ZL50裝載機(jī)半自動(dòng)變速器電子控制單元設(shè)計(jì)研究

1、 裝載機(jī)半自動(dòng)變速器電子控制單元設(shè)計(jì)研究魏俞涌1，陳開(kāi)考2，謝頌京2（嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電與汽車分院，浙江 嘉興 ；浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車技術(shù)學(xué)院，杭州 ）摘 要：開(kāi)發(fā)了 zl50 裝載機(jī)液力傳動(dòng)半自動(dòng)變速器電子控制單元（ecu），針對(duì)裝載機(jī)作業(yè)過(guò)程中換擋操縱的復(fù)雜性，完成了電子控制單元軟件設(shè)計(jì)、硬件電路及可靠性設(shè)計(jì)，并對(duì)研制的電子控制單元進(jìn)行了裝車試驗(yàn)和環(huán)境試驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)功能的實(shí)用性和可靠性。試驗(yàn)結(jié)果表明：半自動(dòng)換擋操縱系統(tǒng)可按駕駛員選擇的控制方式工作，實(shí)現(xiàn)換擋過(guò)程的平穩(wěn)性控制，減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：半自動(dòng)換擋；裝載機(jī)；工程機(jī)械；電子控制單元中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)

2、碼：文章編號(hào)：（）04design and research of the electronic control unit for zl50 loader semi-automatic transmissionwei yuyong1, chen kaikao2, xie songjing2（1. department of machinery and electronics, jiaxing vocational technical college, jiaxing 314036, china;2. department of auto-mobile technology, zhejiang

3、technical institute of economy, hangzhou 310018,china)abstract： （） ， ， ， ， key words：； ； ； 0引言裝載機(jī)是一種適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣闊的工程機(jī)械。它作為一種集鏟、裝、運(yùn)、卸作業(yè)于一體的自行式機(jī)械，被廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石施工機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、煤炭等散裝物料，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。這就要求裝載機(jī)一方面要具有較大的動(dòng)力性，另一方面要求本身具有良好的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性和作業(yè)效率。目前普遍采用機(jī)械操縱或機(jī)液操縱的方式，但此類方式操縱手柄多，結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜

4、，司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)收稿日期：2012-12-28基金項(xiàng)目：浙江省嘉興市科技局計(jì)劃項(xiàng)目（）。度大，操縱費(fèi)力，分散了司機(jī)的注意力，增加了行走作業(yè)時(shí)的不安全因素，且換擋品質(zhì)較差。雖然自動(dòng)變速器的裝載機(jī)，在工作環(huán)境復(fù)雜的情況下，司機(jī)能根據(jù)路面狀況很好地調(diào)整車輛的行駛狀態(tài)，使其具有了良好的自適應(yīng)性，提高了裝載機(jī)的行駛速度及其使用的壽命，簡(jiǎn)化了車輛操縱，消除了司機(jī)換檔技術(shù)的差異性，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求及制造成本高，維修技術(shù)要求高。半自動(dòng)變速器在不改變?cè)瓩C(jī)械或機(jī)液變速器主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)加裝特殊的電控單元裝置取代原機(jī)械或機(jī)液變速器由人工操作完成的換擋動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)變速器內(nèi)部換擋過(guò)程的自動(dòng)化。由作者簡(jiǎn)介：魏俞涌（

