李文龍

山東省公路建設(shè)(集團(tuán))有限公司

工程機(jī)械自動(dòng)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(tuán))有限公司

工業(yè)革命以來社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)業(yè)得到了極大的發(fā)展。車輛自動(dòng)變速技術(shù)是機(jī)械、電子、液壓、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等技術(shù)的綜合，車輛自動(dòng)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(jìn)步。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器是一種高效率的生產(chǎn)的機(jī)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(jī)械自動(dòng)變速理論與控制系統(tǒng)進(jìn)行簡要的分析，希望可以提供一個(gè)有效的借鑒。

工程機(jī)械；自動(dòng)變速理論；控制系統(tǒng)

1.工程機(jī)械應(yīng)用自動(dòng)變速技術(shù)的愈義

工程機(jī)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(duì)工作載荷的適應(yīng)能力，大多采用液力機(jī)械動(dòng)力換擋變速器。液力機(jī)械傳動(dòng)兼有了液力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，既避免了機(jī)械傳動(dòng)載荷劇變引起的發(fā)動(dòng)機(jī)“熄火”問題，又提高了低速克服重載的能力。

但是液力機(jī)械傳動(dòng)方式也有自己的缺點(diǎn)。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(dòng)方式的好處是以犧牲傳動(dòng)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(jī)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(shí)換入高擋工作，由于變矩器效率降低造成發(fā)動(dòng)機(jī)功率損耗和燃油的浪費(fèi)。

在工程機(jī)械上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，另一方面，自動(dòng)換擋減少了駕駛員對(duì)擋位的操作、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，使駕駛員可以更多的關(guān)注作業(yè)操作，提高工程機(jī)械的作業(yè)生產(chǎn)率。

2.自動(dòng)變速系統(tǒng)組成

普通車輛自動(dòng)變速系統(tǒng)的組成包括兩部分：

2.1 變速系統(tǒng)主體：動(dòng)力換擋變速箱及配套液壓換擋操縱機(jī)構(gòu)

控制系統(tǒng)：控制器ECU；輸入信號(hào)的傳感器系統(tǒng)；輸出控制執(zhí)行系統(tǒng)。裝載機(jī)等工程機(jī)械的自動(dòng)變速系統(tǒng)在組成上應(yīng)該和普通車輛有許多共同點(diǎn)，特別是變速系統(tǒng)的主體在本質(zhì)上可以認(rèn)為是完全相同的。工程機(jī)械自動(dòng)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(hào)是控制器決策的信息來源，它和駕駛員駕駛手動(dòng)變速車輛換擋時(shí)需要考慮的各種因素是相同的，包括如車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門開度等在內(nèi)的車輛運(yùn)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(hào)到執(zhí)行部件完成換擋操縱。

2.2 裝載機(jī)自動(dòng)變速系統(tǒng)組成

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

如果不考慮裝載機(jī)的工作特點(diǎn)，僅僅從裝載機(jī)行駛特點(diǎn)來看，裝載機(jī)可以看成一輛慢速重載汽車，裝載機(jī)需要的自動(dòng)變速控制系統(tǒng)和普通汽車的自動(dòng)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(jī)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(dòng)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(jī)械式自動(dòng)變速器進(jìn)行自動(dòng)變速就必須先采集相關(guān)變速信號(hào)，完成這一工作的就是電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的傳感器。電控機(jī)械式自動(dòng)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(cè)車速的，氣節(jié)傳感器是用來檢測(cè)車輛動(dòng)力負(fù)荷。

3.2 電子控制單元

(1)輸入電路電控機(jī)械式自動(dòng)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(jī)械式自動(dòng)變速器的輸人電路就是這個(gè)過程中間的橋梁。輸入信號(hào)一般為電信號(hào)，輸人電路需要將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)輸送給電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的中央處理器，進(jìn)行計(jì)算處理。

(2)中央處理器與存儲(chǔ)器同一班計(jì)算機(jī)一樣，中央處理器是電控機(jī)械式自動(dòng)變速器電子控制系統(tǒng)的核心，能夠感知傳感器的信號(hào)，并能夠?qū)υ撔盘?hào)進(jìn)行處理，并發(fā)出相應(yīng)的指令，完成車輛自動(dòng)變速。而電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的存儲(chǔ)器顧名思義就是存儲(chǔ)電控機(jī)械式自動(dòng)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(jī)械式自動(dòng)變速器的處理器輸出的信號(hào)在0至5v之間為低電平信號(hào)，該電壓范圍內(nèi)的信號(hào)并不能直接驅(qū)動(dòng)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所以要想順利的完成車輛自動(dòng)變速就必須增設(shè)輸出電路，將處理器的信號(hào)放大，進(jìn)而通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成變速。

3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)電控機(jī)械式

自動(dòng)變速器的執(zhí)行機(jī)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(duì)油路進(jìn)行開閉。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的電子控制元件控制1號(hào)電磁閥和2號(hào)電磁閥的開關(guān)，進(jìn)而控制檔位。車輛變速系統(tǒng)的3號(hào)電磁閥的開閉控制車輛離合，車輛變速系統(tǒng)的的4號(hào)電磁閥可以掌控各離合器和制動(dòng)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(gè)檔位切換平穩(wěn)。

當(dāng)車輛需要進(jìn)行變速處理時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)傳感器收集的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算處理，然后發(fā)布相應(yīng)得命令指令給控制器的4個(gè)電磁閥，進(jìn)而控制檔位、油門、離合。并保證該過程進(jìn)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(duì)其行駛安全具有重要作用，目前車輛自動(dòng)變速技術(shù)日益進(jìn)步，主要包括兩方面，一種是液力自動(dòng)變速器，另一種則為機(jī)械式無級(jí)變速器。電控機(jī)械式自動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的負(fù)荷。

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