工程机械自动变速理论与控制系统研究

李文龙

山东省公路建设(集团)有限公司

工程机械自动变速理论与控制系统研究

李文龙

山东省公路建设(集团)有限公司

工业革命以来社会经济、科学技术不断发展，机械产业得到了极大的发展。车辆自动变速技术是机械、电子、液压、计算机、自动控制等技术的综合，车辆自动变速技术的发展依赖于这些相关技术的发展与进步。电控机械式自动变速器是一种高效率的生产的机械，所以受到了越来越多的企业的欢迎。基于此，文章就工程机械自动变速理论与控制系统进行简要的分析，希望可以提供一个有效的借鉴。

工程机械；自动变速理论；控制系统

1.工程机械应用自动变速技术的愈义

工程机械是非公路的作业车辆，其作业环境和条件与普通车辆不同，工作载荷变化剧烈，而且经常处于低速重载的工作状态，为了提高其对工作载荷的适应能力，大多采用液力机械动力换挡变速器。液力机械传动兼有了液力传动和机械传动的优点，既避免了机械传动载荷剧变引起的发动机“熄火”问题，又提高了低速克服重载的能力。

但是液力机械传动方式也有自己的缺点。由于液力变矩器的效率不高，最高仅85%左右，而且液力变矩器还经常工作在效率低于75%的低效区域，即这种传动方式的好处是以牺牲传动效率换来的。如在车辆重载、变矩器“失速”工况下工作一分钟，液力变矩器的工作介质由于机械能全部转化为热能将引起“过热”同样，在高速轻载下，如不及时换入高挡工作，由于变矩器效率降低造成发动机功率损耗和燃油的浪费。

在工程机械上实现自动换挡控制，一方面可以尽可能的提高液力变矩器在高效区工作的几率，从而提高传动系统的传动效率，另一方面，自动换挡减少了驾驶员对挡位的操作、降低了劳动强度，使驾驶员可以更多的关注作业操作，提高工程机械的作业生产率。

2.自动变速系统组成

普通车辆自动变速系统的组成包括两部分：

2.1 变速系统主体：动力换挡变速箱及配套液压换挡操纵机构

控制系统：控制器ECU；输入信号的传感器系统；输出控制执行系统。装载机等工程机械的自动变速系统在组成上应该和普通车辆有许多共同点，特别是变速系统的主体在本质上可以认为是完全相同的。工程机械自动变速系统与普通车辆的不同在于控制系统。

在换挡控制系统中，控制器是替代驾驶员执行换挡决策和操作的系统的“大脑”，是控制系统的核心。输入信号是控制器决策的信息来源，它和驾驶员驾驶手动变速车辆换挡时需要考虑的各种因素是相同的，包括如车速、发动机转速、油门开度等在内的车辆运行状态参数，还根据驾驶员设置换挡模式来判断坡道、弯道、雪地等工作环境的影响因素以及驾驶员的驾驶习惯等，综合这些因素后作出换挡的决策，发送换挡控制信号到执行部件完成换挡操纵。

2.2 装载机自动变速系统组成

以某装载机为例，装载机自动变速控制系统由EST-25全自动变速电控单元和配套的DW-2换挡选择器、相关输入信号传感器系统、输出驱动系统组成。输入信号包括了工作装置位置信号和转向油缸的行程信号。WG系列动力换挡变速箱目前已经由广西柳工机械股份公司和德国ZF公司合资公司引进生产，用于其生产的装载机，但控制系统完全依靠德方提供。

如果不考虑装载机的工作特点，仅仅从装载机行驶特点来看，装载机可以看成一辆慢速重载汽车，装载机需要的自动变速控制系统和普通汽车的自动变速控制系统是基本相同的，在某些方面甚至还要简单，如装载机的液力变矩器一般不需要闭锁控制，换挡品质控制也更简化。

3.电控自动变速器的控制系统

3.1 传感器系统

车辆若想通过电控机械式自动变速器进行自动变速就必须先采集相关变速信号，完成这一工作的就是电控机械式自动变速器的传感器。电控机械式自动变速器中的传感器有车速传感器、节气门位置传感器等，其中车速用来检测车速的，气节传感器是用来检测车辆动力负荷。

3.2 电子控制单元

(1)输入电路电控机械式自动变速器的传感器主要用来收集信息，该信息要传给处理器才可以被处理，电控机械式自动变速器的输人电路就是这个过程中间的桥梁。输入信号一般为电信号，输人电路需要将电信号转换为数字信号，并将该数字信号输送给电控机械式自动变速器的中央处理器，进行计算处理。

(2)中央处理器与存储器同一班计算机一样，中央处理器是电控机械式自动变速器电子控制系统的核心，能够感知传感器的信号，并能够对该信号进行处理，并发出相应的指令，完成车辆自动变速。而电控机械式自动变速器的存储器顾名思义就是存储电控机械式自动变速器系统的数据表格以及系统软件。

(3)输出电路电控机械式自动变速器的处理器输出的信号在0至5v之间为低电平信号，该电压范围内的信号并不能直接驱动电控机械式自动变速器的执行机构。所以要想顺利的完成车辆自动变速就必须增设输出电路，将处理器的信号放大，进而通过执行机构完成变速。

3.3 执行机构电控机械式

自动变速器的执行机构的职能就是依据电子控制元件将输人数据处理后的信息对油路进行开闭。电控机械式自动变速器的电子控制元件控制1号电磁阀和2号电磁阀的开关，进而控制档位。车辆变速系统的3号电磁阀的开闭控制车辆离合，车辆变速系统的的4号电磁阀可以掌控各离合器和制动器油缸的油路出油速度，增设该电磁阀的目的是为了减小冲击力量，使各个档位切换平稳。

当车辆需要进行变速处理时，计算机会根据传感器收集的参数进行计算处理，然后发布相应得命令指令给控制器的4个电磁阀，进而控制档位、油门、离合。并保证该过程进行顺利、平稳、有序、高效，并且节约资源，安全有效。

结束语

车辆传送系统对其行驶安全具有重要作用，目前车辆自动变速技术日益进步，主要包括两方面，一种是液力自动变速器，另一种则为机械式无级变速器。电控机械式自动变速器不但改良车内环境使之更加方便舒适，还能减轻车辆传动系统的负荷。

[1]吴雄喜，高奇峰，李泽松.双离合器自动变速器换挡控制与动力学分析[J].世界科技研究与发展，2015，04：346-351.

[2]刘志强.浅谈汽车上装载的自动变速器[J].科技资讯，2015，22：77+79.

[3]段锐.证据理论在DCT电控系统故障诊断中的应用[D].合肥工业大学，2015.