CN102635687A - 换档控制方法、***及用于牵引工作的工程机械 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换档控制方法、***及用于牵引工作的工程机械，其中：所述换档控制方法，包括：获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；当判断所述档位信号为空档信号时，保持当前档位，否则计算得到扭矩比，所述扭矩比为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；若所述扭矩比处于预设扭矩比范围，保持当前档位；当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比，且判断所述档位信号不是最高档位信号时，升高档位；当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比时，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，更具体地说，涉及一种换档控制方法、***及用于牵引工作的工程机械。
背景技术
为提高工程机械对恶劣作业环境与工况的适应能力，在传统工程机械传动***中增加液力变矩器进行液力机械传动。这种液力机械传动装置兼有了液力传动和机械传动的诸多优点，比如起步平稳、加速迅速等；同时，通过液体传递动力，可降低传动***的动载荷和振动，延长传动***的使用寿命，提高车辆行驶安全性和通过性。通常只要匹配合理，既可避免机械传动重载下发动机的“熄火”问题。
实践表明，即使发动机不熄火，也不允许长期在低效区工作。如在“失速”工况下工作一分钟，液力传动的工作介质由于机械能全部转化为热能而“过热”。同样，在高速轻载下，如不及时换入高档工作，由于液力损失使传动效率降低而造成能量的损耗。
目前，主要是靠驾驶员的经验操作来保证液力传动在高效区工作，由于工程机械的作业条件复杂、工作环境恶劣，因此，对驾驶员的要求很高。为减低对驾驶员的要求，就需要电子控制自动换档。
目前，工程机械自动换档主要是依照汽车的自动换档技术来实现。由于工程车辆作业工况与汽车工况明显不同，汽车的自动换档技术并不能完全适应于工程机械。
因此，如何实现自动换档控制，提高用于牵引工作的工程机械的工作效率和作业质量，减轻驾驶员的劳动强度，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种换档控制方法、***及用于牵引工作的工程机械，以实现用于牵引工作的工程机械的自动换档。
为实现上述目的，现提出的方案如下：
一种换档控制方法，包括：
获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；
当判断所述档位信号为空档信号时，保持当前档位，否则计算得到扭矩比，所述扭矩比为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；
若所述扭矩比处于预设扭矩比范围，保持当前档位；
当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比，且判断所述档位信号不是最高档位信号时，升高档位；
当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比时，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位。
优选地，还包括：
获取当前换档模式；
若所述当前换档模式为手动控制模式，则所述档位变换控制由人工操作控制手柄实现；若所述当前换档模式为自动控制模式，则获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号。
优选地，还包括：
获取档位控制状态，将其与所述当前换档模式相比对；
当满足预设条件时，更改所述当前换档模式至与所述档位控制状态相同的换档模式，所述预设条件为所述档位控制状态和所述当前换档模式不相同。
优选地，所述预设条件还包括：延迟预设时间获取的档位控制状态和所述当前换档模式仍不相同。
优选地，当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比后还包括：
连续预设次数、且相邻两次之间的间隔预设时间获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；
计算每次获取得到涡轮扭矩和发动机扭矩的比值，得到扭矩比；
当判断所述连续预设次数得到的扭矩比均小于所述最小扭矩比，且所述档位信号均不是最高档位信号时，升高档位。
优选地，当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比后还包括：
连续预设次数、且相邻两次之间的间隔预设时间获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；
计算每次获取得到涡轮扭矩和发动机扭矩的比值，得到扭矩比；
当判断所述连续预设次数得到的扭矩比均大于所述最大扭矩比，且所述档位信号均不是最低档位信号时，降低档位。
优选地，还包括：
获取制动信号；
当所述制动信号为非空，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位。
一种换档控制***，包括：
档位信号传感器，用于采集档位信号；
涡轮扭矩传感器，用于采集涡轮扭矩；
发动机扭矩传感器，用于采集发动机扭矩；
电子控制单元，用于获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；当判断所述档位信号为空档信号时，保持当前档位，否则计算得到扭矩比，所述扭矩比为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；若所述扭矩比处于预设扭矩比范围，保持当前档位；当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比，且判断所述档位信号不是最高档位信号时，升高档位；当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比时，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位。
