CN114572217B - 一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置及控制方法，包括负载换向控制装置及该装置的控制模块；通过信号采集模块采集的信息，判断驾驶员的操作意图，将驾驶员操作划分为起步模式和换向模式，自动的计算出当前负载，当前车速下最佳的离合器结合要求扭矩曲线，有效的改善了拖拉机不同载荷、不同工况下起步和换向冲击大的问题，通过换向灵敏度调节旋钮调节出适合自身的拖拉机起步和换向速度，使拖拉机的起步和换向控制更具适应性，有效的降低了拖拉机起步和换向过程中对拖拉机自身的机械冲击；提高了拖拉机的驾驶舒适性，同时也为拖拉机的进一步智能化发展提供了平台。

Description

一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置及控制方法

技术领域

本发明属于拖拉机控制领域，尤其涉及一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置及控制方法。

背景技术

传统的机械换向拖拉机，无论起步还是换向，均需要踩下离合器踏板，然后挂接前进或后退档位，同时以合适的速度释放离合器踏板，才能完成起步或换向，离合器释放的快慢直接影响拖拉机能否正常起步、发动机是否会因为负载过大而熄火、起步冲击是否大等一系列的问题，因此，驾驶传统的机械换向拖拉机，要求驾驶员有丰富的驾驶经验和操作技巧。此外，传统的机械换向拖拉机起步和换向过程操作相对比较繁杂，同时作业效率也会因为起步和换向时间长而降低。

随着时代的进步，用户对驾驶操作更加便捷、舒适、智能、简单及作业效率高的拖拉机越来越向往。目前，一些拖拉机，结合微电子技术，已经实现了拖拉机的智能化控制，开发出了一系列的动力换档、动力换向以及无级变速拖拉机，这些拖拉机的出现，极大的解放了操纵者的双手，降低了拖拉机的驾驶难度，提高了驾驶舒适性和作业效率，饱受用户的欢迎，此外，也为拖拉机进一步智能化控制如无人驾驶等的发展提供了平台。目前，国内市场还是主要以机械换档换向拖拉机为主，因此，智能换档换向技术，是拖拉机发展的一个趋势。

发明内容

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置及控制方法，解决了带载拖拉机起步和换向舒适性差、起步和换向时拖拉机变速箱冲击大、换向操作繁杂、起步和换向速度不可调及换向效率低的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置，包括负载换向控制装置及该装置的控制模块，所述负载换向控制装置包括液压源、前进及后退湿式离合器和液压控制模块；液压源为发动机带动液压泵获得的恒定压力源，液压油通过液压油路传送至液压控制模块，液压控制模块控制液压油路的回路开通、关断，从而控制前进和后退离合器的结合、分离；

所述负载换向控制装置的控制模块包括换向控制器、速度传感器、操作手柄、换向灵敏度旋钮和用于控制液压控制模块的比例电磁阀；

所述换向控制器集成了信号采集模块、车辆状态计算模块、自适应控制扭矩计算模块、驱动及通信模块、故障诊断模块和安全保护模块；所述信号采集模块通过换向控制器连接的操作手柄和换向灵敏度旋钮采集驾驶员的操作动作，同时采集车辆传动系的速度信号及发动机的输入扭矩信号；所述车辆状态计算模块根据信号采集模块采集的信号对驾驶员的操作意图进行判断，同时对车辆状态和车辆工况进行计算；所述自适应控制扭矩计算模块根据车辆状态计算模块判定的驾驶员的操作意图和车辆状态及工况，实时计算控制车辆负载起步或换向需要的扭矩；所述驱动及通信模块根据计算扭矩，通过闭环控制方式控制比例电磁阀的开度，进而通过比例电磁阀控制前进和后退湿式离合器，同时进行总线信息交互；所述故障诊断模块对车辆的故障信息进行诊断，同时发给安全保护模块和驱动及通信模块。

进一步地，在所述前进和后退湿式离合器的从动端和传动系输出端均加装有转速传感器，对离合器结合过程和结合后的转速进行实时的采集，为负载换向控制装置的控制模块实时提供离合器结合和分离信息，同时提供车辆的车速信息；所述换向灵敏度旋钮旋转至不同的位置，控制车辆选择不同的负载起步和负载换向速度。

进一步地，所述的车辆状态计算模块，通过信号采集模块采集的信息，判断驾驶员的操作意图，将驾驶员操作划分为起步模式和换向模式，根据转速信号计算离合器的实时速差和车辆的实时车速，同时根据发动机的扭矩信号，计算折算到前进离合器和后退离合器名义上完全结合传递的扭矩，为自适应控制扭矩计算模块提供数据支持。

