一种多段液压机械无级变速器换段控制系统的制作方法
【专利摘要】一种多段液压机械无级变速器换段控制系统，包括对拖拉机提供动力的发动机、无级变速器、用于控制发动机的发动机控制单元、变速器电控单元、变速器输入速度传感器和变速器输出速度传感器，所述变速器输入速度传感器设置在无级变速器的输入轴上，所述变速器输出速度传感器设置在无级变速器的输出轴上，所述发动机控制单元、变速器电控单元、变速器输入速度传感器和变速器输出速度传感器通过一封闭的CAN总线连接；本实用新型能够有效地消除无级变速器换段过程中的循环换段现象，并且能够保证在换段点时，优先工作于低速工作段，实现降速优先的原则，有效地提高了车辆行驶过程中的动力性以及安全可靠性。
【专利说明】
一种多段液压机械无级变速器换段控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及拖拉机多段液压机械无级变速器技术领域，具体的说是涉及一种多段液压机械无级变速器换段控制系统。
【背景技术】
[0002]多段液压机械无级变速器(HMCVT)具有变速范围广、操作简便、传动效率高、燃油经济性高和排放污染低等优点，在现代大功率农业拖拉机上得到了广泛应用。但是由于其段与段之间的效率差异，在换段过程中会不可避免的出现循环换段现象，严重影响整车平顺性以及动力性。制定合理的换段规律可以避免换段循环，还有利于提高整车的动力性、燃油经济性以及对恶劣环境的适应能力。
[0003]目前关于拖拉机多段液压机械无级变速器换段的研究主要是通过减小离合器结合时间或控制换段油压达到减少换段冲击并且保证车辆平稳性的目的，但是并未解决车辆行驶过程中所遇到的循环换段问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种多段液压机械无级变速器换段控制系统，该系统结构简单，有效解决了传统拖拉机换段过程中的循环换段现象。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是:一种多段液压机械无级变速器换段控制系统，包括对拖拉机提供动力的发动机、无级变速器、用于控制发动机的发动机控制单元、变速器电控单元、变速器输入速度传感器和变速器输出速度传感器，所述变速器输入速度传感器设置在无级变速器的输入轴上，所述变速器输出速度传感器设置在无级变速器的输出轴上，所述发动机控制单元、变速器电控单元、变速器输入速度传感器和变速器输出速度传感器通过一封闭的CAN总线连接；
[0006]所述变速器电控单元包括微处理器DSP、电源模块、输入信号处理模块和输出信号处理模块，所述输入信号处理模块包括分别与微处理器DSP连接的两个光耦隔离模块和滤波处理模块，所述输出信号处理模块包括分别与微处理器DSP连接的驱动模块、SPI串口以及两个光耦隔离模块，所述微处理器DSP和电源模块之间设有DC-DC电源转换模块，所述输入信号处理模块中的其中一个光耦隔离模块连接无级变速器，所述驱动模块与CAN总线连接。
[0007]所述无级变速器包括多档变速机构、闭式变量栗-定量马达传动系统和双排行星排的动力分流机构及动力汇流机构组成。
[0008]所述发动机采用电子调速器自动控制转速。
[0009]所述变速器输入速度传感器和变速器输出速度传感器均采用磁电式传感器。
[0010]所述DC-DC电源转换模块上还连接有应急电路。
[0011 ] 所述微处理器DSP采用TMS320F2812型DSP微控制器。
[0012]本实用新型的有益效果:本实用新型换段时以无级变速器的输出轴速度作为换段时比较对象，测量方便简单，能够有效地消除无级变速器换段过程中的循环换段现象，并且能够保证在换段点时，优先工作于低速工作段，实现降速优先的原则，有效地提高了车辆行驶过程中的动力性以及安全可靠性。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的结构不意图；
[0014]图2为本使用新型中变速器电控单元的结构示意图；
[0015]图3为本实用新型中无级变速器的传动图；
