一种港口机械全自动变速箱限挡限速控制方法及系统与流程

1.本发明属于工程机械技术领域，涉及一种港口机械全自动变速箱限挡限速控制方法及系统。


背景技术：

2.港机正面吊是一款装卸、搬运和堆垛集装箱的专用起重机械设备，具有方便灵活、作业效率高的优点，主要应用于港口码头、铁路公路、物流中转站等各类集装箱货场。正面吊作业时具有运输距离短、载荷多变以及频繁带载行驶的特征。
3.港机空载时可以高速行驶，带载时车速不能过高，必须限制最高车速，防止倾覆。为了同时保证作业安全和作业效率，整车控制单元vcu根据车辆实际载荷大小和姿态，计算调整最高车速限值，并发送给变速箱控制单元tcu，由变速箱控制单元tcu实现整机最高车速的控制。
4.然而港机作业过程载荷和姿态多变，需要不断调整最高车速限值。因此，接收并准确响应整机限速请求，在保证作业安全的前提下，对提高整机作业效率有重大意义。
5.现有技术存在以下缺陷：现有技术多采用车辆仪表或限速装置，通过修正发动机油门信号输入、仅限制发动机转速或变速箱最高挡位实现最高车速限制。
6.对于配置多挡位的港口机械全自动变速箱，各挡位的车速范围大，仅通过限制发动机转速或最高变速箱挡位，无法实现车速限制的精细化、准确化控制，造成车辆低速状态动力不足和高速状态容易超速的问题。