进一步地，所述的自适应控制扭矩计算模块，接收信号采集模块的信息，根据车辆状态计算模块划分的驾驶员操作模式，对起步模式和换向模式进行不同的算法构建，从而计算出不同的离合器结合和分离要求的扭矩曲线。

进一步地，所述的自适应控制扭矩计算模块的起步模式，将离合器的结合过程分为快速充油阶段、结合进行阶段和结合完成阶段；快速充油阶段结束根据剩余充油时间决定，结合进行阶段结束根据结合离合器的速差变化决定；

所述的自适应控制扭矩计算模块的换向模式，将过程包括离合器打开阶段和离合器闭合阶段；离合器打开阶段包括预打开阶段、打开进行阶段和完全打开阶段，离合器闭合阶段包括预结合阶段、结合进行阶段和完全结合阶段；

打开进行阶段和结合进行阶段均通过自适应闭环控制方式进行控制；打开离合器和闭合离合器控制过程中要求扭矩通过控制算法进行交叉。

进一步地，所述的安全保护模块，根据车辆状态计算模块计算的信息以及故障诊断模块传递的故障信息，对车辆安全和人身安全进行一定的保护；

当车辆速度大于12km/h时，为保护人身安全和车辆安全，禁止进行负载换向，如若进行换向操作，将断开前进和后退离合器；

启动发动机时，若方向杆在前进或后退位置，安全保护模块会将方向杆状态视为无效，避免车辆意外起步；

当故障诊断模块检测到离合器打滑故障后，安全保护模块会强制切断前进和后退离合器，避免离合器的进一步损坏；

安全保护模块对换向时间和起步时间进行计时，如若超时，为避免离合器长时间滑摩而烧毁，则通过切断前进和后退离合器进行保护；

当检测到车辆实际方向与驾驶要求的方向不一致时，安全保护模块也会启动保护措施。

进一步地，所述的故障诊断模块，通过车辆状态计算模块信息，对于期望不符合的车辆状态、硬件故障进行自诊断，并将诊断结果以广播形式发送到总线，在仪表上显示，同时将故障信息传递给安全保护模块。

一种拖拉机可调节自适应负载换向控制方法，包括以下步骤：

1）驾驶员将车辆上电，启动发动机，挂好档位，释放驻车制动器；

2）操作杆从空挡位置置于前进位置或后退位置，自适应负载换向控制装置进入起步模式，车辆平稳起步；

3）车辆在行走过程中，若车速不大于12km/h，驾驶员将方向杆直接由前进位置置于后退位置，自适应负载换向控制装置进入换向模式，车辆从前进方向平稳变化至后退方向，自动完成负载换向；

4）车辆在行走过程中，若车速不大于12km/h，驾驶员将方向杆直接由后退位置置于前进位置，自适应负载换向控制装置进入换向模式，则车辆从后退方向平稳变化至前进方向，自动完成负载换向；

5）驾驶员可通过将换向灵敏度旋钮置于不同的位置，实现对起步和换向速度的调节；

6）车辆行走过程中，驾驶员将方向杆置于空挡位置，则前进或后退离合器断开，车辆进入空挡滑行模式，可通过踩刹车使车辆停止或依靠惯性使车辆自行停止。

进一步地，所述步骤2具体包括以下步骤：

21）若方向杆位于前进方向位置，则后退离合器的要求扭矩为零，后退离合器断开，前进离合器进入快速充油阶段，离合器要求扭矩为恒定扭矩，当离合器当剩余充油时间为零时，表示快速充油阶段结束；

然后，进入离合器结合进行阶段，自适应控制扭矩计算模块根据给定的离合器速差变化曲线，对离合器进行自适应闭环控制，实时计算离合器要求扭矩，离合器逐渐结合，传递扭矩逐渐增大，车辆按照一定的加速度平稳起步，当离合器速差小于一定值以后，该阶段控制结束；

离合器要求扭矩变为最大值，进入离合器结合完成阶段，起步完成；

22）若方向杆位于后退方向位置，则前进离合器的要求扭矩为零，前进离合器断开，后退离合器进入快速充油阶段，离合器要求扭矩为恒定扭矩，当离合器当剩余充油时间为零时，表示快速充油阶段结束；

然后，进入离合器结合进行阶段，自适应控制扭矩计算模块根据给定的离合器速差变化曲线，对离合器进行自适应闭环控制，实时计算离合器要求扭矩，离合器逐渐结合，传递扭矩逐渐增大，车辆按照一定的加速度平稳起步，当离合器速差小于一定值以后，该阶段控制结束；

