工程機械自動變速理論與控制系統(tǒng)研究

李文龍

山東省公路建設(shè)(集團)有限公司

工程機械自動變速理論與控制系統(tǒng)研究

李文龍

山東省公路建設(shè)(集團)有限公司

工業(yè)革命以來社會經(jīng)濟、科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，機械產(chǎn)業(yè)得到了極大的發(fā)展。車輛自動變速技術(shù)是機械、電子、液壓、計算機、自動控制等技術(shù)的綜合，車輛自動變速技術(shù)的發(fā)展依賴于這些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與進步。電控機械式自動變速器是一種高效率的生產(chǎn)的機械，所以受到了越來越多的企業(yè)的歡迎。基于此，文章就工程機械自動變速理論與控制系統(tǒng)進行簡要的分析，希望可以提供一個有效的借鑒。

工程機械；自動變速理論；控制系統(tǒng)

1.工程機械應(yīng)用自動變速技術(shù)的愈義

工程機械是非公路的作業(yè)車輛，其作業(yè)環(huán)境和條件與普通車輛不同，工作載荷變化劇烈，而且經(jīng)常處于低速重載的工作狀態(tài)，為了提高其對工作載荷的適應(yīng)能力，大多采用液力機械動力換擋變速器。液力機械傳動兼有了液力傳動和機械傳動的優(yōu)點，既避免了機械傳動載荷劇變引起的發(fā)動機“熄火”問題，又提高了低速克服重載的能力。

但是液力機械傳動方式也有自己的缺點。由于液力變矩器的效率不高，最高僅85%左右，而且液力變矩器還經(jīng)常工作在效率低于75%的低效區(qū)域，即這種傳動方式的好處是以犧牲傳動效率換來的。如在車輛重載、變矩器“失速”工況下工作一分鐘，液力變矩器的工作介質(zhì)由于機械能全部轉(zhuǎn)化為熱能將引起“過熱”同樣，在高速輕載下，如不及時換入高擋工作，由于變矩器效率降低造成發(fā)動機功率損耗和燃油的浪費。

在工程機械上實現(xiàn)自動換擋控制，一方面可以盡可能的提高液力變矩器在高效區(qū)工作的幾率，從而提高傳動系統(tǒng)的傳動效率，另一方面，自動換擋減少了駕駛員對擋位的操作、降低了勞動強度，使駕駛員可以更多的關(guān)注作業(yè)操作，提高工程機械的作業(yè)生產(chǎn)率。

2.自動變速系統(tǒng)組成

普通車輛自動變速系統(tǒng)的組成包括兩部分：

2.1 變速系統(tǒng)主體：動力換擋變速箱及配套液壓換擋操縱機構(gòu)

控制系統(tǒng)：控制器ECU；輸入信號的傳感器系統(tǒng)；輸出控制執(zhí)行系統(tǒng)。裝載機等工程機械的自動變速系統(tǒng)在組成上應(yīng)該和普通車輛有許多共同點，特別是變速系統(tǒng)的主體在本質(zhì)上可以認為是完全相同的。工程機械自動變速系統(tǒng)與普通車輛的不同在于控制系統(tǒng)。

在換擋控制系統(tǒng)中，控制器是替代駕駛員執(zhí)行換擋決策和操作的系統(tǒng)的“大腦”，是控制系統(tǒng)的核心。輸入信號是控制器決策的信息來源，它和駕駛員駕駛手動變速車輛換擋時需要考慮的各種因素是相同的，包括如車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油門開度等在內(nèi)的車輛運行狀態(tài)參數(shù)，還根據(jù)駕駛員設(shè)置換擋模式來判斷坡道、彎道、雪地等工作環(huán)境的影響因素以及駕駛員的駕駛習(xí)慣等，綜合這些因素后作出換擋的決策，發(fā)送換擋控制信號到執(zhí)行部件完成換擋操縱。