优选地，还包括：切换手动控制模式和自动控制模式的控制模式选择开关，所述电子控制单元还用于判断当前换档模式，若所述当前换档模式为手动控制模式，所述控制模式选择开关切换为手动模式；若所述当前换档模式为自动控制模式，所述控制模式选择开关切换为自动模式。
优选地包括：制动信号获取单元，用于获取制动信号；所述电子控制单元还用于判断所述制动信号为非空，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位。
一种用于牵引工作的工程机械，包括上述的***。
优选地，所述工程机械为推土机、推耙机、平地机或装载机。
从上述的技术方案可以看出，本发明公开的换档控制方法中，根据涡轮扭矩和发动机扭矩的比值确定当前遇到的工况，进而进行档位的自动控制；具体的，当所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩，且判断所述档位信号不是最高档位信号时，升高档位；当所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩时，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位，实现了牵引工作的工程机械的自动换档。
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获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种换档控制方法的流程图；
图2为本发明另一实施例公开的一种换档控制方法的流程图；
图3为本发明另一实施例公开的一种换档控制***的结构图；
图4为本发明另一实施例公开的一种换档控制***的结构图。
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。
本发明实施例公开了一种换档控制方法、***及用于牵引工作的工程机械，以实现用于牵引工作的工程机械的自动换档。
本实施例公开的一种换档控制方法，如图1所示，包括步骤：
S101、获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号N；
S102、判断所述档位信号N是否为空档信号，若是，则执行步骤S103、保持当前档位；否则，执行步骤S104、计算得到扭矩比K，所述扭矩比K为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；
S105、比对所述扭矩比K和预设扭矩比范围(K1，K2)；
S106、当所述扭矩比K处于预设扭矩范围(K1，K2)，即K1≤K≤K2，则保持当前档位；
S107、当所述扭矩比K小于所述预设扭矩比范围(K1，K2)中的最小扭矩比K1，即K＜K1，执行步骤S108、判断所述档位信号N是否是最高档位信号时，若不是，则执行步骤S109、升高档位；
S110、当所述扭矩比K大于所述预设扭矩范围(K1，K2)中的最大扭矩比K2，即K＞K2，执行步骤S111、判断所述档位信号N是否为最低档位信号；
若不是，则执行步骤S112、降低档位。
本实施例公开的换档控制方法中，根据涡轮扭矩和发动机扭矩的比值确定当前遇到的工况，进而进行档位的自动控制，实现了档位变换的自动控制，既保证了车辆传动***较高的工作效率和工作可靠性，又保证了车辆的燃油经济性和驾驶舒适度，显著提高了工程机械的综合使用性能。
本发明另一实施例还公开了一种换档控制方法，包括步骤：
S201、获取当前换档模式；
S202、根据所述当前换档模式信息判断当前换档模式是否为自动控制模式，当判断不是自动控制模式时，说明所述当前换档模式为手动控制模式，则执行步骤S203、由人工操作控制手柄控制档位变换。
当判断为自动控制模式，执行步骤S204、获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号N；
S205、判断所述档位信号N是否为空档信号，若是，则执行步骤S206、保持当前档位；否则，执行步骤S207、计算得到扭矩比K，所述扭矩比K为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；
S208、比对所述扭矩比K和预设扭矩比范围(K1，K2)；
S209、当所述扭矩比K处于预设扭矩范围(K1，K2)，即K1≤K≤K2，则保持当前档位；
S210、当所述扭矩比K小于所述预设扭矩比范围(K1，K2)中的最小扭矩比K1，即K＜K1，执行步骤S211、判断所述档位信号N是否是最高档位信号时，若不是，则执行步骤S212、升高档位；
S213、当所述扭矩比K大于所述预设扭矩范围(K1，K2)中的最大扭矩比K2，即K＞K2，执行步骤S214、判断所述档位信号N是否为最低档位信号；
若不是，则执行步骤S215、降低档位。
在上述实施例中，在获取当前换档模式的同时，还可以获取档位控制状态，根据所述当前换档模式信息确定当前换档模式，比对所述档位控制状态和当前换档模式，当满足预设条件时，更改所述当前换档模式至与所述档位控制状态相同的换档模式，此时的预设条件为所述档位控制状态和所述当前换档不相同。
为了使换档时机更为精确，上述的预设条件还可以包括：延迟预设时间获取的档位控制状态和所述当前换档模式仍不相同，具体的，延迟时间取为0.5s到1s之间任意的时间常量，也可以根据不同要求设定为其他时间。
在上述的两个方法实施例中，为了较为精确的确定换档时机，当所述扭矩比K小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比K1后还包括：
连续预设次数、且相邻两次之间的间隔预设时间获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；
计算每次获取得到涡轮扭矩和发动机扭矩的比值，得到扭矩比；
当判断所述连续预设次数得到的扭矩比均小于所述最小扭矩比，且所述档位信号均不是最高档位信号时，升高档位。
具体的，获取涡轮扭矩和档位信号的间隔时间的范围可以但不限定为0.3-0.5s，获取的次数可以但不限定为3-5。
并且，当所述扭矩比K大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比K2后还包括：
