一种用于直线换挡结构的自动换挡装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于直线换挡结构的自动换挡装置与方法，属于农机装备及自动控制领域。本发明专利技术针对目前国内农业机械无法完成电控自动换挡问题，采用控制器实时智能检测实际挡位和意图控制挡位实现挡位切换，进而利用位移传感器和力传感器构成双闭环故障自检装置检测实际挡位位置并完成意图控制挡位位置锁止，实现故障自检的精确换挡。本发明专利技术具有体积小、构成简单，稳定性和实时性好以及安全性和自动换挡成功率高等特点，并对直线换挡结构具有良好的通用性。好的通用性。好的通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于直线换挡结构的自动换挡装置与方法


[0001]本专利技术涉及农机装备及自动控制领域，特别是一种用于直线换挡结构的自动换挡装置与方法。

技术介绍

[0002]近年来国家对农业机械智能化的发展提出了更高的要求，农业劳动力匮乏以及缺乏熟练的农机手，农民对农业机械智能化的需求逐步增加，其中国内拖拉机均采用手动换挡，驾驶操作复杂易出错；为了缩小与国外先进产品差距，提高智能化和现代化水平，众多专家学者开展了相关设计研究，取得了突破性进展。但目前农业机械的自动换挡装置技术仍存在不足：
[0003](1)农业机械换挡结构形式多样，一般常见的有：“王字”挡、“工字”挡、“一字”挡和复杂挡位，在国内目前技术水平和农业经济发展水平现状下均无法实现原机身自动智能换挡，需要后加装机械结构实现自动换挡，针对于后加装自动换挡装置，已有适用于“王字”挡、“工字”挡和复杂挡位的机械结构，但其结构复杂，对于“一字”挡的实用性和实际价值有限；
[0004](2)对于农业机械后加装自动换挡装置，通常采用电动推杆或者电机作为驱动部件，控制挡杆运动换挡，由于换挡过程中存在机械结构配合，会有运动阻力产生，可能导致电动推杆或者电机出现超调现象，导致换挡失败，因此在设计机械结构时需要考虑添加位置锁止机构，抑制电动推杆或者电机发生超调现象；
[0005](3)自动换挡过程中会出现换挡故障现象，进而导致挡位换挡不到位或者超调情况发生，造成换挡失败，影响农业机械正常作业性能，因此需要对换挡故障进行检测排查并及时处理。
[0006]近年来在国家大力发展农机无人驾驶的支持下，后加装农业机械自动换挡装置越来越多地受到人们关注，中国专利(CN108895157A)利用双电动推杆设计了一种轮式拖拉机自动换挡通用装置，实现了稳定精确换挡，具有通用性，但是其换挡装置复杂且不具备位置锁止机构，会出现位置超调导致换挡失败，不适用简单形式换挡装置；中国专利(CN110822076A)利用力传感器进行故障自检处理方法复杂冗余。因此，对于直线换挡形式的机构需要实现结构简单、性能稳定、响应迅速和控制精准的自动换挡装置设计。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种用于直线换挡结构的自动换挡装置与方法，实现快速精准控制。
[0008]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0009]一种用于直线换挡结构的自动换挡装置，包括自动换挡装置、农机变速箱换挡拨杆和农机变速箱，自动换挡装置底端与农机变速箱换挡拨杆连接，农机变速箱换挡拨杆安装在农机变速箱顶端；
[0010]所述自动换挡装置包括壳体和挡杆，挡杆由L形杆部和垂直于L形杆部水平段的竖直杆部构成，L形杆部穿过壳体侧面，竖直杆部穿过壳体底端；竖直杆部顶端且背向L形杆部竖直段处连接卡口挡片固联弯杆，卡口挡片固联弯杆末端固定卡口挡片，竖直杆部下端依次与电压式自复位位移传感器和力传感器的顶端固联，力传感器末端与直流电动推杆顶端固连，电压式自复位位移传感器和直流电动推杆的尾端均与固连载壳体上的安装固联板连接；卡口挡片固联弯杆与L形杆部竖直段之间设有实际挡位触发记录板，实际挡位触发记录板与固定在壳体内部顶端的行程开关配合；