离合器要求扭矩变为最大值，进入离合器结合完成阶段，起步完成；

23）安全保护模块自进入起步模式开始计时。

进一步地，所述步骤3具体包括以下步骤：

31）进入换向模式以后，自适应控制扭矩计算模块通过信号采集模块和车辆状态模块确定要打开的离合器和要闭合的离合器，同时获取离合器的速差、车速、离合器剩余充油时间及根据发动机扭矩折算的前进和后退离合器传递的扭矩信息；

32）打开离合器进入预打开阶段，要求扭矩从最大扭矩减小至折算扭矩，闭合离合器进入预结合阶段，进行快速充油，要求扭矩为充油扭矩；

33）闭合离合器剩余充油时间为零时，充油结束，离合器扭矩减小至恰好克服离合器弹簧力的扭矩，闭合离合器预结合阶段结束，进入结合阶段，打开离合器要求扭矩减小至折算扭矩后，预打开阶段结束，进入打开进行阶段；

34）自适应控制扭矩计算模块根据给定的车速变化曲线，采用自适应闭环控制的方式计算打开离合器的要求扭矩，保证车速按一定的加速度减小，避免冲击；

35）当打开离合器打开进行阶段结束条件满足后，打开离合器打开进行阶段结束，打开离合进入完全打开阶段，要求扭矩在一定时间内减小至零，闭合离合器在保持扭矩的基础上，根据给定的离合器速差变化曲线，采用自适应闭环控制的方式计算实时控制扭矩，离合器逐渐结合，传递扭矩逐渐增大，车辆按照一定的加速度反向加速，当离合器速差小于一定值以后，该阶段控制结束，离合器要求扭矩变为最大值，进入离合器结合完成阶段，换向完成。

本发明的有益效果是：

本发明提供的可调节自适应负载换向控制装置及控制方法，可以通过控制器，自动的计算出当前负载，当前车速下最佳的离合器结合要求扭矩曲线，有效的改善了拖拉机不同载荷、不同工况下起步和换向冲击大的问题，有效的降低了拖拉机起步和换向过程中对拖拉机自身的机械冲击；使驾驶员无需操作离合器踏板，直接将方向杆置于不同的位置即可实现自动的起步和换向，简化了拖拉机起步和换向的操作动作，使拖拉机起步和换向操作更加简洁。

本发明提供的可调节自适应负载换向控制装置及控制方法，使驾驶员可以根据自身的操作习惯，通过换向灵敏度调节旋钮调节出适合自身的拖拉机起步和换向速度，使拖拉机的起步和换向控制更具适应性，相比传统的机械拖拉机，缩短了拖拉机工作过程中的换向时间，进而提高了拖拉机的工作效率，节省了物力和财力；可以通过控制器对拖拉机自身的一些故障进行诊断或提示，降低了后期维修保养的难度。

本发明提供的可调节自适应负载换向控制装置及控制方法，可以通过控制中的安全保护模块，对驾驶人员的一些误操作及拖拉机本身的一些故障进行有效的处理，对拖拉机人身产生一定的保护。

本发明提供的可调节自适应负载换向控制装置及控制方法，智能化控制技术的加入，降低了拖拉机的驾驶门槛，提高了拖拉机的驾驶舒适性，同时也为拖拉机的进一步智能化发展提供了平台。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的可调节自适应负载换向控制装置及方法整体架构示意图；

图2为本发明负载换向控制装置结构示意图；

图3为本发明车辆状态计算模块操作模式计算流程图；

图4为本发明实施例中负载起步控制流程图；

图5为本发明实施例中负载换向控制流程图；

图6为本发明换向灵敏度旋钮调节流程图；

图7为本发明负载换向控制装置操作流程图。

具体实施方式

下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

具体实施方式：

如图1所示，为本发明可调节自适应负载换向控制装置及控制方法整体架构示意图。

一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置，包括负载换向控制装置及该装置的控制模块；所述负载换向控制装置包括液压源、前进及后退湿式离合器、液压控制模块；

液压源为发动机带动液压泵获得的恒定压力源，液压控制模块控制液压油路的回路，前进和后退离合器通过液压回路开通与关断而结合和分离，其结合和分离过程中离合器传递的扭矩可以控制；

液压源产生恒定的系统压力，液压油通过液压油路传送至液压控制模块，负载换向控制装置的控制模块通过电磁阀控制液压控制模块，进而控制液压油路的流通方向及其流量的大小，前进和后退湿式离合器通过液压控制模块的液压通路，实现充油和放油，进而实现结合和分离，控制车辆的前进和后退；