2.2 裝載機自動變速系統(tǒng)組成

以某裝載機為例，裝載機自動變速控制系統(tǒng)由EST-25全自動變速電控單元和配套的DW-2換擋選擇器、相關(guān)輸入信號傳感器系統(tǒng)、輸出驅(qū)動系統(tǒng)組成。輸入信號包括了工作裝置位置信號和轉(zhuǎn)向油缸的行程信號。WG系列動力換擋變速箱目前已經(jīng)由廣西柳工機械股份公司和德國ZF公司合資公司引進生產(chǎn)，用于其生產(chǎn)的裝載機，但控制系統(tǒng)完全依靠德方提供。

如果不考慮裝載機的工作特點，僅僅從裝載機行駛特點來看，裝載機可以看成一輛慢速重載汽車，裝載機需要的自動變速控制系統(tǒng)和普通汽車的自動變速控制系統(tǒng)是基本相同的，在某些方面甚至還要簡單，如裝載機的液力變矩器一般不需要閉鎖控制，換擋品質(zhì)控制也更簡化。

3.電控自動變速器的控制系統(tǒng)

3.1 傳感器系統(tǒng)

車輛若想通過電控機械式自動變速器進行自動變速就必須先采集相關(guān)變速信號，完成這一工作的就是電控機械式自動變速器的傳感器。電控機械式自動變速器中的傳感器有車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等，其中車速用來檢測車速的，氣節(jié)傳感器是用來檢測車輛動力負荷。

3.2 電子控制單元

(1)輸入電路電控機械式自動變速器的傳感器主要用來收集信息，該信息要傳給處理器才可以被處理，電控機械式自動變速器的輸人電路就是這個過程中間的橋梁。輸入信號一般為電信號，輸人電路需要將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號輸送給電控機械式自動變速器的中央處理器，進行計算處理。

(2)中央處理器與存儲器同一班計算機一樣，中央處理器是電控機械式自動變速器電子控制系統(tǒng)的核心，能夠感知傳感器的信號，并能夠?qū)υ撔盘栠M行處理，并發(fā)出相應(yīng)的指令，完成車輛自動變速。而電控機械式自動變速器的存儲器顧名思義就是存儲電控機械式自動變速器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表格以及系統(tǒng)軟件。

(3)輸出電路電控機械式自動變速器的處理器輸出的信號在0至5v之間為低電平信號，該電壓范圍內(nèi)的信號并不能直接驅(qū)動電控機械式自動變速器的執(zhí)行機構(gòu)。所以要想順利的完成車輛自動變速就必須增設(shè)輸出電路，將處理器的信號放大，進而通過執(zhí)行機構(gòu)完成變速。

3.3 執(zhí)行機構(gòu)電控機械式

自動變速器的執(zhí)行機構(gòu)的職能就是依據(jù)電子控制元件將輸人數(shù)據(jù)處理后的信息對油路進行開閉。電控機械式自動變速器的電子控制元件控制1號電磁閥和2號電磁閥的開關(guān)，進而控制檔位。車輛變速系統(tǒng)的3號電磁閥的開閉控制車輛離合，車輛變速系統(tǒng)的的4號電磁閥可以掌控各離合器和制動器油缸的油路出油速度，增設(shè)該電磁閥的目的是為了減小沖擊力量，使各個檔位切換平穩(wěn)。

當車輛需要進行變速處理時，計算機會根據(jù)傳感器收集的參數(shù)進行計算處理，然后發(fā)布相應(yīng)得命令指令給控制器的4個電磁閥，進而控制檔位、油門、離合。并保證該過程進行順利、平穩(wěn)、有序、高效，并且節(jié)約資源，安全有效。

結(jié)束語

車輛傳送系統(tǒng)對其行駛安全具有重要作用，目前車輛自動變速技術(shù)日益進步，主要包括兩方面，一種是液力自動變速器，另一種則為機械式無級變速器。電控機械式自動變速器不但改良車內(nèi)環(huán)境使之更加方便舒適，還能減輕車輛傳動系統(tǒng)的負荷。

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[3]段銳.證據(jù)理論在DCT電控系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2015.