前為手動模式時，如果換擋手柄置于中位；或者當(dāng)前為自動模式時，如果 自動模式方向開關(guān)置于中位，則啟動繼電器得電，允許發(fā)動機(jī)啟動；否則，重復(fù)執(zhí)行步 驟(2)，等待允許發(fā)動機(jī)啟動的條件滿足(3) .判斷發(fā)動機(jī)是否已經(jīng)啟動并保持穩(wěn)定，如果沒有啟動則跳轉(zhuǎn)到步驟(2),否 則執(zhí)行步驟(4):(4) .啟動繼電器失電，發(fā)動機(jī)啟動按鈕失效；(5) .如果發(fā)動機(jī)熄火則跳轉(zhuǎn)到步驟(2),重新進(jìn)行啟動條件的判斷；否則重復(fù)執(zhí) 行步驟(5)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置的控制方法，其 特征是所述的方向模塊的控制方法為(1) .控制器上電后進(jìn)行初始化，方向模塊輸出為空擋(2) .根據(jù)方向指示開關(guān)的值確定車輛的行駛方向，手動模式下?lián)Q擋手柄作為方向指 示開關(guān)；自動模式下，自動模式方向開關(guān)作為方向指示開關(guān)(3) .如果方向指示開關(guān)的指示值與當(dāng)前車輛的行駛方向相反，則轉(zhuǎn)到步驟(4)， 否則重復(fù)執(zhí)行步驟(2);(4) .定義一個速度閾值標(biāo)志車輛已經(jīng)接近停車，如果當(dāng)前變速箱的輸出轉(zhuǎn)速低于該 閾值，則跳轉(zhuǎn)到步驟(5)，否則變速箱為空擋，并且使電控油門執(zhí)行至怠速油門，并重 復(fù)執(zhí)行該步驟；該速度閾值可以取100到1000rpm之間的值；(5).等待去抖延遲時間后，返回步驟(2),去抖延遲時間在500ms以下取值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置的控制方法，其 特征是所述的換擋模式選擇模塊的控制方法為(1) .程序開始后，讀取換擋模式選擇開關(guān)的值，把開關(guān)指示的模式作為程序當(dāng)前的模式；(2) .如果換擋模式選擇開關(guān)的值與程序當(dāng)前的模式不同，則進(jìn)行下面的判斷，否則 重復(fù)執(zhí)行步驟(2):(3) .等待一定的去抖延遲時間后再重新讀取換擋模式選擇開關(guān)的值，延遲時間在 500ms以下取值；(4) .當(dāng)換擋手柄處于中位，變速箱的輸出轉(zhuǎn)速小于方向模塊設(shè)定的速度閾值，自動 模式方向開關(guān)處于中位，這三個條件同時滿足時，可以進(jìn)行換擋模式的改變，跳轉(zhuǎn)到步 驟(1),否則重復(fù)執(zhí)行步驟(4)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置的控制方法，其 特征是所述的自動換擋模塊的控制方法為(1) .程序開始后，判斷當(dāng)前模式是否為自動模式，如果不是則結(jié)束該模塊；(2) 判定當(dāng)前是否有制動信號，如果處于制動狀態(tài)則模塊輸出為當(dāng)前車輛的擋位， 并結(jié)束該模塊；(3) 判定方向模塊的輸出是否與車輛當(dāng)前的方向相同，如果不同，則按照方向模塊 的輸出，掛反向起始擋位，并結(jié)束該模塊；(4) 判定當(dāng)前是否為空擋，如果模塊輸出為空擋，則擋位不變并結(jié)束該模塊(5) 當(dāng)測量得到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或者油門踏板開度低于程序設(shè)定的較小值，則依據(jù)變 速箱的輸出轉(zhuǎn)速換擋，并當(dāng)轉(zhuǎn)速低于該擋位的最低轉(zhuǎn)速后執(zhí)行降擋操作，并結(jié)束該模塊(6) 根據(jù)測量得到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，變速箱輸出轉(zhuǎn)速和當(dāng)前擋位的傳動比，計算當(dāng)前 變矩器的速比當(dāng)變矩器的速比位于程序設(shè)定的升擋線和降擋線之間時，T2條件不滿足， 對于起始擋位，速比位于升擋線和降擋線之間持續(xù)T3時間后，則T3條件滿足；當(dāng)速比 高于升擋線或者低于降擋線T2時間，則可以升擋或降擋，即T2條件滿足；如果距離上 一次降擋或升擋有T1時間則可以升擋或降擋，則T1條件滿足；Tl 、 T2 、 T3三個時 間條件同時滿足則可以執(zhí)行升擋或降擋操作Tl取500ms到3s之間的時間常量，T2 、T3取50ms到500ms之間的時間常量；(7)模塊計算的輸出擋位髙于該模式的最高擋位時，模塊的輸出為該模式的最高擋 位模塊計算的輸出擋位低于該模式的最低擋位時，模塊的輸出為該模式的最低擋位； 模塊計算的輸出擋位位于該模式的擋位范圍之間時，模塊輸出該計算擋位，并結(jié)束該模 塊。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置的控制方法， 其特征是所述的換擋品質(zhì)調(diào)整模塊的控制方法為自動模式下?lián)Q擋條件滿足后，根據(jù)當(dāng)前的車速計算能夠平穩(wěn)換擋的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā) 送換擋信號后，在變速箱的換擋延遲期間內(nèi)由程序控制改變油門執(zhí)行器的位置，使得發(fā) 動機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足條件換擋操作完成后，油門執(zhí)行器的位置恢復(fù)由油門踏板決定在其 它時刻，程序讀取油門踏板的指示值作為油門執(zhí)行器的目標(biāo)值，通過伸長或縮短油門拉 桿來調(diào)節(jié)油門開度，直至實際的油門位置與油門踏板的指示接近。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置的控制方法， 其特征是所述的制動動力切斷模塊的控制方法為首先判斷制動動力切斷開關(guān)是否為開，如為不開則結(jié)束該模塊； 如果為開，則制動前為前進(jìn)l、 2擋，或后退l、 2擋時，制動期間為空擋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液力機(jī)械傳動工程機(jī)械自動換擋變速裝置及控制方法。它包括有電液換擋變速裝置、微電腦控制器、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和變速箱輸出轉(zhuǎn)速傳感器、換擋手柄開關(guān)、換擋模式選擇開關(guān)、電控油門位置電位器和自動模式方向開關(guān)；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、變速箱輸出轉(zhuǎn)速傳感器、換擋手柄、換擋模式選擇開關(guān)、電控油門位置電位器和自動模式方向開關(guān)將其信號輸入到微電腦控制器的輸入端口，微電腦控制器則將控制信號通過其輸出端口輸入到變速箱控制模塊。由于采用了兩種換擋規(guī)律結(jié)合，兼顧了經(jīng)濟(jì)、動力和實用性，達(dá)到節(jié)能目的；自動換擋使工程機(jī)械提高工作效率，節(jié)約工作時間，降低司機(jī)的勞動強(qiáng)度；并可適應(yīng)不同工況。
文檔編號F16H59/00GK101178119SQ20071005982
公開日2008年5月14日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者吳國祥, 孟廣良, 崔國敏, 李學(xué)忠, 李鶯鶯, 邵善鋒 申請人:天津工程機(jī)械研究院