负载换向控制装置的控制模块包括换向控制器、速度传感器、操作手柄、换向灵敏度旋钮及控制液压控制模块的比例电磁阀；

换向控制器集成了信号采集模块、车辆状态计算模块、自适应控制扭矩计算模块、驱动及通信模块、故障诊断模块及安全保护模块；信号采集模块通过控制器连接的操作手柄和换向灵敏度旋钮采集驾驶员的操作动作，同时采集车辆传动系的速度信号及发动机的输入扭矩信号；车辆状态计算模块根据信号采集模块采集的信号对驾驶员的操作意图进行判断，同时对车辆状态和车辆工况进行计算；自适应控制扭矩计算模块根据车辆状态计算模块判定的驾驶员的操作意图和车辆状态及工况，实时计算控制车辆负载起步或换向需要的扭矩；驱动及通信模块根据计算扭矩，通过闭环控制方式控制比例电磁阀的开度，进而通过比例电磁阀控制前进和后退湿式离合器，完成车辆在各种工况下的平稳负载起步和负载换向动作，同时进行总线信息交互；故障诊断模块对车辆的故障信息进行诊断，同时发给安全保护模块和驱动及通信模块，安全保护模块对车辆和人身安全进行一定的保护控制。

可以通过控制器，自动的计算出当前负载，当前车速下最佳的离合器结合要求扭矩曲线，有效的改善了拖拉机不同载荷、不同工况下起步和换向冲击大的问题，有效的降低了拖拉机起步和换向过程中对拖拉机自身的机械冲击；使驾驶员无需操作离合器踏板，直接将方向杆置于不同的位置即可实现自动的起步和换向，简化了拖拉机起步和换向的操作动作，使拖拉机起步和换向操作更加简洁。

进一步地，如图2所示，本发明负载换向控制装置结构示意图。液压源为发动机带动液压泵获得的恒定压力源，所前进和后退离合器电磁比例阀的通电情况决定液压控制模块控制的液压通路的导通及关闭及其流量的大小；

前进离合器液压通路与前进离合器液压油缸联通，若前进离合器比例电磁阀通电，则前进离合器油缸充油，前进离合器结合，动力输入通过前进离合器传递至换向输出轴，拖拉机向前行驶，后退离合器液压通路与后退离合器油缸联通，若后退离合器比例电磁阀通电，则后退离合器液压油缸充油，后退离合器结合，动力输入通过后退离合器传递至换向输出轴，输出轴旋转方向与前进时相反，拖拉机向后行驶。

进一步地，在所述前进和后退湿式离合器的从动端和传动系输出端加装转速传感器，可以对离合器结合过程和结合后的转速进行实时的采集，为负载换向控制装置的控制模块实时提供离合器结合和分离信息，同时提供车辆的车速信息。

如图3所示，本发明车辆状态计算模块操作模式计算流程图。

进一步地，所述的车辆状态计算模块，通过信号采集模块采集的信息，判断驾驶员的操作意图，将驾驶员操作划分为起步模式和换向模式，根据转速信号计算离合器的实时速差和车辆的实时车速，同时根据发动机的扭矩信号，计算折算到前进和后退离合器端名义上完全结合传递的扭矩，为自适应控制扭矩计算模块提供数据支持；

发动机启动情况下，驾驶员将方向杆若从空挡位置变为前进或后退位置，则驾驶员进行的是起步操作，此时，判定车辆操作模式为起步模式，若驾驶员将方向杆从前进方向直接置为后退方向或从后退方向直接置为前进方向，则驾驶员进行的是换向操作，此时，判定车辆操作模式为换向模式。

进一步地，所述的自适应控制扭矩计算模块，接收信号采集模块的信息，根据车辆状态计算模块划分的驾驶员操作模式，对两种模式进行不同的算法构建，从而计算出不同的离合器结合和分离要求的扭矩曲线。

进一步地，如图4为本发明负载起步控制流程图。所述的自适应控制扭矩计算模块的起步模式，将离合器的结合过程分为快速充油阶段、结合进行阶段和结合完成阶段；快速充油阶段结束根据剩余充油时间决定，结合进行阶段结束根据结合离合器的速差变化决定，进而可以对离合器进行更加精细的控制；自适应控制扭矩计算模块通过信号采集模块和车辆状态模块获取方向杆的状态、离合器速差及离合器剩余充油时间等信息。

若方向杆位于前进方向位置，则后退离合器的要求扭矩为零，后退离合器断开，前进离合器进入快速充油阶段，离合器要求扭矩为恒定扭矩，当离合器当剩余充油时间为零时，表示快速充油阶段结束，此过程主要消除离合器空行程，不传递扭矩；