连续预设次数、且相邻两次之间的间隔预设时间获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；
计算每次获取得到涡轮扭矩和发动机扭矩的比值，得到扭矩比；
当判断所述连续预设次数得到的扭矩比均大于所述最大扭矩比，且所述档位信号均不是最低档位信号时，降低档位。
具体的，获取涡轮扭矩和档位信号的间隔时间的范围可以但不限定为0.5-1.0s，获取的次数可以但不限定为3-5。
在上述的两个实施例中，所述预设扭矩比范围(K1，K2)可以为一个，且可但不限定选用最大油门状态的涡轮扭矩和发动机扭矩的比值作为预设扭矩范围(K1，K2)；当然，所述预设扭矩范围(K1，K2)还可以为多个，且与不同油门状态一一对应，此时，获取所述涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号的同时还需要获取油门信号。
由于各油门状态下的预设扭矩比范围不相同，当油门状态较高时，预设扭矩比范围中的最大扭矩比和最小扭矩比均较高，当油门状态较低时，预设扭矩比范围中的最大扭矩比和最小扭矩比均较低。因此，为了精确控制换档时机，油门状态的信号是很有必要的，并且，油门状态信号还与该油门状态下的预设扭矩比范围一一对应。
为了更完善本发明上述两个实施例公开的档位控制方法，使其不仅在运行状态下控制档位变换，还可以在制动状态控制档位变换；因此，上述两个实施例公开的换档控制方法可以还包括：
获取制动信号；
当所述制动信号为非空，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位。
具体的，当获取的制动信号为非空时，说明此时工程机械的制动踏板被踩下，工程机械的速度减慢，需要将档位降低。判断档位信号是否为最低档位，若不是，则降低档位。
工程机械在牵引档位工作时，根据工况换档点取工作效率η为70-75％处不同油门开度对应的扭矩比kη-70-75％。当然，可以根据具体工况换档点可以选取其它扭矩值。
对应不同的油门大小，扭矩比是不一样的；但是对于一定的油门开度值，η为70-75％处对应的扭矩比大小是2个固定的值，即一个较大的值Kmax(η-70-75％)和一个较小的值Kmin(η-70-75％)，较大的值为升档点，较小的值为降档点。
当工程机械在行驶运输档位以及后退档行驶时，根据工况车辆的换档点取在工作效率η为75-80％对应的扭矩比kη-75-80％。当然，可以根据具体工况换档点可以选取其它扭矩值。
同上，η为75-80％处对应的扭矩比大小是2个固定的值，即一个较大的值Kmax(η-75-80％)和一个较小的值Kmin(η-75-80％)，较大的值为升档点，较小的值为降档点。
本发明另一实施例公开的一种换档控制***，如图3所示，包括：
档位信号传感器101，用于采集档位信号；
涡轮扭矩传感器102，用于采集涡轮扭矩；
发动机扭矩传感器103，用于采集发动机扭矩；
电子控制单元104，用于获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；当判断所述档位信号为空档信号时，保持当前档位，否则计算得到扭矩比，所述扭矩比为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；若所述扭矩比处于预设扭矩比范围，保持当前档位；当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比，且判断所述档位信号不是最高档位信号时，升高档位；当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比时，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位。
本实施例公开的换档控制***中，电子控制单元103包括：
存储模块，存储有扭矩比范围；
获取模块，用于获取涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；
第一判断模块，用于判断所述档位信号是否为空档信号；
控制信号生成模块，用于当所述第一判断模块判断所述档位信号为空档信号时，生成保持当前档位的信号；
计算模块，用于当所述第一判断模块判断所述档位信号不为空档信号时，计算得到扭矩比，所述扭矩比为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；
第二判断模块，用于比对所述扭矩比和预设扭矩比范围；
第三判断模块，用于判断所述档位信号是否最高档位信号或最低档位信号；
所述控制信号生成模块还用于，当所述第二判断模块判断扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩，且所述第三判断模块判断所述档位信号不是最高档位信号时，生成升高档位信号；当所述第二判断模块判断扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩，且所述第三判断模块判断所述档位信号不是最低档位信号时，生成降低档位信号。
此时，所述存储模块存储的扭矩比范围为一个，且可但不限定选用最大油门状态的涡轮扭矩作为预设扭矩范围。
当扭矩比范围为多个，且与油门信号一一对应时，上述实施例公开的换档控制***，如图4所示，除包括：档位信号传感器201、涡轮扭矩传感器202发动机扭矩传感器203和电子控制单元204之外，还包括：油门信号传感器205，用于采集油门信号。
并且，所述电子控制单元中的存储模块存储有扭矩比范围和油门信号的对应关系；获取模块除需要获取涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号。还需要根据获取的油门信号，从扭矩比范围和油门信号的对应关系获取与所述获取的油门信号相对应的扭矩比范围。
油门信号传感器采集的油门信号，涡轮扭矩传感器采集的涡轮扭矩，发动机扭矩传感器采集的发动机扭矩，档位信号传感器采集的档位信号，均通过电子控制单元的通讯接口输入至电子控制单元；电子控制单元的获取模块获取油门信号、涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号，并确定当前油门状态下的扭矩比范围，将所述档位信号传输至所述第一判断模块和第三判断模块；将所述涡轮扭矩和发动机扭矩传输至计算模块，所述第一判断模块判断所述档位信号是否为空档信号；当为空档信号时，所述控制信号生成模块生成保持当前档位的信号；当不是空档信号时，所述计算单元计算得到扭矩比，第二判断模块比对所述扭矩比和预设扭矩比范围；当所述第二判断模块判断涡轮扭矩小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩，且所述第三判断模块判断所述档位信号不是最高档位信号时，所述电子控制单元生成升高档位信号；当所述第二判断模块判断扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩，且所述第三判断模块判断所述档位信号不是最低档位信号时，所述电子控制单元生成降低档位信号。
