一种农机HST自动变速系统及控制方法与流程

一种农机hst自动变速系统及控制方法
技术领域
1.本发明涉及农机自动变速控制技术领域，尤其涉及一种农机hst自动变速系统及控制方法。


背景技术：

2.目前，虽然hst作为一种无级变速的技术手段普遍应用于农业机械当中，以取代传统的机械传动方式，比如履带式收割机、旋耕机和插秧机等等。但当前都是通过调节手柄的连杆机构来驱动hst变速箱的外转轴运动，从而控制车辆的行驶速度。因此在车辆行驶过程中，必须通过机手的人工操纵干预实现hst的无级变速，并未充分减轻机手的驾驶强度。
3.操纵手柄加电推杆的计算机控制方案是一个可行的方案，申请人在专利申请号(201910692883x)提出了可接受指令的电子调速装置以满足hst的无级变速要求，该方案只是通过操纵手柄的信号指令被计算机实时采集处理后转换成控制电推杆的连续执行动作，达到hst无级变速的功能，没有考虑到在无人驾驶时车辆自动按照行车速度的工况下进行自适应hst的无级变速问题。也就是说没有做到无人驾驶条件下的hst无级变速，而且手动操控手柄增加了自动控制的麻烦，而且手动调节hst时产生冲击力容易引起安全事故。
4.综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。


技术实现要素：

5.针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供了一种农机hst自动变速系统及控制方法，该控制系统和控制方法不仅去除了传统的操纵手柄变速结构，而且能自动根据车速变化实现基于电推杆的技术驱动农机hst进行自适应的无级变速，实现了变速的自动化，增加了变速时的安全性。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种农机hst自动变速系统，包括：变速箱，所述变速箱的外壳的扭矩输入的一端的端面上固设有hst，所述hst的外壳上设有hst耳轴，所述变速箱的外壳上铰接有一电推杆，所述电推杆的输出端通过hst耳轴摆臂与所述hst耳轴连接，所述hst耳轴摆臂与所述电推杆的输出端转动连接；
7.用于检测车速的车速传感器、用于检测所述电推杆位置的电推杆位置传感器、系统控制器和显示屏，所述系统控制器与车速传感器、电推杆位置传感器和显示屏电路连接，所述系统控制器根据所述车速传感器信号控制所述电推杆的位置。
8.根据本发明的农机hst自动变速系统，所述车速传感器一端连接变速箱的输入轴上或从发动机can总线获取车速信息，另一端连接系统控制器的脉冲信号输入端。
9.根据本发明的农机hst自动变速系统，所述系统控制器和电推杆的电机单元通过车载蓄电池供电，所述车速传感器和电推杆的指令驱动单元、电推杆位置传感器和显示屏通过系统控制器供电。
10.根据本发明的农机hst自动变速系统，所述电推杆的指令驱动单元一端连接所述电推杆，另一端连接所述系统控制器的pwm输出接口，所述电推杆位置传感器与所述电推杆
集成，所述电推杆位置传感器包括两条位置检测线，其中一条位置检测线与所述系统控制器的gnd端连接，另一条所述位置检测线与所述系统控制器的模拟信号输入端连接。
11.本发明还提供了一种控制方法，所述控制方法包括：
12.s1，电推杆的电机单元和系统控制上电，系统控制器初始化各种寄存器(电推杆(内含电机，电推杆上电就是内含的电机上电)；系统控制上电(就是指控制变速箱的电控系统和上电)，系统初始化各种寄存器(就是控制电机的io寄存器、存储寄存器、时钟寄存器等))；
13.s2，初始化动力、燃油曲线数据，调用多目标遗传算法最优化燃油动力曲线数据得到车速与电推杆的驱动pwm数据数组并存在所述系统控制器的存储器中，通过显示屏初始设定车速；
14.s3，程序循环检测实时的车速数据，判断车速数据符合的范围并执行相应的范围下对应的动作，