[0011]所述壳体上设有实际挡位指示灯和意图控制挡位指示灯；
[0012]所述壳体内部固定有推拉式电磁离合器固定板，推拉式电磁离合器固定板上固定有4个推拉式电磁离合器。
[0013]上述技术方案中，所述4个推拉式电磁离合器依次为：低速挡限位推拉式电磁离合器、中速挡减挡限位推拉式电磁离合器、中速挡加档限位推拉式电磁离合器和高速挡限位推拉式电磁离合器。
[0014]上述技术方案中，所述实际挡位指示灯设置3个，分别为低速挡实际挡位指示灯、中速挡实际挡位指示灯和高速挡实际挡位指示灯。
[0015]上述技术方案中，所述意图控制挡位指示灯设置3个，分别为低速挡位指示灯、中速挡位指示灯和高速挡位指示灯。
[0016]上述技术方案中，所述行程开关包括低速挡行程开关、中速挡行程开关和高速挡行程开关。
[0017]上述技术方案中，所述行程开关的中心轴线与实际挡位触发记录板的中心轴线位于同一水平面。
[0018]上述技术方案中，所述卡口挡片水平中心轴线位置两边各设有一个半圆缺口，两半圆缺口与推拉式电磁离合器的芯杆中心轴线位于同一水平面。
[0019]上述技术方案中，所述行程开关与控制器连接，所述控制器与模拟量扩展模块、多路继电器模组、三档位旋转开关和远程无线遥控器连接，所述多路继电器模组与直流电动推杆、实际挡位指示灯、意图控制挡位指示灯和推拉式电磁离合器连接，所述模拟量扩展模块与力传感器和位移传感器进行信号传输。
[0020]一种自动换挡控制方法，包括如下步骤：
[0021]步骤(1)，控制器接收远程无线遥控器的作业模式开关量控制指令，手动作业模式按下，进入步骤(2)；无人驾驶作业模式按键按下，进入步骤(7)；
[0022]步骤(2)，当三档位旋转开关或远程无线遥控器的意图控制挡位按键被触发，同时实际挡位触发记录板触发行程开关，控制器接收开关量指令，将意图控制挡位数值和实际挡位数值相减获得加减挡位控制寄存器D300数值，所述加减挡位控制寄存器D300数值等于
‑
2或
‑
1或0或1或2；
[0023]步骤(3)，当所述D300数值＝
‑
2时，高速挡限位推拉式电磁离合器得电，芯杆伸出；当所述D300数值＝
‑
1时，中速挡加档限位推拉式电磁离合器得电，芯杆伸出；当所述D300数值＝1时，中速挡减挡限位推拉式电磁离合器得电，芯杆伸出；当所述D300数值＝2时，低速挡限位推拉式电磁离合器得电，芯杆伸出；
[0024]步骤(4)，当所述D300数值＜0时，控制器判定为加挡，进入步骤(5)，直流电动推杆
伸长，同时控制器定时器T1启动定时；当所述D300数值＞0时，控制器判定降挡，进入步骤(5
’
)，直流电动推杆缩回，同时控制器定时器T2启动定时；
[0025]步骤(5)，定时器T1定时时间到，控制器检测电压式自复位位移传感器和力传感器的信号，当力传感器输出信号大于设定阈值同时电压式自复位位移传感器信号与对应挡位预赋值一致，则表明换挡成功无故障，返回步骤(4)继续执行检测，否则表明换挡失败，加挡存在故障，直流电动推杆缩回，返回步骤(1)，直至无加挡故障，进入步骤(6)；
[0026]步骤(5
’
)，定时器T2定时时间到，控制器检测电压式自复位位移传感器和力传感器的信号，当力传感器输出信号小于设定阈值同时电压式自复位位移传感器信号与对应挡位预赋值一致，则表明换挡成功无故障，返回步骤(4)继续执行检测，否则表明换挡失败，减挡存在故障，直流电动推杆伸长，返回步骤(1)，直至无减挡故障，进入步骤(6)；