5、），男，浙江嵊縣人，講師，主要從事機(jī)電工程教學(xué)與科研工作。：。第 3 期魏俞涌等.zl50 裝載機(jī)半自動(dòng)變速器電子控制單元設(shè)計(jì)研究185于半自動(dòng)變速器是在傳動(dòng)手動(dòng)變速器基礎(chǔ)上改造得來(lái)，因此很容易繼承了手動(dòng)變速器機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、制造成本低的特點(diǎn)，同時(shí)在一定程度上彌補(bǔ)了自動(dòng)變速器響應(yīng)時(shí)間慢的缺點(diǎn)，。本文針對(duì) 裝載機(jī)液力變速器開(kāi)發(fā)了半自動(dòng)換擋操縱系統(tǒng)及其電子控制單元 （），針對(duì)裝載機(jī)作業(yè)過(guò)程換擋操作的復(fù)雜性，完成了控制軟件設(shè)計(jì)、硬件電路及可靠性設(shè)計(jì)并對(duì)研制的換擋操作系統(tǒng)進(jìn)行了仿真試驗(yàn)和環(huán)境試驗(yàn)。1半自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1.1ecu 硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖 所示為所研制的半自動(dòng)變速器電子控制單

6、元（）硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 的主要功能是換擋手柄所處的檔位、數(shù)據(jù)處理、換擋電磁閥驅(qū)動(dòng)、邏輯運(yùn)算等。其中輸入信號(hào)處理、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路及抗干擾設(shè)計(jì)是電子控制單元研制的重點(diǎn)。圖 1 ecu 硬件系統(tǒng)框架圖fig.1 frame diagram of ecus hardware system1.2輸入量處理電路設(shè)計(jì)半自動(dòng)換擋操縱系統(tǒng)的輸入信號(hào)包括：換擋手柄位置檢測(cè)電路、制動(dòng)信號(hào)檢測(cè)電路?？刂葡到y(tǒng)首先要根據(jù)駕駛員的意圖準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)換擋的電操縱。換擋手柄位置檢測(cè)電路反映駕駛員操作意圖的輸入裝置。具有半自動(dòng)選檔和不同作業(yè)工況選擇等多種工作模式，滿足各種條件下的駕駛需求。換擋手柄位置檢測(cè)電路如圖 所示。圖 2換擋手柄

7、位置檢測(cè)電路fig. 2 position detection circuit of the shifting handle制動(dòng)系統(tǒng)是裝載機(jī)在行駛中按照駕駛員的要求強(qiáng)制減速或甚至停車，使下坡行駛的裝載機(jī)速度保持穩(wěn)定，故對(duì)汽車制動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)十分重要，本系統(tǒng)采用的制動(dòng)信號(hào)檢測(cè)電路如圖 所示。圖 3 制動(dòng)信號(hào)檢測(cè)電路fig. 3 detection circuit for braking signal1.3輸出量電路設(shè)計(jì)輸出量電路主要是將微控制器的一些輸出信號(hào)進(jìn)行發(fā)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，然后輸出到換擋電磁閥、狀態(tài)顯示器、故障燈顯示。輸出到換擋電磁閥的信號(hào)用于實(shí)現(xiàn)換擋操作；輸出到狀態(tài)顯示器信號(hào)用于顯示當(dāng)前微控制器的

8、狀態(tài)，以便讓駕駛員掌握當(dāng)前變速器的檔位；故障燈讓駕駛員了解車輛是否存在故障。電磁閥的驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示。為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用了光電耦合將系統(tǒng)電源盒驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行隔離。圖 4 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路fig. 4 drive circuit of the electromagnetic valve1.4硬件抗干擾設(shè)計(jì)干擾產(chǎn)生的主要原因：系統(tǒng)電源的干擾、器件間驅(qū)動(dòng)功率不足，元件質(zhì)量低等。采取的硬件抗干擾設(shè)計(jì)措施。電源采用較好的濾波電路進(jìn)行高低頻濾波以輸出較穩(wěn)定的電壓信號(hào)。由于裝載機(jī)可能會(huì)電流突變或浪涌，電容元器件較多的采用鉭電容以及抗高壓或浪涌的元件。裝載機(jī)的干擾源較多，本設(shè)計(jì)用金屬殼罩起來(lái)，可減少噪