15.(1)如果实时车速大于设定车速，那么调用多目标遗传算法优化后的车速与pwm驱动数据数组，经系统控制器转换成pwm脉冲驱动电推杆伸出，直到车速与设定车速相等，然后记录电推杆位置传感器数据并关闭pwm输出；
16.(2)如果车速小于设定车速，那么调用多目标遗传算法优化后的车速与pwm驱动数据数组，经系统控制器转换成pwm脉冲驱动电推杆收缩，直到车速与设定车速相等，然后记录电推杆位置传感器数据并关闭pwm输出；
17.(3)如果车速与设定车速相等，那么关闭pwm输出；
18.(4)如果车速为零并且时间超过一定时间，则关闭pwm输出(如果车速为零(表示车进入停止状态)并且超过一定时间(比如超过60秒车速为零就认为时停车，这个时间不固定与机手停车时间的意愿有关系)，则关闭pwm输出(控制刹车的机构是电推杆，而电推杆时由pwm电脉冲信号控制动作，比如电推杆伸出或缩回))。
19.根据本发明的控制方法，所述系统控制器在控制电推杆动作过程中，将燃油经济曲线数据和动力曲线数据作为多目标遗传算法的两个目标进行优化。
20.根据本发明的控制方法，当检测到车速为零时，控制器检测电推杆的位置，若电推杆的位置没有在中位，此时将驱动电推杆到中位位置后将电推杆断电并锁定位置，若电推杆的位置在中位时，将电推杆断电并锁定位置。
21.根据本发明的控制方法，所述寄存器包括开关类的端口寄存器、模拟输入类的端口寄存器、pwm端口寄存器、can通信端口寄存器和调试串口寄存器。
22.本发明提供了一种农机hst自动变速系统，包括：变速箱，所述变速箱的外壳的扭矩输入的一端的端面上固设有hst，所述hst的外壳上设有hst耳轴，所述变速箱的外壳上铰接有一电推杆，所述电推杆的输出端通过hst耳轴摆臂与所述hst耳轴连接，所述hst耳轴摆臂与所述电推杆的输出端转动连接；用于检测车速的车速传感器、用于检测所述电推杆位置的电推杆位置传感器、系统控制器和显示屏，所述系统控制器根据所述车速传感器的信号控制所述电推杆的位置，从而实现通过对车速的检测，进行变速系统的控制，达到自动控制变速的技术效果。
23.本发明还提供了一种控制方法，所述控制方法包括：s1，电推杆的电机单元和系统控制上电，系统控制器初始化各种寄存器(电推杆(内含电机，电推杆上电就是内含的电机
上电)，系统控制上电(就是指控制变速箱的电控系统和上电)，系统初始化各种寄存器(就是控制电机的io寄存器、存储寄存器、时钟寄存器等))；s2，初始化动力、燃油曲线数据，调用多目标遗传算法最优化燃油动力曲线数据得到车速与电推杆的驱动pwm数据数组并存在所述系统控制器的存储器中，通过显示屏初始设定车速；s3，程序循环检测实时的车速数据，判断车速数据符合的范围并执行相应的范围下对应的动作，(1)如果实时车速大于设定车速，那么调用多目标遗传算法优化后的车速与pwm驱动数据数组，经系统控制器转换成pwm脉冲驱动电推杆伸出，直到车速与设定车速相等，然后记录电推杆位置传感器数据并关闭pwm输出；(2)如果车速小于设定车速，那么调用多目标遗传算法优化后的车速与pwm驱动数据数组，经系统控制器转换成pwm脉冲驱动电推杆收缩，直到车速与设定车速相等，然后记录电推杆位置传感器数据并关闭pwm输出；(3)如果车速与设定车速相等，那么关闭pwm输出；(4)如果车速为零并且时间超过一定时间，则关闭pwm输出，综上，该发明产生的技术效果为不仅去除了传统的操纵手柄变速结构，而且能自动根据车速变化实现基于电推杆的技术驱动农机hst进行自适应的无级变速，实现了变速的自动化，增加了变速时的安全性。
附图说明
24.图1是本发明的机械结构示意图；
25.图2是本发明的电器连线结构示意图；
26.图3是本发明的控制流程示意图；