然后，进入离合器结合进行阶段，自适应控制扭矩计算模块根据给定的离合器速差变化曲线，对离合器进行自适应闭环控制，实时计算离合器要求扭矩，此过程为动态调节过程，离合器逐渐结合，传递扭矩逐渐增大，车辆按照一定的加速度平稳起步，当离合器速差小于一定值以后，该阶段控制结束；

离合器要求扭矩变为最大值，进入离合器结合完成阶段，起步完成。

若方向杆位于后退方向位置，则前进离合器的要求扭矩为零，前进离合器断开，后退离合器进入快速充油阶段，离合器要求扭矩为恒定扭矩，当离合器当剩余充油时间为零时，表示快速充油阶段结束，此过程主要消除离合器空行程，不传递扭矩；

然后，进入离合器结合进行阶段，自适应控制扭矩计算模块根据给定的离合器速差变化曲线，对离合器进行自适应闭环控制，实时计算离合器要求扭矩，此过程为动态调节过程，离合器逐渐结合，传递扭矩逐渐增大，车辆按照一定的加速度平稳起步，当离合器速差小于一定值以后，该阶段控制结束；

离合器要求扭矩变为最大值，进入离合器结合完成阶段，起步完成。

进一步地，整个过程中，若起步时间超过一定值，则起步超时，进入安全保护模块，保护离合器不因长时间滑模而损坏。

进一步地，如图5所示，为本发明负载换向控制流程图。所述的自适应控制扭矩计算模块的换向模式，进入换向模式以后，自适应控制扭矩计算模块通过信号采集模块和车辆状态模块确定要打开的离合器和要闭合的离合器，同时获取离合器的速差、车速、离合器剩余充油时间及根据发动机扭矩折算的前进和后退离合器传递的扭矩等信息。

将过程包括离合器打开阶段和离合器闭合阶段；离合器打开阶段包括预打开阶段、打开进行阶段和完全打开阶段，离合器闭合阶段包括预结合阶段、结合进行阶段和完全结合阶段；

打开离合器进入预打开阶段，要求扭矩从最大扭矩减小至折算扭矩，闭合离合器进入预结合阶段，进行快速充油，要求扭矩为充油扭矩；闭合离合器剩余充油时间为零时，充油结束，此时要求离合器扭矩减小至恰好克服离合器弹簧力的扭矩，此过程仅消除离合器空行程，不传递扭矩，闭合离合器预结合阶段结束，进入结合阶段，打开离合器要求扭矩减小至折算扭矩后，预打开阶段结束，进入打开进行阶段，自适应控制扭矩计算模块根据给定的车速变化曲线，采用自适应闭环控制的方式计算打开离合器的要求扭矩，保证车速按一定的加速度减小，避免冲击，当打开进行阶段结束条件满足后，打开离合器打开进行阶段结束，打开离合进入完全打开阶段，要求扭矩在一定时间内减小至零，闭合离合器在保持扭矩 的基础上，根据给定的离合器速差变化曲线，采用自适应闭环控制的方式计算实时控制扭矩，此过程为动态调节过程，离合器逐渐结合，传递扭矩逐渐增大，车辆按照一定的加速度反向加速，当离合器速差小于一定值以后，该阶段控制结束，离合器要求扭矩变为最大值，进入离合器结合完成阶段，换向完成。

进一步地，整个过程中，若换向时间超过一定值，则起步超时，进入安全保护模块，保护离合器不因长时间滑模而损坏。

进一步地，如图6所示，为本发明换向灵敏度旋钮调节流程图。所述的换向灵敏度旋钮，指驾驶员可以通过将其旋转至不同的位置，通过换向灵敏度调节旋钮调节出适合自身的拖拉机起步和换向速度，实现车辆不同的负载起步和负载换向速度，以满足不同驾驶员驾驶习惯不同的需求；使拖拉机的起步和换向控制更具适应性，相比传统的机械拖拉机，缩短了拖拉机工作过程中的换向时间，进而提高了拖拉机的工作效率，节省了物力和财力；

进一步地，所述的安全保护模块，根据车辆状态计算模块计算的信息以及故障诊断模块传递的故障信息，对车辆安全和人身安全进行一定的保护；当车辆速度大于12km/h时，为保护人身安全和车辆安全，禁止进行负载换向，如若进行换向操作，将断开前进和后退离合器；启动发动机时，若方向杆在前进或后退位置，安全保护模块会将方向杆状态视为无效，避免车辆意外起步；当故障诊断模块检测到离合器打滑故障后，安全保护模块会强制切断前进和后退离合器，避免离合器的进一步损坏；此外，安全保护模块也对换向时间和起步时间进行计时，如若超时，为避免离合器长时间滑摩而烧毁，则通过切断前进和后退离合器进行保护；当检测到车辆实际方向与驾驶要求的方向不一致时，安全保护模块也会启动相应的保护措施。