技术实现要素：

7.目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种港口机械全自动变速箱限挡限速控制方法及系统。根据整机控制单元vcu限速请求，由变速箱控制单元tcu实现变速箱挡位和发动机转速的联合控制，从而实现港机产品车速限制的精细化、准确化控制，保证车辆低速状态的加速能力并避免车辆超速。
8.技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：第一方面，提供一种港口机械全自动变速箱限挡限速控制方法，包括：响应于接收到整机限速请求，获取整机实际车速v
cur
、变速箱当前挡位g
cur
和预设的最高允许车速v
max
；根据最高允许车速v
max
与预设的变速箱各挡位的最高车速v
mmax
确定得到最高允许挡位g
max
，其中v
mmax
为变速箱第m挡位gm的最高车速v
mmax
， m表示变速箱的总挡位数；将变速箱当前挡位g
cur
与最高允许挡位g
max
进行比较；响应于g
cur
＞g
max
，发出指令执行强制降挡控制，直到g
cur
≤g
max
；响应于g
cur
=g
max
，发出指令执行发动机转速限速控制；响应于g
cur
《g
max
，发出指令取消发动机转速限值控制。
9.在一些实施例中，其中所述发动机转速限速控制，包括：
根据确定的最高允许挡位g
max
，计算得到最大允许发动机转速n
max
；将整机实际车速v
cur
与最高允许车速v
max
进行比较，得到车速比较结果，根据车速比较结果，发出对应的指令执行发动机转速限速控制，包括：响应于v
cur
＞v
max
，发出指令将发动机转速限制至最大允许发动机转速n
max
；响应于v
cur
≤v
max
，车速差v
del
=v
max-v
cur
，将车速差v
del
与预设限速控制阈值v
thd
进行比较，响应于v
del
＞v
thd
取消发动机转速限值控制；响应于v
del
≤v
thd
发出指令将发动机转速限制至最大允许发动机转速n
max
。
10.在一些实施例中，根据最高允许车速v
max
与预设的变速箱各挡位的最高车速v
mmax
确定得到最高允许挡位g
max
，包括：获取预设的变速箱gm挡位的最高车速v
mmax
；（3-1）将最高允许车速v
max
与1挡最高车速v
1max
进行比较，如果v
max
≤v
1max
，则g
max
为1，否则进行步骤（3-2）判断；（3-2）将v
max
与2挡最高车速v
2max
进行比较，如果v
max
≤v
2max
，则g
max
为2，否则进行步骤（3-3）判断；（3-3）将v
max
依次与其余挡位的最低档位m的最高车速v
mmax
进行比较，直到满足v
max
≤v
mmax
，g
max
为m。
11.在一些实施例中，根据确定的最高允许挡位g
max
，计算得到最大允许发动机转速n
max
，包括：n
max
=b*v
max
*im*i0/r其中b为发动机转速计算系数；im为变速箱gm挡位的速比，根据最高允许挡位g
max
确定得到；i0为传动轴主减速器速比，r为车轮半径。
12.在一些实施例中，获取整机实际车速v
cur
，包括：获取输出轴转速n
out
，根据输出轴转速n
out
计算得到整机实际车速v
cur
；或，直接获取整机实际车速v
cur
。
13.进一步地，在一些实施例中，根据输出轴转速n
out
计算得到整机实际车速v
cur
，包括：v
cur
=a*n
out
*r/i0其中a为车速计算系数；i0为传动轴主减速器速比，r为车轮半径。
14.在一些实施例中，所述的港口机械全自动变速箱限挡限速控制方法，还包括：响应于g
cur
＞g
max
，发出报警指令提示驾驶员。
15.第二方面，提供一种港口机械全自动变速箱限挡限速控制装置，包括存储器和处理器，存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作，以执行根据第一方面所述的港口机械全自动变速箱限挡限速控制方法。
16.第三方面，提供一种港口机械全自动变速箱限挡限速控制系统，包括根据第二方面所述的港口机械全自动变速箱限挡限速控制装置。
17.第四方面，提供一种港口机械，包括第一方面所述的港口机械全自动变速箱限挡限速控制装置或第二方面所述的港口机械全自动变速箱限挡限速控制系统。
18.有益效果：本发明提供的一种港口机械全自动变速箱限挡限速控制方法及系统，通过上述系统及方法可实现港机产品车速最优限值控制，即可保证车辆低挡位和低速状态
的加速能力，又能避免车辆超速，提升作业效率，保证作业安全。可以方便、准确地实现整机控制单元vcu的限速请求，解决车速限制控制不合理，造成车辆低速状态动力不足和高速状态容易超速的问题。
19.基于变速箱当前挡位判断控制和预设车速限制控制阈值v
thd
，变速箱控制单元tcu实现变速箱挡位和发动机转速的准确控制，保证车辆低挡位和低速状态的加速能力并避免车辆超速。
附图说明
20.图1为本发明实施例的港口机械全自动变速箱限挡限速控制系统示意图；图2为本发明实施例的港口机械全自动变速箱限挡限速控制方法主流程图；图3为本发明实施例的港口机械全自动变速箱限挡限速控制方法详细流程图。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
22.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
23.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
24.实施例1如图2、图3所示，一种港口机械全自动变速箱限挡限速控制方法，包括：响应于接收到整机限速请求，获取整机实际车速v
cur
、变速箱当前挡位g
cur
和预设的最高允许车速v
max
；根据最高允许车速v
max
与预设的变速箱各挡位的最高车速v
mmax
确定得到最高允许挡位g
max
，其中v
mmax
为变速箱第m挡位gm的最高车速v
mmax
， m表示变速箱的总挡位数；将变速箱当前挡位g
cur
与最高允许挡位g
max
进行比较，得到挡位比较结果，根据挡位比较结果，发出指令执行降挡限速控制：响应于g
cur
＞g
max
，发出指令执行强制降挡控制，直到g
cur
≤g
max
；响应于g
cur
=g
max
，发出指令执行发动机转速限速控制；响应于g
cur
《g
max
，发出指令取消发动机转速限值控制。
25.在一些实施例中，其中所述发动机转速限速控制，包括：根据确定的最高允许挡位g
max
，计算得到最大允许发动机转速n
max
；将整机实际车速v
cur
与最高允许车速v
max
进行比较，得到车速比较结果，根据车速比较结果，发出对应的指令执行发动机转速限速控制，包括：
响应于v
cur
＞v
max
，发出指令将发动机转速限制至最大允许发动机转速n
max
；响应于v
cur
≤v
max
，车速差v
del
=v
max-v
cur
，将车速差v
del
与预设限速控制阈值v
thd
进行比较，响应于v
