[发明专利]装载机智能自动变速控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明的涉及一种用于工程机械中进行自动变速的控制系统及控制方法，特别是涉及一种主要用于装载机的装载机智能自动变速控制系统及控制方法。

背景技术

目前国内外生产或使用的装载机自动变速控制系统，大多采用了类似汽车自动变速系统的传统控制方法，例如选取油门开度和整车车速的两参数法，选取油门开度、变速箱输入齿轮转速及输出齿轮转速的三参数法等。此外，通过引入加速度、工作泵扭矩等参数，采用模糊算法、神经网络等识别驾驶员意图，可对传统的变速控制方法做修正，使得档位变换更为合理。

然而，装载机工作环境恶劣，换档操作频繁，负载变化剧烈，且多为循环作业，其换档需求与汽车大不相同。由于装载机作业过程中车速急剧下降，而换档的过程通常需要持续0.5~1.5秒左右的时间，这导致了使用一般的变速控制方法其档位无法紧跟工况的变化，造成换档滞后。如在作业时的铲装过程中，由于铲斗插入料堆使得车速急剧下降，按照一般变速控制方法常常导致车速已经降至接近零时，档位才降至一档，影响了作业的效率。此外，由于换挡的过程通常伴随着动力中断、离合器滑磨，一般的变速控制方法往往从换当前后的整车动力性、经济性出发，而忽略了换挡过程的时间、能量损失。如在作业时的铲装过程中，料堆的物料为松散料时应保持2档即可满足作业的牵引力需求，而传统的控制方法由于车速下降导致整车仍降入1档作业，增加了不必要的换档过程，使得离合器的使用寿命减短，作业效率降低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种能够适应负载剧烈变化，实现档位预判，避免换档频繁，并且兼顾控制效果与实现成本的装载机智能自动变速控制系统及控制方法。

本发明的解决方案是这样的：

本发明的装载机智能自动变速控制系统主要包括：

工况识别控制器，用于检测当前工作装置载荷信息和整车档位信息，进行工况计算，输出工况信号；

换挡点计算控制器，用于接收工况信号，并根据当前工作装置载荷信息、整车档位信息、油门开度信息以及之前三次或之前四次、五次工况的整车车速信息、油门开度信息和整车档位信息计算和修正换挡点车速，输出最终换挡点车速；

换档执行控制器，用于检测当前整车车速信息、手柄档位信号和计算得到的最终换挡点车速，向换档执行元件输出驱动信号。

更具体的系统还包括：

所述的换档点计算控制器包括：

标准换档点计算：检测当前油门开度，根据预设的双参数换挡规律采用查表法或函数法计算当前油门开度下的标准换挡点车速，输出标准换挡点车速信号；

换档前馈控制：接收标准换挡点车速信号，检测动臂油缸大腔油压变化率，结合标准换挡点车速，采用等比例法计算得到前馈换挡点车速；

换档反馈控制：接收前馈换挡点车速信号，检测当前和之前三次或之前四次、五次工况铲装工况的油门开度、整车车速信息和整车档位信息，结合前馈换挡点车速，采用阈值比较法，计算得到反馈换挡点车速。

换档点计算控制器接收工况信号，并根据工况信号调用上述三模块，决定输出标准换挡点车速信号或反馈换挡点车速信号作为最终换挡点车速。

所述的手柄档位信号是取自换档操纵手柄；所述的油门开度信号是取自油门位置传感器；所述的工作装置载荷信号是取自动臂油缸大腔压力传感器；所述的整车车速信号是取自末级齿轮转速传感器。

本发明的控制方法步骤包括：

提取各外界输入信号步骤：提取油门开度信息、动臂油缸大腔油压信息、整车车速信息、手柄档位信息、整车档位信息，使用滤波算法提取有效信号，利用动臂大腔油压单位时间的变化值计算得到动臂大腔油压变化率；

工况识别步骤：利用动臂大腔油压单位时间的变化值计算得到动臂大腔油压变化率，结合当前档位，采用阈值比较法进行工况判定；

标准换档点计算步骤：通过测试相同油门开度下的各档位的整车驱动力-车速曲线图，取相邻两档位驱动力曲线交点处的车速为该油门开度下的换挡点车速，最终得到油门开度-换挡点车速数据表或函数关系式。检测当前油门开度，用查表法或函数法计算当前油门开度下的标准换挡点车速；

换档前馈控制步骤：若工况为铲装工况，检测动臂油缸大腔油压变化率，结合标准换挡点车速，采用等比例法计算得到前馈换挡点车速；

换档反馈控制步骤：若工况为铲装工况，检测当前和之前三次或之前四次、五次工况铲装工况的油门开度、整车车速信息和整车档位信息，结合前馈换挡点车速，采用阈值比较法，计算得到反馈换挡点车速；