可以通过控制中的安全保护模块，对驾驶人员的一些误操作及拖拉机本身的一些故障进行有效的处理，对拖拉机和人身产生一定的保护。

进一步地，所述的故障诊断模块，通过车辆状态计算模块信息，对于期望不符合的车辆状态、硬件故障等进行自诊断，并将诊断结果以广播形式发送到总线，在仪表上显示，提示驾驶员进行车辆维修或保养，降低车辆维修时故障点查询难度，缩短维修时间，提高维修效率，同时将故障信息传递给安全保护模块。

如图7所示，为本发明负载换向控制装置操作流程图，一种拖拉机可调节自适应负载换向控制方法，包括以下步骤：

1）驾驶员将车辆上电，启动发动机，挂好档位，释放驻车制动器；

2）操作杆从空挡位置置于前进位置或后退位置，车辆平稳起步；

若方向杆位于前进方向位置，则后退离合器的要求扭矩为零，后退离合器断开，前进离合器进入快速充油阶段，离合器要求扭矩为恒定扭矩，当离合器当剩余充油时间为零时，表示快速充油阶段结束；

然后，进入离合器结合进行阶段，自适应控制扭矩计算模块根据给定的离合器速差变化曲线，对离合器进行自适应闭环控制，实时计算离合器要求扭矩，离合器逐渐结合，传递扭矩逐渐增大，车辆按照一定的加速度平稳起步，当离合器速差小于一定值以后，该阶段控制结束；离合器要求扭矩变为最大值，进入离合器结合完成阶段，起步完成；

若方向杆位于后退方向位置，则前进离合器的要求扭矩为零，前进离合器断开，后退离合器进入快速充油阶段，离合器要求扭矩为恒定扭矩，当离合器当剩余充油时间为零时，表示快速充油阶段结束；

然后，进入离合器结合进行阶段，自适应控制扭矩计算模块根据给定的离合器速差变化曲线，对离合器进行自适应闭环控制，实时计算离合器要求扭矩，离合器逐渐结合，传递扭矩逐渐增大，车辆按照一定的加速度平稳起步，当离合器速差小于一定值以后，该阶段控制结束；离合器要求扭矩变为最大值，进入离合器结合完成阶段，起步完成；

3）车辆在行走过程中，无论负载情况如何，也无论工况如何，只要车速不大于12km/h，驾驶员将方向杆直接由前进位置置于后退位置，自适应负载换向控制装置进入换向模式，车辆从前进方向平稳变化至后退方向，自动完成负载换向；

进入换向模式以后，自适应控制扭矩计算模块通过信号采集模块和车辆状态模块确定要打开的离合器和要闭合的离合器，同时获取离合器的速差、车速、离合器剩余充油时间及根据发动机扭矩折算的前进和后退离合器传递的扭矩信息；打开离合器进入预打开阶段，要求扭矩从最大扭矩减小至折算扭矩，闭合离合器进入预结合阶段，进行快速充油，要求扭矩为充油扭矩；闭合离合器剩余充油时间为零时，充油结束，离合器扭矩减小至恰好克服离合器弹簧力的扭矩，闭合离合器预结合阶段结束，进入结合阶段，打开离合器要求扭矩减小至折算扭矩后，预打开阶段结束，进入打开进行阶段；自适应控制扭矩计算模块根据给定的车速变化曲线，采用自适应闭环控制的方式计算打开离合器的要求扭矩，保证车速按一定的加速度减小，避免冲击；当打开离合器打开进行阶段结束条件满足后，打开离合器打开进行阶段结束，打开离合进入完全打开阶段，要求扭矩在一定时间内减小至零，闭合离合器在保持扭矩的基础上，根据给定的离合器速差变化曲线，采用自适应闭环控制的方式计算实时控制扭矩，离合器逐渐结合，传递扭矩逐渐增大，车辆按照一定的加速度反向加速，当离合器速差小于一定值以后，该阶段控制结束，离合器要求扭矩变为最大值，进入离合器结合完成阶段，换向完成；

4）车辆在行走过程中，无论负载情况如何，也无论工况如何，只要车速不大于12km/h，驾驶员将方向杆直接由后退位置置于前进位置，自适应负载换向控制装置进入换向模式，则车辆从后退方向平稳变化至前进方向，自动完成负载换向；