[0016]图中标记:1、发动机，2、无级变速器，3、发动机控制单元，4、变速器控制单元，5、变速器输入速度传感器，6、变速器输出速度传感器，7、CAN总线，8、多档变速机构，9、闭式变量栗-定量马达传动系统，1、动力分流机构，11、动力汇流机构。
【具体实施方式】
[0017]如图1?2所示，一种多段液压机械无级变速器换段控制系统，包括对拖拉机提供动力的发动机1、无级变速器2、用于控制发动机I的发动机控制单元3、变速器电控单元4、变速器输入速度传感器5和变速器输出速度传感器6，所述变速器输入速度传感器5设置在无级变速器2的输入轴上，所述变速器输出速度传感器6设置在无级变速器2的输出轴上，所述发动机控制单元3、变速器电控单元4、变速器输入速度传感器5和变速器输出速度传感器6通过一封闭的CAN总线7连接；
[00? 8] 所述变速器电控单兀4包括微处理器DSP、电源模块、输入信号处理模块和输出信号处理模块，所述输入信号处理模块包括分别与微处理器DSP连接的两个光耦隔离模块和滤波处理模块，所述输出信号处理模块包括分别与微处理器DSP连接的驱动模块、SPI串口以及两个光耦隔离模块，所述微处理器DSP和电源模块之间设有DC-DC电源转换模块，所述输入信号处理模块中的其中一个光耦隔离模块连接无级变速器，所述驱动模块与CAN总线7连接。
[0019]所述无级变速器包括多档变速机构8、闭式变量栗-定量马达传动系统9和双排行星排的动力分流及汇流机构10组成。
[0020]所述发动机I采用电子调速器自动控制转速。
[0021 ] 所述变速器输入速度传感器5和变速器输出速度传感器6均米用磁电式传感器。
[0022]所述DC-DC电源转换模块上还连接有应急电路。
[0023]所述微处理器DSP采用TMS320F2812型DSP微控制器。
[0024]如图3所示，罗马字符(1-XV)表示轴；用数字或字母数字表示齿轮序号;y、b、j分别表示端口。
[0025]多段无级变速器由发动机、多档变速机构、闭式变量栗-定量马达传动系统和双排行星排的动力分流及汇流机构组成。图3中行星排Kl和K2的太阳轮、齿圈和行星架分别用Sl、rl、Crl和S2、r2、Cr2表示，Cf为前进段离合器，Cr为后退段离合器。发动机输出功率为液压功率和机械功率的和。机械功率经变速传递到行星排K2的行星架cr2和Kl的齿圈rl上，通过双行星排传动与液压功率汇流后，分两路输出:一路由行星排Kl的行星架crI输出；一路由行星排K2的齿圈r2输出。液压功率经液压传动系统和机械传动，也分两路输出，一路传递到双行星排的太阳轮sl、s2上，与机械功率流回流输出，另一路经离合器Ch单独输出。
[0026]根据多组离合器的接合情况，在前进段离合器Cf结合时，当离合器Ch、Cl、C2、C3、C3-C4分别依次结合时，变速器前进方向形成5段无级变速段;在后退段离合器Cr结合时，当离合器0!工1、02工3分别依次结合时，倒退方向形成4段无级变速段。
[0027]本实用新型由发动机控制单元、拖拉机的变速器电控单元T⑶、变速器输入速度传感器、变速器输出速度传感器构成。其中无级变速器由机械变速机构、闭式变量栗-定量马达传动系统、执行动力分流和回流的行星齿轮机构组成。发动机控制单元发动机控制单元预先标定好发动机的预设参数，向发动机输入设定的转速，发动机采用电子调速器自动控制转速。电子调速器接收发动机设定好的转速，输出齿条位移驱动信号，控制油栗齿条位移，调整供油量，保证发动机实际转速与指令转速保持一致。电子调速器实时测量发动机转速和齿条位移，采用闭环方式控制齿条位移以及发动机转速，电子调速器也对外输出发动机转速数据信息。变速器输入速度传感器、变速器输出速度传感器分别持续采集当前无级变速器的输入输出轴转速信息经CAN总线将这些数据信息发送给发动机控制单元以及变速器电控单元TCU，发动机控制单元将发动机转速、转矩以及功率数据信息经CAN总线传至变速器电控单元TCU。速度传感器采用磁电式传感器，安装于多段无级变速器输入轴、输出轴旁边。