del
＞v
thd
取消发动机转速限值控制；响应于v
del
≤v
thd
发出指令将发动机转速限制至最大允许发动机转速n
max
。
26.在一些实施例中，根据最高允许车速v
max
与预设的变速箱各挡位的最高车速v
mmax
确定得到最高允许挡位g
max
，包括：获取预设的变速箱gm挡位的最高车速v
mmax
；（3-1）将最高允许车速v
max
与1挡最高车速v
1max
进行比较，如果v
max
≤v
1max
，则g
max
为1，否则进行步骤（3-2）判断；（3-2）将v
max
与2挡最高车速v
2max
进行比较，如果v
max
≤v
2max
，则g
max
为2，否则进行步骤（3-3）判断；（3-3）将v
max
依次与其余挡位的最低档位m的最高车速v
mmax
进行比较，直到满足v
max
≤v
mmax
，g
max
为m。
27.在一些实施例中，根据确定的最高允许挡位g
max
，计算得到最大允许发动机转速n
max
，包括：n
max
=b*v
max
*im*i0/r其中b为发动机转速计算系数；im为变速箱gm挡位的速比，根据最高允许挡位g
max
确定得到；i0为传动轴主减速器速比，r为车轮半径。
28.在一些实施例中，获取整机实际车速v
cur
，包括：获取输出轴转速n
out
，根据输出轴转速n
out
计算得到整机实际车速v
cur
；或，直接获取整机实际车速v
cur
。
29.进一步地，在一些实施例中，根据输出轴转速n
out
计算得到整机实际车速v
cur
，包括：v
cur
=a*n
out
*r/i0其中a为车速计算系数；i0为传动轴主减速器速比，r为车轮半径。
30.在一些实施例中，所述的港口机械全自动变速箱限挡限速控制方法，还包括：响应于g
cur
＞g
max
，发出报警指令提示驾驶员。
31.实施例2第二方面，提供一种港口机械全自动变速箱限挡限速控制装置，包括存储器和处理器，存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作，以执行根据第一方面所述的港口机械全自动变速箱限挡限速控制方法。
32.在一些实施例中，所述港口机械全自动变速箱限挡限速控制装置，如图1中所示的控制单元。
33.实施例3第三方面，提供一种港口机械全自动变速箱限挡限速控制系统，包括根据第二方面所述的港口机械全自动变速箱限挡限速控制装置。
34.在一些实施例中，如图1所示，一种港口机械全自动变速箱限挡限速控制系统，由变速箱控制单元tcu、发动机控制单元ecu、整机控制单元vcu、变速箱、传动轴和轮胎组成。
35.发动机与变速箱输入端机械连接，变速箱输出端与传动轴和轮胎机械连接。当变
速箱结合挡位后，可将发动机的动力传输至传动轴和车轮驱动车辆行驶。
36.变速箱控制单元tcu与变速箱通过信号电缆连接，输出挡位控制信号控制变速箱挡位切换。获取变速箱输出轴转速传感器信号，结合传动轴速比和轮胎半径，实时计算当前车速值。
37.发动机控制单元ecu与发动机通过信号电缆连接，接收变速箱控制单元tcu的转速限值请求，实现发动机运行状态控制。
38.变速箱控制单元tcu与整机控制单元vcu通过can总线网络连接，接收整机最高车速限制请求；变速箱控制单元tcu与发动机控制单元ecu通过can总线网络连接，发送最高发动机转速限制请求。
39.港口机械全自动变速箱限挡限速控制步骤如图2所示，控制详细流程如图3所示。具体步骤如下：（1）实时计算整机车速，变速箱控制单元tcu采集输出轴转速传感器信号，获得输出轴转速n
out
，根据v
cur
=a*n
out
*r/i0计算实际车速，其中，a为车速计算系数，i0为传动轴主减速器速比，r为车轮半径；（2）整机限速请求判断，整机控制单元vcu通过can网络将预设的最高允许车速v
max
发送至变速箱控制单元tcu；（3）最高允许挡位g
max
与最大允许发动机转速n
max
计算，预设变速箱gm挡位的最高车速v
mmax
，该车速值可由整机动力匹配计算或由实车测试获取，其中m表示变速箱的总挡位数，最高允许挡位g
max
的判断步骤如下：（3-1）将最高允许车速v
max
与1挡最高车速v
1max
进行比较，如果v
max
≤v
1max
，则g
max
为1，进行步骤（3-4）计算，否则进行步骤（3-2）判断；（3-2）将v
max
与2挡最高车速v
2max
进行比较，如果v
max
≤v
2max
，则g
max
为2，进行步骤（3-4）计算，否则进行步骤（3-3）判断；（3-3）将v
max
依次与其余挡位的最高车速进行比较，直到满足v
max
≤v
mmax
，g
max
为m，进行步骤（3-4）计算；（3-4）根据确定的gm挡位的速比，计算最大允许发动机转速n
max
由n
max
=b*v
max
*im*i0/r，其中b为发动机转速计算系数，im为根据确定的变速箱gm挡位的速比；（4）当前挡位状态判断及控制，对比变速箱当前挡位g
cur
与最高允许挡位g
max
，控制步骤如下：（4-1）若g
cur
≤g
max
，执行步骤（4-2），否则，变速箱控制单元tcu进行强制降挡，并报警提示驾驶员，直到g
cur
≤g
max
时执行步骤（4-2）；（4-2）若g
cur
=g
max
，执行步骤（4-3）进行限速控制，否则g
cur
小于g
max
执行步骤（5-1）；（4-3）对比判断实际车速v
cur
与最高允许车速v
max
，若v
cur
＞v
max
，则执行步骤（5-2），否则v
cur
≤v
max
执行步骤（4-4）；（4-4）计算车速差v
del
=v
max-v
cur
，预设限速控制阈值v
thd
，该数值一般由经验确定，对比当车速差v
del
与限速控制阈值v
thd
，若v
del
＞v
thd
时，执行步骤（5-1），否则执行步骤（5-2）；（5）发动机限速控制，根据发动机限速需求判断，执行发动机转速限值控制，步骤如下：
（5-1）取消发动机转速限值控制，执行步骤（6）；（5-2）执行发动转速限值控制，变速箱控制单元tcu通过can网络将最大允许发动机转速n
max
发送给发动机控制单元ecu，实现发动机限速控制，执行步骤（6）；（6）完成本次限挡限速控制，重复执行步骤（1）。
40.通过上述系统及方法可实现港机产品车速最优限值控制，即可保证车辆低挡位和低速状态的加速能力，又能避免车辆超速，提升作业效率，保证作业安全。
41.实施例4第四方面，提供一种港口机械，包括第一方面所述的港口机械全自动变速箱限挡限速控制装置或第二方面所述的港口机械全自动变速箱限挡限速控制系统。
42.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
43.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
44.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
45.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。