5）驾驶员可通过将换向灵敏度旋钮置于不同的位置，实现对起步和换向速度的调节；

6）车辆行走过程中，驾驶员将方向杆置于空挡位置，则前进或后退离合器断开，车辆进入空挡滑行模式，可通过踩刹车使车辆停止或依靠惯性等使车辆自行停止。

综上所述，一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置及控制方法，可以通过控制器，自动的计算出当前负载，当前车速下最佳的离合器结合要求扭矩曲线，有效的改善了拖拉机不同载荷、不同工况下起步和换向冲击大的问题，有效的降低了拖拉机起步和换向过程中对拖拉机自身的机械冲击，同时也为拖拉机的进一步智能化发展提供了平台。

以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置，包括负载换向控制装置及该装置的控制模块，其特征在于：

所述负载换向控制装置包括液压源、前进及后退湿式离合器和液压控制模块；液压源为发动机带动液压泵获得的恒定压力源，液压油通过液压油路传送至液压控制模块，液压控制模块控制液压油路的回路开通、关断，从而控制前进和后退离合器的结合、分离；

所述负载换向控制装置的控制模块包括换向控制器、速度传感器、操作手柄、换向灵敏度旋钮和用于控制液压控制模块的比例电磁阀；

所述换向控制器集成了信号采集模块、车辆状态计算模块、自适应控制扭矩计算模块、驱动及通信模块、故障诊断模块和安全保护模块；所述信号采集模块通过换向控制器连接的操作手柄和换向灵敏度旋钮采集驾驶员的操作动作，同时采集车辆传动系的速度信号及发动机的输入扭矩信号；所述车辆状态计算模块根据信号采集模块采集的信号对驾驶员的操作意图进行判断，同时对车辆状态和车辆工况进行计算；所述自适应控制扭矩计算模块根据车辆状态计算模块判定的驾驶员的操作意图和车辆状态及工况，实时计算控制车辆负载起步或换向需要的扭矩；所述驱动及通信模块根据计算扭矩，通过闭环控制方式控制比例电磁阀的开度，进而通过比例电磁阀控制前进和后退湿式离合器，同时进行总线信息交互；所述故障诊断模块对车辆的故障信息进行诊断，同时发给安全保护模块和驱动及通信模块；

在所述前进和后退湿式离合器的从动端和传动系输出端均加装有转速传感器，对离合器结合过程和结合后的转速进行实时的采集，为负载换向控制装置的控制模块实时提供离合器结合和分离信息，同时提供车辆的车速信息；所述换向灵敏度旋钮旋转至不同的位置，控制车辆选择不同的负载起步和负载换向速度；

所述的车辆状态计算模块，通过信号采集模块采集的信息，判断驾驶员的操作意图，将驾驶员操作划分为起步模式和换向模式，根据转速信号计算离合器的实时速差和车辆的实时车速，同时根据发动机的扭矩信号，计算折算到前进离合器和后退离合器名义上完全结合传递的扭矩，为自适应控制扭矩计算模块提供数据支持；

所述的自适应控制扭矩计算模块，接收信号采集模块的信息，根据车辆状态计算模块划分的驾驶员操作模式，对起步模式和换向模式进行不同的算法构建，从而计算出不同的离合器结合和分离要求的扭矩曲线；

所述的自适应控制扭矩计算模块的起步模式，将离合器的结合过程分为快速充油阶段、结合进行阶段和结合完成阶段；快速充油阶段结束根据剩余充油时间决定，结合进行阶段结束根据结合离合器的速差变化决定；

所述的自适应控制扭矩计算模块的换向模式，将过程包括离合器打开阶段和离合器闭合阶段；离合器打开阶段包括预打开阶段、打开进行阶段和完全打开阶段，离合器闭合阶段包括预结合阶段、结合进行阶段和完全结合阶段；

打开进行阶段和结合进行阶段均通过自适应闭环控制方式进行控制；打开离合器和闭合离合器控制过程中要求扭矩通过控制算法进行交叉；

所述的安全保护模块，根据车辆状态计算模块计算的信息以及故障诊断模块传递的故障信息，对车辆安全和人身安全进行一定的保护；

当车辆速度大于12km/h时，为保护人身安全和车辆安全，禁止进行负载换向，如若进行换向操作，将断开前进和后退离合器；

启动发动机时，若方向杆在前进或后退位置，安全保护模块会将方向杆状态视为无效，避免车辆意外起步；

当故障诊断模块检测到离合器打滑故障后，安全保护模块会强制切断前进和后退离合器，避免离合器的进一步损坏；

安全保护模块对换向时间和起步时间进行计时，如若超时，为避免离合器长时间滑摩而烧毁，则通过切断前进和后退离合器进行保护；

当检测到车辆实际方向与驾驶要求的方向不一致时，安全保护模块也会启动保护措施。

2.如权利要求1所述的一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置，其特征在于：所述的故障诊断模块，通过车辆状态计算模块信息，对于期望不符合的车辆状态、硬件故障进行自诊断，并将诊断结果以广播形式发送到总线，在仪表上显示，同时将故障信息传递给安全保护模块。