9、聲源對(duì) 的干擾。對(duì)于容易受干擾的部分?jǐn)?shù)據(jù)線，加設(shè)屏蔽金屬罩并接地，使干擾電磁信號(hào)被短路接地。2軟件設(shè)計(jì)1862.1軟件設(shè)計(jì)方案科 技 通 報(bào)示。第 29 卷半自動(dòng)變速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案： 接受來(lái)自換擋手柄位置的信號(hào)、制動(dòng)信號(hào) 、 信號(hào)后，根據(jù)軟件程序決定哪個(gè)換擋電磁閥動(dòng)作，由電磁閥對(duì)換擋液壓系統(tǒng)的進(jìn)行油路切換，實(shí)現(xiàn)換擋離合器的分離和結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)檔位的操縱。半自動(dòng)變速技術(shù)的關(guān)鍵在于根據(jù)裝載機(jī)工況的需要，通過(guò)控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)合適的換擋延遲和換擋過(guò)渡，必要時(shí)駕駛員參與控制，有助于復(fù)雜作業(yè)的完成，并減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度。2.2控制軟件流程設(shè)計(jì)半自動(dòng)變速器電子控制系統(tǒng)的控制程序流程如圖 所示。在裝載機(jī)工作

10、過(guò)程中，系統(tǒng)軟件處于循環(huán)運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì) 輸入的信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)，識(shí)別駕駛員的檔位位置信號(hào)、 模式、制動(dòng)信號(hào)等，并根據(jù)相應(yīng)的換擋規(guī)律和控制算法完成對(duì)電磁閥和狀態(tài)顯示，從而實(shí)現(xiàn)駕駛員的駕駛意圖。圖 5 控制軟件流程設(shè)計(jì)fig. 5 the flow of control software design2.3ecu 軟件功能模塊的設(shè)計(jì) 軟件的功能有：（）檔位判斷模塊：控制軟件首先判斷換擋手柄所處的檔位狀態(tài)，半自動(dòng)變速器電子控制器（）根據(jù)所處的檔位來(lái)進(jìn)行選檔控制，以適應(yīng)不同的環(huán)境和作業(yè)任務(wù)，同時(shí)具有防止脫擋和掛雙檔的保護(hù)功能。（） 控制模塊：根據(jù)裝載機(jī)循環(huán)作業(yè)過(guò)程需要完成一連串重復(fù)換擋工作的特點(diǎn)，即當(dāng)

11、裝載機(jī)的工作裝置處于作業(yè)狀態(tài)時(shí)，在不操縱檔位選擇的條件下自動(dòng)切換到低檔。當(dāng)作業(yè)操作完成后，駕駛員操縱換擋時(shí)能取消強(qiáng)制低檔狀態(tài)，功能使得裝載機(jī)作業(yè)時(shí)只需通過(guò)換擋手柄進(jìn)行換向操縱，無(wú)需選擇速檔，其換擋規(guī)律如圖 所圖 6kd 功能示意圖fig. 6 kd function diagram（）空擋判斷模塊：判斷半自動(dòng)變速器電子控制單元是否處于空擋狀態(tài)，從而使變速器鎖止，以防止發(fā)生意外。（）制動(dòng)控制模塊：當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，半自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)要能夠自動(dòng)切換到空擋狀態(tài)，當(dāng)制動(dòng)解除后能安裝換擋規(guī)律再回復(fù)到原始檔位。（）信號(hào)顯示模塊：顯示電子控制器 的狀態(tài)信息，如檔位、制動(dòng)和 等信號(hào)。（）故障診斷模塊：能對(duì)電子控