[0027]步骤(6)，当所述D300数值＝0时，控制器判本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于直线换挡结构的自动换挡装置，其特征在于，包括自动换挡装置(1)、农机变速箱换挡拨杆(2)和农机变速箱(3)，自动换挡装置(1)底端与农机变速箱换挡拨杆(2)连接，农机变速箱换挡拨杆(2)安装在农机变速箱(3)顶端；所述自动换挡装置(1)包括壳体和挡杆(4)，挡杆(4)由L形杆部和垂直于L形杆部水平段的竖直杆部构成，L形杆部穿过壳体侧面，竖直杆部穿过壳体底端；竖直杆部顶端且背向L形杆部竖直段处连接卡口挡片固联弯杆(4
‑
2)，卡口挡片固联弯杆(4
‑
2)末端固定卡口挡片(14)，竖直杆部下端依次与电压式自复位位移传感器(7)和力传感器(8)的顶端固联，力传感器(8)末端与直流电动推杆(9)顶端固连，电压式自复位位移传感器(7)和直流电动推杆(9)的尾端均与固连载壳体上的安装固联板(16)连接；卡口挡片固联弯杆(4
‑
2)与L形杆部竖直段之间设有实际挡位触发记录板(4
‑
1)，实际挡位触发记录板(4
‑
1)与固定在壳体内部顶端的行程开关(6)配合；所述壳体上设有实际挡位指示灯(5)和意图控制挡位指示灯(12)；所述壳体内部固定有推拉式电磁离合器固定板(10)，推拉式电磁离合器固定板(10)上固定有4个推拉式电磁离合器(11)。2.根据权利要求1所述的自动换挡装置，其特征在于，所述4个推拉式电磁离合器(11)依次为：低速挡限位推拉式电磁离合器(11
‑
1)、中速挡减挡限位推拉式电磁离合器(11
‑
2)、中速挡加档限位推拉式电磁离合器(11
‑
3)和高速挡限位推拉式电磁离合器(11
‑
4)。3.根据权利要求1所述的自动换挡装置，其特征在于，所述实际挡位指示灯(5)设置3个，分别为低速挡实际挡位指示灯、中速挡实际挡位指示灯和高速挡实际挡位指示灯。4.根据权利要求1所述的自动换挡装置，其特征在于，所述意图控制挡位指示灯(12)设置3个，分别为低速挡位指示灯、中速挡位指示灯和高速挡位指示灯。5.根据权利要求1所述的自动换挡装置，其特征在于，所述行程开关(6)包括低速挡行程开关(6
‑
1)、中速挡行程开关(6
‑
2)和高速挡行程开关(6
‑
3)。6.根据权利要求5所述的自动换挡装置，其特征在于，所述行程开关(6)的中心轴线与实际挡位触发记录板(4
‑
1)的中心轴线位于同一水平面。7.根据权利要求1所述的自动换挡装置，其特征在于，所述卡口挡片(14)水平中心轴线位置两边各设有一个半圆缺口，两半圆缺口与推拉式电磁离合器(11)的芯杆中心轴线位于同一水平面。8.根据权利要求1所述的自动换挡装置，其特征在于，所述行程开关(6)与控制器(17)连接，所述控制器(17)与模拟量扩展模块(21)、多路继电器模组(22)、三档位旋转开关(19)和远程无线遥控器(20)连接，所述多路继电器模组(22)与直流电动推杆(9)、实际挡位指示灯(5)、意图控制挡位指示灯(12)和推拉式电磁离合器(11)连接，所述模拟量扩展模块(21)与力传感器(8)和位移传感器(7)进行信号传输。9.一种根据权利要求1
‑
8所述的自动换挡装置的自动换挡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)，控制器(17)接收远程无线遥控器(20)的作业模式开关量控制指令，手动作业模式按下，进入步骤(2)；无人驾驶作业模式按键按下，进入步骤(7)；步骤(2)，当三档位旋转开关(19)或远程无线遥控器(20)的意图控制挡位按键被触发，同时实际挡位触发记录板(4
‑
1)触发行程开关(6)，控制器(17)接收开关量指令，将意图控
制挡位数值和实际挡位数值相减获得加减挡位控制寄存器D300数值，所述加减挡位控制寄存器D300数值等于
‑
2或

【专利技术属性】
技术研发人员：解彬彬，刘继展，蔡连江，王俭，袁子喻，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：