[0028]本实用新型总变速器控制单元TCU整体结构图如图2所示，主要包括电源模块、输入信号处理模块、微处理器DSP、输出信号处理模块。变速器电控单元TCU使用TI公司的TMS320F2812型DSP微控制器，内部主要的功能电路有光耦隔离、功率放大、滤波处理、通信接口、应急电路等。输入开关信号以及输出开关信号、转速频率信号以及串行总线信号经过光耦隔离电路与DSP相连，保证TCU的抗干扰性；功率放大电路将离合器电磁阀开关信号以及比例阀PffM控制信号进行功率放大，提供电磁线圈需要的电压以及电流，对功率元件进行短路和反压保护;滤波处理电路将模拟的输入信号进行放大、滤波，调理成DSP的A/D转换器所要求的电压范围，保证可靠的输入采样;通信接口电路将微控制器的CAN接口换成串行总线驱动接口需要的电平;在DSP发生故障时，应急电路提供离合器的基本控制信号，使无级变速器按预定传动比工作，使拖拉机处于低速自救行驶状态。
[0029]由于信息采集系统安装在发动机附近，电磁辐射以及热辐射影响较大，可将车辆输入信号大致分为模拟量、开关量和脉冲量三种信号。所有的输入信号都需要经过输入信号处理模块对其进行光耦隔离或者滤波、限幅、放大等处理，然后将这些信号传递给DSP内核做决策，决定是进行段内调速还是换段控制，再将信号通过输出信号处理模块对其进行功率放大或光耦隔离等操作，进而驱动相应的电磁阀或比例阀完成指定的动作。若需要进行换段控制，则由TCU输出压力，驱动相应的电磁阀直接控制湿式多片式离合器，从而对多段无级变速器进行换段控制。
[0030]本实用新型的拖拉机多段液压机械无级变速器换段的控制系统，换段时以无级变速器的输出轴速度作为换段时比较对象，测量方便简单，能够有效地消除无级变速器换段过程中的循环换段现象，并且能够保证在换段点时，优先工作于低速工作段，实现降速优先的原则，有效地提高了车辆行驶过程中的动力性以及安全可靠性。
【主权项】
1.一种多段液压机械无级变速器换段控制系统，其特征在于:包括对拖拉机提供动力的发动机(I)、无级变速器(2)、用于控制发动机(I)的发动机控制单元(3)、变速器电控单元(4 )、变速器输入速度传感器(5 )和变速器输出速度传感器(6 )，所述变速器输入速度传感器(5)设置在无级变速器(2)的输入轴上，所述变速器输出速度传感器(6)设置在无级变速器(2)的输出轴上，所述发动机控制单元(3)、变速器电控单元(4)、变速器输入速度传感器(5)和变速器输出速度传感器(6)通过一封闭的CAN总线(7)连接； 所述变速器电控单元(4)包括微处理器DSP、电源模块、输入信号处理模块和输出信号处理模块，所述输入信号处理模块包括分别与微处理器DSP连接的两个光耦隔离模块和滤波处理模块，所述输出信号处理模块包括分别与微处理器DSP连接的驱动模块、SPI串口以及两个光耦隔离模块，所述微处理器DSP和电源模块之间设有DC-DC电源转换模块，所述输入信号处理模块中的其中一个光耦隔离模块连接无级变速器，所述驱动模块与CAN总线(7)连接。2.如权利要求1所述的一种多段液压机械无级变速器换段控制系统，其特征在于:所述无级变速器包括多档变速机构(8)、闭式变量栗-定量马达传动系统(9)和双排行星排的动力分流机构(10)及动力汇流机构(11)组成。3.如权利要求1所述的一种多段液压机械无级变速器换段控制系统，其特征在于:所述发动机(I)采用电子调速器自动控制转速。4.如权利要求1所述的一种多段液压机械无级变速器换段控制系统，其特征在于:所述变速器输入速度传感器(5)和变速器输出速度传感器(6)均采用磁电式传感器。5.如权利要求1所述的一种多段液压机械无级变速器换段控制系统，其特征在于:所述DC-DC电源转换模块上还连接有应急电路。6.如权利要求1所述的一种多段液压机械无级变速器换段控制系统，其特征在于:所述微处理器DSP采用TMS320F2812型DSP微控制器。
【文档编号】F16H61/66GK205524229SQ201620264631
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】张明柱, 尹玉鑫, 郝晓阳, 王婷婷, 崔明明, 王全胜, 白东洋
【申请人】河南科技大学