3.如权利要求1所述的一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）驾驶员将车辆上电，启动发动机，挂好挡位，释放驻车制动器；

2）操作杆从空挡位置置于前进位置或后退位置，自适应负载换向控制装置进入起步模式，车辆平稳起步；

3）车辆在行走过程中，若车速不大于12km/h，驾驶员将方向杆直接由前进位置置于后退位置，自适应负载换向控制装置进入换向模式，车辆从前进方向平稳变化至后退方向，自动完成负载换向；

4）车辆在行走过程中，若车速不大于12km/h，驾驶员将方向杆直接由后退位置置于前进位置，自适应负载换向控制装置进入换向模式，则车辆从后退方向平稳变化至前进方向，自动完成负载换向；

5）驾驶员可通过将换向灵敏度旋钮置于不同的位置，实现对起步和换向速度的调节；

6）车辆行走过程中，驾驶员将方向杆置于空挡位置，则前进或后退离合器断开，车辆进入空挡滑行模式，可通过踩刹车使车辆停止或依靠惯性使车辆自行停止。

4.如权利要求3所述的一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置的控制方法，其特征在于：所述步骤2）具体包括以下步骤：

21）若方向杆位于前进方向位置，则后退离合器的要求扭矩为零，后退离合器断开，前进离合器进入快速充油阶段，离合器要求扭矩为恒定扭矩，当离合器当剩余充油时间为零时，表示快速充油阶段结束；

然后，进入离合器结合进行阶段，自适应控制扭矩计算模块根据给定的离合器速差变化曲线，对离合器进行自适应闭环控制，实时计算离合器要求扭矩，离合器逐渐结合，传递扭矩逐渐增大，车辆按照一定的加速度平稳起步，当离合器速差小于一定值以后，该阶段控制结束；

离合器要求扭矩变为最大值，进入离合器结合完成阶段，起步完成；

22）若方向杆位于后退方向位置，则前进离合器的要求扭矩为零，前进离合器断开，后退离合器进入快速充油阶段，离合器要求扭矩为恒定扭矩，当离合器当剩余充油时间为零时，表示快速充油阶段结束；

然后，进入离合器结合进行阶段，自适应控制扭矩计算模块根据给定的离合器速差变化曲线，对离合器进行自适应闭环控制，实时计算离合器要求扭矩，离合器逐渐结合，传递扭矩逐渐增大，车辆按照一定的加速度平稳起步，当离合器速差小于一定值以后，该阶段控制结束；

离合器要求扭矩变为最大值，进入离合器结合完成阶段，起步完成；

安全保护模块自进入起步模式开始计时。

5.如权利要求3所述的一种拖拉机可调节自适应负载换向控制装置的控制方法，其特征在于：所述步骤3）具体包括以下步骤：

31）进入换向模式以后，自适应控制扭矩计算模块通过信号采集模块和车辆状态模块确定要打开的离合器和要闭合的离合器，同时获取离合器的速差、车速、离合器剩余充油时间及根据发动机扭矩折算的前进和后退离合器传递的扭矩信息；

32）打开离合器进入预打开阶段，要求扭矩从最大扭矩减小至折算扭矩，闭合离合器进入预结合阶段，进行快速充油，要求扭矩为充油扭矩；

33）闭合离合器剩余充油时间为零时，充油结束，离合器扭矩减小至恰好克服离合器弹簧力的扭矩，闭合离合器预结合阶段结束，进入结合阶段，打开离合器要求扭矩减小至折算扭矩后，预打开阶段结束，进入打开进行阶段；

34）自适应控制扭矩计算模块根据给定的车速变化曲线，采用自适应闭环控制的方式计算打开离合器的要求扭矩，保证车速按一定的加速度减小，避免冲击；

35）当打开离合器打开进行阶段结束条件满足后，打开离合器打开进行阶段结束，打开离合进入完全打开阶段，要求扭矩在一定时间内减小至零，闭合离合器在保持扭矩的基础上，根据给定的离合器速差变化曲线，采用自适应闭环控制的方式计算实时控制扭矩，离合器逐渐结合，传递扭矩逐渐增大，车辆按照一定的加速度反向加速，当离合器速差小于一定值以后，该阶段控制结束，离合器要求扭矩变为最大值，进入离合器结合完成阶段，换向完成。