- 相關(guān)推薦
淺談基于CAN 總線技術(shù)上的正流量控制論文
隨著國內(nèi)排放法規(guī)的日益嚴(yán)格和汽車電子技術(shù)的迅速發(fā)展，在重型車輛上使用的電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)開始在工程機(jī)械中批量應(yīng)用。在整機(jī)配套過程中，以發(fā)動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的行走類工程機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性、作業(yè)性能和作業(yè)效率依然是其制造者和使用者所追求的指標(biāo)。以CAN總線技術(shù)為代表的汽車電子技術(shù)應(yīng)用于工程機(jī)械的動(dòng)力控制管理和系統(tǒng)功能控制已成為不可或缺的配套組成，其應(yīng)用技術(shù)的延伸構(gòu)成了當(dāng)前的“基于CAN總線技術(shù)的正流量控制”系統(tǒng)。
1 從“小馬拉大車”說起
所謂“小馬拉大車”是指工程機(jī)械中的動(dòng)力——發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率小于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)中液壓泵的理論最大功率的現(xiàn)象，這是工程機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)配套很經(jīng)典配套的現(xiàn)象，如挖掘機(jī)、履帶式起重機(jī)、大噸位的汽車起重機(jī)等等。
常見的方法是在液壓系統(tǒng)中引入了恒功率變量泵
系統(tǒng)，其工作公式為：
P=Δp·Q
式中P——變量泵恒功率設(shè)定值;
Δp——負(fù)載工作壓差;
Q——泵輸出流量。
輕載時(shí)液壓泵大流量輸出，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以高速作業(yè)滿足速度要求;重載時(shí)液壓泵小流量輸出，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以低速作業(yè)即滿足作業(yè)性能基本要求又能滿足安全性要求，從而限制液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率又不至過大。
2 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速功率特性
無論使用何種燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的功率特性均符合基本公式：
P=k·M·n
式中P——發(fā)動(dòng)機(jī)有效輸出功率;
k——比例系數(shù);
M——負(fù)載扭矩;
n——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩和作為負(fù)載決定轉(zhuǎn)速。當(dāng)負(fù)載扭矩達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)速就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率是變化的，是與轉(zhuǎn)速有關(guān)的，在相同燃料供給情況下，負(fù)載扭矩的變化會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率的變化。
3 正流量控制
正流量控制是基于負(fù)流量控制概念上的一個(gè)延伸。正流量控制，確切地講是液壓變量泵的輸出流量的正控制，就是變量泵的輸出流量與控制信號(hào)是正的對(duì)應(yīng)關(guān)系;與之相反的就是負(fù)流量控制。
正流量控制基本目的是為了節(jié)能。正流量控制就是以多路換向閥的先導(dǎo)控制負(fù)載壓力為控制信號(hào)，在控制換向閥換向工作的同時(shí)控制變量泵輸出流量;當(dāng)空載運(yùn)行時(shí)，即沒有先導(dǎo)控制信號(hào)輸出時(shí)，變量泵輸出趨于零流量，從而達(dá)到節(jié)能的目的。較之負(fù)流量控制，在液壓系統(tǒng)空載運(yùn)行時(shí)因沒有不少于20L/min的卸荷流量要求相對(duì)更為節(jié)能。
一種正流量控制液壓系統(tǒng)模型，在多路閥操作指令控制下實(shí)現(xiàn)了對(duì)恒功率變量泵的主動(dòng)控制，是正流量控制。變量泵在空載運(yùn)行時(shí)的工作狀態(tài)受到正流量控制;變量泵在負(fù)載工作時(shí)，依據(jù)負(fù)載反饋控制原理與負(fù)載反饋比例多路閥組合實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)精準(zhǔn)的流量(速度)控制和多重動(dòng)作的復(fù)合操作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作品質(zhì)的改善，并且實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)在有負(fù)載工作中的節(jié)能。
4 完全正流量控制系統(tǒng)
以起重機(jī)為例，起吊時(shí)，液壓系統(tǒng)需要吸收足夠的功率才能起吊載荷，但當(dāng)液壓系統(tǒng)負(fù)載突然上升時(shí)，如起吊重物將脫離支撐物成懸空狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率無法實(shí)現(xiàn)快速跟進(jìn)，于是只有轉(zhuǎn)速急劇下降，甚至導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，因此為了有效提起載荷，操作者一般會(huì)將油門給加大，以期提高輸出功率，使液壓系統(tǒng)吸收足夠大的功率，抗擊這種負(fù)載沖擊。但這樣的解決方法也只是“飲鳩止渴”。損失了功率解決了熄火問題。
基于恒功率控制，正流量控制和發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性形成一個(gè)完全的正比例控制系統(tǒng)。負(fù)載反饋比例多路閥操作指令信號(hào)與柴油機(jī)功率狀態(tài)信息互享，同時(shí)控制變量泵的恒功率變量點(diǎn)，使之與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率時(shí)時(shí)相匹配。對(duì)于比例功率變量泵來說，通過PLC控制實(shí)現(xiàn)P 和Q 的比例控制來實(shí)現(xiàn)功率的變化。