同样如图4所示，本实施例公开的换档控制***还可以包括：切换手动控制模式和自动控制模式的控制模式选择开关206，电子控制单元204还用于判断当前换档模式，若所述当前换档模式为手动控制模式，控制模式选择开关206切换为手动模式；若所述当前换档模式为自动控制模式，控制模式选择开关206切换为自动模式。
为了实现在制动状态控制档位变换，同样如图4所示，本实施例公开的换档控制***还包括：制动信号获取单元207，用于获取制动信号；
电子控制单元204还用于判断所述制动信号为非空，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位。
本发明另一实施例还公开了一种用于牵引工作的工程机械，该工程机械包括上述实施例公开换档控制***。
此处不再对换档控制***进行详细的论述，请参见上述实施例公开的内容。
具体的，本实施例公开的工程机械具体可以为推土机、推耙机、平地机或装载机，当然，还可以为其他用于牵引工作的工程机械。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (12)
1.一种换档控制方法，其特征在于，包括：
获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；
当判断所述档位信号为空档信号时，保持当前档位，否则计算得到扭矩比，所述扭矩比为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；
若所述扭矩比处于预设扭矩比范围，保持当前档位；
当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比，且判断所述档位信号不是最高档位信号时，升高档位；
当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比时，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
获取当前换档模式；
若所述当前换档模式为手动控制模式，则所述档位变换控制由人工操作控制手柄实现；若所述当前换档模式为自动控制模式，则获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
获取档位控制状态，将其与所述当前换档模式相比对；
当满足预设条件时，更改所述当前换档模式至与所述档位控制状态相同的换档模式，所述预设条件为所述档位控制状态和所述当前换档模式不相同。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设条件还包括：延迟预设时间获取的档位控制状态和所述当前换档模式仍不相同。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比后还包括：
连续预设次数、且相邻两次之间的间隔预设时间获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；
计算每次获取得到涡轮扭矩和发动机扭矩的比值，得到扭矩比；
当判断所述连续预设次数得到的扭矩比均小于所述最小扭矩比，且所述档位信号均不是最高档位信号时，升高档位。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比后还包括：
连续预设次数、且相邻两次之间的间隔预设时间获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；
计算每次获取得到涡轮扭矩和发动机扭矩的比值，得到扭矩比；
当判断所述连续预设次数得到的扭矩比均大于所述最大扭矩比，且所述档位信号均不是最低档位信号时，降低档位。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：
获取制动信号；
当所述制动信号为非空，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位。
8.一种换档控制***，其特征在于，包括：
档位信号传感器，用于采集档位信号；
涡轮扭矩传感器，用于采集涡轮扭矩；
发动机扭矩传感器，用于采集发动机扭矩；
电子控制单元，用于获取当前油门状态下的涡轮扭矩、发动机扭矩和档位信号；当判断所述档位信号为空档信号时，保持当前档位，否则计算得到扭矩比，所述扭矩比为所述涡轮扭矩和发动机扭矩的比值；若所述扭矩比处于预设扭矩比范围，保持当前档位；当所述扭矩比小于所述预设扭矩比范围中的最小扭矩比，且判断所述档位信号不是最高档位信号时，升高档位；当所述扭矩比大于所述预设扭矩比范围中的最大扭矩比时，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，还包括：切换手动控制模式和自动控制模式的控制模式选择开关，所述电子控制单元还用于判断当前换档模式，若所述当前换档模式为手动控制模式，所述控制模式选择开关切换为手动模式；若所述当前换档模式为自动控制模式，所述控制模式选择开关切换为自动模式。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，还包括：制动信号获取单元，用于获取制动信号；所述电子控制单元还用于判断所述制动信号为非空，且判断所述档位信号不是最低档位信号时，降低档位。
11.一种用于牵引工作的工程机械，其特征在于，包括如权利要求8-10任意一项所述的***。
12.根据权利要求11所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为推土机、推耙机、平地机或装载机。
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