27.在图中，1-hst，2-hst耳轴，3-hst耳轴摆臂，4-变速箱，5-电推杆，6-电推杆铰接轴，7-车速传感器，8-电推杆位置传感器，9-系统控制器，11-显示屏，12-蓄电池。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.参见图1和图2，本发明提供了一种农机hst自动变速系统，该农机hst自动变速系统包括变速箱4，所述变速箱4的外壳的扭矩输入的一端的端面上固设有hst1，所述hst1的外壳上设有hst耳轴2，所述变速箱4的外壳上铰接有一电推杆5，所述电推杆5的输出端通过hst耳轴摆臂3与所述hst耳轴2连接，所述hst耳轴摆臂3与所述电推杆5的输出端转动连接；还包括用于检测车速的车速传感器7、用于检测所述电推杆5位置的电推杆位置传感器8、系统控制器9和显示屏11，所述系统控制器9根据所述车速传感器7的信号控制所述电推杆5的位置，电推杆5的尾部挂接在电推杆铰接轴6上，实现电推杆自身可以正常的转动，从而实现通过对车速的检测，进行变速系统的控制，达到自动控制变速的技术效果。
30.优选的是，本发明的车速传感器7一端连接变速箱4的输入轴上或从发动机can总线获取车速信息，另一端连接系统控制器9的脉冲信号输入端，保证车速传感器7将车速信号传输到系统控制器9的内部，系统控制器9对车速信号进行分析处理。
31.另外，本发明的所述系统控制器9和电推杆5的电机单元通过车载蓄电池12供电，所述车速传感器7和电推杆5的指令驱动单元、电推杆位置传感器8和显示屏11通过系统控制器9供电，通过蓄电池12直接对电机单元和系统控制器9进行供电，一方面电机单元的功
率较大，利用蓄电池12进行供电，保证电机单元供电的可靠性，另一方面采用蓄电池12对系统控制器9进行供电，保证系统控制器9供电的可靠性。
32.进一步的，本发明的所述电推杆5的指令驱动单元一端连接所述电推杆5，另一端连接所述系统控制器9的pwm输出接口，所述电推杆位置传感器8与所述电推杆5集成，所述电推杆位置传感器8包括两条位置检测线，其中一条位置检测线与所述系统控制器9的gnd端连接，另一条所述位置检测线与所述系统控制器9的模拟信号输入端连接，保证电推杆位置传感器8的正常的安装以及正常的供电使用，在图2中，实线表示供电的能量流，虚线表示信息流。
33.参见图2和图3，本发明还提供了一种控制方法，该控制方法包括：
34.s1，电推杆5的电机单元和系统控制上电，系统控制器9初始化各种寄存器，该寄存器包括开关类的端口寄存器、模拟输入类的端口寄存器、pwm端口寄存器、can通信端口寄存器和调试串口寄存器；
35.s2，初始化动力、燃油曲线数据，调用多目标遗传算法最优化燃油动力曲线数据得到车速与电推杆5的驱动pwm数据数组并存在所述系统控制器9的存储器中，通过显示屏11初始设定车速；
36.s3，程序循环检测实时的车速数据，判断车速数据符合的范围并执行相应的范围下对应的动作，
37.(1)如果实时车速大于设定车速，那么调用多目标遗传算法优化后的车速与pwm驱动数据数组，经系统控制器9转换成pwm脉冲驱动电推杆5伸出，直到车速与设定车速相等，然后记录电推杆位置传感器8数据并关闭pwm输出；
38.(2)如果车速小于设定车速，那么调用多目标遗传算法优化后的车速与pwm驱动数据数组，经系统控制器9转换成pwm脉冲驱动电推杆5收缩，直到车速与设定车速相等，然后记录电推杆位置传感器8数据并关闭pwm输出；
39.(3)如果车速与设定车速相等，那么关闭pwm输出；
40.(4)如果车速为零并且时间超过一定时间，则关闭pwm输出(如果车速为零(表示车进入停止状态)并且超过一定时间(比如超过60秒车速为零就认为时停车，这个时间不固定与机手停车时间的意愿有关系)，则关闭pwm输出(控制刹车的机构是电推杆，而电推杆时由pwm电脉冲信号控制动作，比如电推杆伸出或缩回))。
41.在本实施例中，该系统能够通过传感器实时采集农机车速，而不是通过机手手动操控手柄发出控制指令，系统控制器9能根据农机车速和设定车速数据参数差别并实时通过电推杆5技术驱动农机hst1的电推杆铰接轴6，以此达到控制hst1的标量泵流量等比变化，最终实现无级变速，在电推杆5达到预定的位置时进行断电处理，这里利用电推杆5内部存在蜗轮蜗杆，电机断电后能可靠自锁的特点达到对电推杆5的精确位置的锁定。