在低功率區(qū)，既發(fā)動(dòng)機(jī)低速工作區(qū)域，可以自動(dòng)設(shè)定較低的恒功率變量點(diǎn)。或可以較小的輸出流量驅(qū)動(dòng)較重負(fù)載;或可以較大的輸出流量驅(qū)動(dòng)較輕負(fù)載。如圖3中的虛線C。由于恒功率變量點(diǎn)與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率時(shí)時(shí)相匹配能夠防止發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，提高了機(jī)械的工作品質(zhì)，在高功率區(qū)，是指發(fā)動(dòng)機(jī)高速工作區(qū)域，可以自動(dòng)設(shè)定較高的恒功率變量點(diǎn)，保證液壓系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的吸收，提高系統(tǒng)效率。即使在極限重載時(shí)，一方面通過液壓功率變量實(shí)現(xiàn)降低變量泵的排量，另一方面也可以通過電比例控制降低變量泵的排量，以期實(shí)現(xiàn)更大的輸出壓力，適應(yīng)系統(tǒng)重載載荷。如圖3中的虛線D。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率能夠被充分利用，達(dá)到一個(gè)較高的節(jié)能控制，再結(jié)合負(fù)載反饋比例多路閥對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作品質(zhì)的改善作用就構(gòu)筑了一個(gè)完整的正流量控制的液壓系統(tǒng)，稱之為完全正流量控制。
5 CAN總線技術(shù)與正流量控制
基于CAN 總線控制的正流量液壓系統(tǒng)負(fù)載反饋式比例多路閥操作指令的信息可以提取液壓信號(hào)直接控制可變功率變量泵，如采用液控先導(dǎo)操作的液壓系統(tǒng)就可以用液控先導(dǎo)操作指令直接控制空載運(yùn)行時(shí)的變量泵的工作狀態(tài);但現(xiàn)在多以電信號(hào)方式獲得多路閥操作指令信息，即使是采用液控先導(dǎo)操作的液壓系統(tǒng)也是將液控先導(dǎo)操作指令轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)電控系統(tǒng)處理后再控制變量泵，因?yàn)檎髁靠刂撇皇且粋�(gè)孤立的控制單元，也不是僅僅為了節(jié)能而設(shè)計(jì)的，在現(xiàn)代電子控制技術(shù)的支持下利用電信號(hào)的處理和控制能夠?qū)崿F(xiàn)很多功能。如邏輯控制和安全保護(hù)、緩沖保護(hù)、精確速度控制、柴油機(jī)功率匹配等等，這些都是源于正流量控制是提取操作指令并能夠加以處理的主動(dòng)控制過程。在現(xiàn)代技術(shù)中，提取、編譯、傳輸操控指令和各個(gè)元件工作信息的最簡潔和經(jīng)濟(jì)的方法就是將各類信息或指令的物理信號(hào)如力、壓力、位移、角度、速度、轉(zhuǎn)速、力矩、扭矩、溫度等變換為電信號(hào)。它將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載狀態(tài)、液壓油泵的工作狀態(tài)、柴油機(jī)的工作狀態(tài)有機(jī)地結(jié)合在一起，充分地利用了柴油機(jī)有效功率提高作業(yè)效率、抗擊負(fù)載沖擊、改善了操作品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了工程機(jī)械的“機(jī)-電-液”一體化設(shè)計(jì)。
隨著2014年工程機(jī)械設(shè)備進(jìn)入歐IV標(biāo)準(zhǔn)，為液壓的電控系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)的對(duì)話建立了良好的平臺(tái)。在這一平臺(tái)之上就需要有大量、快速和可靠的信息溝通，這就要依賴CAN總線技術(shù)這輛“高鐵”了。
6 結(jié)束語
CAN總線技術(shù)的發(fā)展和發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的提高，也同樣要求工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)從粗放型的模糊純液壓控制走向精準(zhǔn)型電液復(fù)合控制模式。完全正流量控制是一個(gè)系統(tǒng)工程，正流量控制的液壓系統(tǒng)是這個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ);工程機(jī)械的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作性能需求是系統(tǒng)的主體;電控系統(tǒng)是系統(tǒng)的神經(jīng)。CAN技術(shù)的應(yīng)用強(qiáng)化了這個(gè)系統(tǒng)的神經(jīng)功能，基于CAN總線技術(shù)的正流量提高了正流量控制的系統(tǒng)的效率和可靠性。
【淺談基于CAN 總線技術(shù)上的正流量控制論文】相關(guān)文章：
一種基于CAN總線的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文04-29
基于PCI總線的CAN卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)05-01
基于CAN總線和軟PLC的船舶輔鍋爐控制系統(tǒng)04-27
基于串行外設(shè)接口(SPI)的CAN總線隔離擴(kuò)展設(shè)計(jì)論文05-03
基于USB的CAN總線適配器設(shè)計(jì)05-01
基于改進(jìn)故障模型的CAN總線調(diào)度分析05-02
基于CAN總線的多ECU通信平臺(tái)設(shè)計(jì)05-01
基于CAN總線的軍用汽車控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸研究04-26