12、制系統(tǒng) 有關(guān)運(yùn)行參數(shù)信號(hào)進(jìn)行顯示燈進(jìn)行報(bào)警。3ecu 功能調(diào)試與試驗(yàn)研究為了驗(yàn)證 功能是否能正常工作，本文針對(duì)裝載機(jī)電控單元的功能、特點(diǎn)進(jìn)行了針對(duì)性試驗(yàn)。將半自動(dòng)變速器電子控制單元裝入 裝載機(jī)進(jìn)行實(shí)車測(cè)試。測(cè)試的模塊有：手動(dòng)選檔、強(qiáng)制降檔、保持檔位、換擋控制、制動(dòng)控制等。根據(jù)換擋手柄輸入信號(hào)、制動(dòng)踏板等信號(hào)，從顯示器和指示燈上觀察邏輯正確與否。按照電控單元的換擋規(guī)律通過(guò)檢測(cè)各個(gè)檔位的輸出值來(lái)檢驗(yàn)控制結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明：半自動(dòng)變速器電控系統(tǒng)邏輯正確，換擋過(guò)程平穩(wěn)。為了使 達(dá)到裝載機(jī)的實(shí)際使用要求，還對(duì) 進(jìn)行了環(huán)境試驗(yàn)，包括淋水試驗(yàn)、高低溫試驗(yàn)、沖擊振動(dòng)試驗(yàn)和抗電磁干擾試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明該 具有防

13、淋水、耐高低溫、防振防沖擊、防插錯(cuò)、防短路和抗干擾功能。4結(jié)束語(yǔ)本研究開(kāi)發(fā)的裝載機(jī)半自動(dòng)換擋電子控制單元，根據(jù)裝載機(jī)實(shí)際工況進(jìn)行了半自動(dòng)變速器 的功能調(diào)試和檢驗(yàn)，實(shí)踐證明該系統(tǒng)能夠?qū)Q擋點(diǎn)精確進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)換擋的自動(dòng)變換，優(yōu)化了車輛的使用性能。通過(guò)各種環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證 的抗干擾功能。此外該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn) 換擋，在優(yōu)化車輛使用性能的同時(shí)，也減輕了駕第 3 期魏俞涌等.zl50 裝載機(jī)半自動(dòng)變速器電子控制單元設(shè)計(jì)研究187駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率。同時(shí)該系統(tǒng)的成功開(kāi)發(fā)對(duì)于促進(jìn)裝載機(jī)產(chǎn)品更新?lián)Q代將起到重要的推動(dòng)作用。參考文獻(xiàn):1劉良臣. 國(guó)內(nèi)外裝載機(jī)新技術(shù)展望j建筑機(jī)械化，2001，5：3536.

14、2劉釗，雷星宇，關(guān)景泰.變速器半自動(dòng)換擋電子控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)j. 筑路機(jī)械與施工機(jī)械化, 2003, 20（102）：23-24.3徐曉美，唐倩倩，王哲.混合動(dòng)力裝載機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)j. 工程機(jī)械，2012, 2:5356.4劉溧車輛電控操縱技術(shù)的應(yīng)用研究d北京：北京理工大學(xué)，20025bayerische motoren werke aktiengesellshaft. gear shiftcontrol for automatic transmission in motor vehicleshaving an electronic control unit: us, 5911771p.

15、1999-（上接第 164 頁(yè) ）數(shù)據(jù)庫(kù)信息查詢，能夠有效提高數(shù)據(jù)庫(kù)信息查詢的效率，從而提高數(shù)據(jù)庫(kù)性能。3結(jié)束語(yǔ)本文提出了一種基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)庫(kù)性能優(yōu)化方法。建立云計(jì)算數(shù)據(jù)關(guān)系模型，描述數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，從而為數(shù)據(jù)查詢提供依據(jù)。計(jì)算數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中信息的快速查詢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種算法能夠有效提高數(shù)據(jù)庫(kù)查詢效率，取得了令人滿意的效果。6-15.6haj-fraj a.，f. pfeiffer. optimization of gear shift operations in automatic transmissions. 20th international c

16、onference of theoretical and applied mechanics. chicago，illinois, aug. 28-sep. 01，2000. vehicle system dynamics, 35: 207222, suppl. s 2001.7andrew w phillips and dennis nassanisdevelopmentand use of a vehicle power train simulation for fuel economy and performance studiesjsae900619，896-9078kazushi s

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