42.该控制系统包括电推杆5、系统控制器9、车速传感器7、电推杆位置传感器8和调试显示屏11，其中车速传感器7一端连接变速箱4输入转轴上(或从发动机can总线获取车速信息)，另一端连接系统控制器9的脉冲信号输入端，系统控制器9的供电通过车载蓄电池12供电，然后由系统控制器9给车速传感器7和电推杆5的指令驱动单元及电推杆位置传感器8和显示屏11供电，电推杆5的电机单元供电直接由车载蓄电池12供电，电推杆5的指令驱动单元一端已连接电推杆5，另一端连接系统控制器9的pwm输出接口，电推杆位置检测器与电推
杆5本体集成，两条位置检测线中的一条接系统控制器9的gnd端，另一条接系统控制器9的模拟信号输入端。
43.在使用时在打开车载点火钥匙后，电推杆5的电机单元先供上电，然后系统控制器9经过一段延时时间后供电，系统控制器9得电后开始对控制器的微处理器的数字开关端口，模拟端口、pwm端口及通信端口的相关寄存器进行初始化动作，初始化动作完成后微处理的内部简易操作系统开始运行，当检测到车速信息不为零时，系统控制器9不断比较实时采集到的车速与初始化设定的车速比较，若此时车速低于设定车速，控制器产生pwm波驱动电推杆5电机运行，电推杆5逐步伸出直到采集的车速与设定的车速维持在设定的误差范围内才停止动作，若此时车速高于设定速度，控制器产生pwm波驱动电推杆5电机运行，电推杆5逐步收缩直到采集的车速与设定的车速维持在设定的误差范围内才停止动作。如果检测到车速为零，控制器检测电推杆5此时的位置，如果位置没有在中位的话，将驱动电推杆5到中位位置，如果在中位将，则直接将电推杆5断电以锁定位置。
44.综上所述，本发明提供了一种农机hst自动变速系统，包括：变速箱，所述变速箱的外壳的扭矩输入的一端的端面上固设有hst，所述hst的外壳上设有hst耳轴，所述变速箱的外壳上铰接有一电推杆，所述电推杆的输出端通过hst耳轴摆臂与所述hst耳轴连接，所述hst耳轴摆臂与所述电推杆的输出端转动连接；用于检测车速的车速传感器、用于检测所述电推杆位置的电推杆位置传感器、系统控制器和显示屏，所述系统控制器根据所述车速传感器的信号控制所述电推杆的位置，从而实现通过对车速的检测，进行变速系统的控制，达到自动控制变速的技术效果。
45.本发明还提供了一种控制方法，所述控制方法包括：s1，电推杆的电机单元和系统控制上电，系统控制器初始化各种寄存器；s2，初始化动力、燃油曲线数据，调用多目标遗传算法最优化燃油动力曲线数据得到车速与电推杆的驱动pwm数据数组并存在所述系统控制器的存储器中，通过显示屏初始设定车速；s3，程序循环检测实时的车速数据，判断车速数据符合的范围并执行相应的范围下对应的动作，(1)如果实时车速大于设定车速，那么调用多目标遗传算法优化后的车速与pwm驱动数据数组，经系统控制器转换成pwm脉冲驱动电推杆伸出，直到车速与设定车速相等，然后记录电推杆位置传感器数据并关闭pwm输出；(2)如果车速小于设定车速，那么调用多目标遗传算法优化后的车速与pwm驱动数据数组，经系统控制器转换成pwm脉冲驱动电推杆收缩，直到车速与设定车速相等，然后记录电推杆位置传感器数据并关闭pwm输出；(3)如果车速与设定车速相等，那么关闭pwm输出；(4)如果车速为零并且时间超过一定时间，则关闭pwm输出，综上，该发明产生的技术效果为不仅去除了传统的操纵手柄变速结构，而且能自动根据车速变化实现基于电推杆的技术驱动农机hst进行自适应的无级变速，实现了变速的自动化，增加了变速时的安全性。
46.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
47.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。