濰坊工程職業(yè)學(xué)院山工機電工程學(xué)院　李東艷　趙慶松

工程機械智能控制技術(shù)研究

濰坊工程職業(yè)學(xué)院山工機電工程學(xué)院李東艷趙慶松

本文設(shè)計了一種基于履帶式工程機械的智能控制技術(shù)，該系統(tǒng)通過智能監(jiān)控器設(shè)定固定的前進/倒車比例，實現(xiàn)工程機械自動巡航控制。

工程機械；智能；控制

引言

傳統(tǒng)工程機械在作業(yè)過程中，面對固定的負載，在來回作業(yè)過程中一般以固定的前進和后退檔位速度進行作業(yè)，操作人員需要來回操作換檔手柄，對于短距離運輸物料或移土?xí)r，來回高檔位地操作換檔連桿，既增加了操作人員的勞動強度，又增加了發(fā)動機的功率消耗和設(shè)備的機械磨損。

1　系統(tǒng)組成

為了解決工程機械作業(yè)過程中頻繁換檔所引起的問題，本文提出了一種工程機械智能控制技術(shù)，如圖1所示，此智能控制系統(tǒng)由（1）電控手柄，（2）智能監(jiān)控器，（3）控制器和（4）電控變速箱組成。

圖1　工程機械智能控制技術(shù)結(jié)構(gòu)圖

2　系統(tǒng)控制的原理

工程機械在固定的工作環(huán)境中作業(yè)時，往往以某種固定的行走模式進行往復(fù)運行，一般情況下，在對較輕的物料搬移時，操作人員可以使用F2或者F3檔進行前進作業(yè)，倒退時，高速倒退可以增加工程機械的作業(yè)效率，若操作人員以F2進行作業(yè)，當(dāng)一次前進動作完成后，操作人員需要先降低檔位使工程機械降速、停止之后，換至后退高檔位才可以完成一次往復(fù)運動，一般的檔位變化為F2—F1—空檔—R1—R2—R3，而這樣頻繁換檔在來回的作業(yè)過程中，將極大地增加操作者的勞動強度，同時，也將大大增加發(fā)動機的功率消耗和機械磨損。

工程機械智能控制技術(shù)，通過可編程的CAN總線式儀表，對前進/倒車車速比例進行設(shè)定，設(shè)定一定的倒車行駛速度，使倒車速度與前進車速呈一定比例關(guān)系。根據(jù)工程機械電控變速箱各檔位的速度特性，將前進/倒車車速比例開關(guān)設(shè)置4個位置，來回翻頁可以調(diào)整對應(yīng)的四個位置。每個開關(guān)位置都預(yù)先給定一個默認的前進/倒車速度比和車速。在監(jiān)控儀表人機界面的位置4處，可以設(shè)置為手動設(shè)定車速比例，前進/倒車車速比例具體數(shù)值允許操作人員利用車速信息顯示器和按鈕自行手動設(shè)置前進和倒車行駛速度。通過前進/倒車車速比例開關(guān)的設(shè)定，可以使行駛速度與工況相匹配。

根據(jù)工程機械各檔位的行走速度規(guī)定值，可在智能監(jiān)控器人機界面處將前進/倒車車速比例開關(guān)位置代表的速比設(shè)定如表1所示。

表1　前進/后退車速比例設(shè)定表

有些情況下，需要降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速來使車速與工況相匹配。工程機械的高怠速一般設(shè)定在1800～2000rpm。轉(zhuǎn)向過程中，如果車速比例開關(guān)設(shè)定到位置1，此時發(fā)動機車速比例較低，若電控手柄F/N/R操縱桿打到左轉(zhuǎn)向或右轉(zhuǎn)向位置，為了保證轉(zhuǎn)向泵的足夠流量，控制器可以通過CAN總線請求發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，以提高轉(zhuǎn)向泵的流量。

智能監(jiān)控器面板上，可編程的前進/倒車速比選擇開關(guān)正常工作時，所選擇開關(guān)位置的開關(guān)量被連接到公共的電路，而其他3個開關(guān)量輸入被內(nèi)部上拉電壓維持在高電平?？刂破靼岩粋€特定的百分比值與每個接地開關(guān)輸入相關(guān)聯(lián)。如果電控手柄方向開關(guān)打到倒車位置，控制器利用所選擇的百分比值來調(diào)節(jié)電控變速箱的倒車行駛速度。

通過工程機械智能控制系統(tǒng)可以設(shè)置一種自動換檔的工作模式，這樣將大大減少操作人員的操作頻率與勞動強度，增加操作的舒適性，同時減少設(shè)備因人工換檔而引起的功率消耗。

3　具體實施方式

工程機械智能控制技術(shù)的具體實施，如圖1所示，可以在智能監(jiān)控器的人機界面中預(yù)先設(shè)定固定的前進/倒車車速比例，一旦操作人員啟用了此功能，功能信號輸入至控制器中，控制器輸出控制電控變速箱實現(xiàn)固定的自動換檔工作模式完成換檔，智能監(jiān)控器的人機界面可以實時提醒駕駛員當(dāng)前時刻的車速比例，告知操作人員機器行走狀態(tài)；電控手柄、智能監(jiān)控器和控制器之間的連接基于CAN總線通信，一旦自適應(yīng)工況巡航模式被啟用，智能監(jiān)控器能夠準確地通過CAN總線向控制器下發(fā)固定模式的車速比例，電控手柄的動作信號也通過CAN總線向控制器下發(fā)車輛行走狀態(tài)信號，控制器能夠周全地對電控變速箱的換檔進行控制，實現(xiàn)自動巡航控制；智能監(jiān)控器內(nèi)部的“前進/倒車車速比例開關(guān)”允許操作人員利用信息顯示模塊和按鈕，根據(jù)實際工況自行設(shè)置前進和倒車行駛速度。前進/倒車車速比例開關(guān)的設(shè)定，可以使行駛速度與工況相匹配，從而提高了車輛的工作效率，減少了燃油消耗；控制器內(nèi)部循環(huán)程序具有自動負荷記憶學(xué)習(xí)功能，當(dāng)智能監(jiān)控器設(shè)置為負荷記憶模式時，控制器判斷來自電控手柄的來回換檔信號，當(dāng)檢測到同一模式下?lián)Q檔循環(huán)大于等于3次時，控制器將根據(jù)內(nèi)部標定的前進/倒車車速比例系數(shù)，將車輛的前進后退速度設(shè)定至標定車速，若此種換擋狀態(tài)有所變化，則控制器負荷記憶循環(huán)自動清零，重新記憶，這種自適應(yīng)工況記憶模式，能大大降低操作人員的操作頻率，減輕勞動強度，增加操作的舒適性，同時減少設(shè)備因人工換檔引起的功率消耗。

4　結(jié)語

通過本文中的工程機械智能控制技術(shù)的實施，可以使工程機械根據(jù)當(dāng)前工況自動記憶學(xué)習(xí)一種固定的模式，很好地實現(xiàn)自動巡航控制，提高設(shè)備的操控性和高速舒適性，減少設(shè)備因人工換檔引起的功率消耗和機械磨損，提高工作效率，降低燃油消耗和排放。

［1］王大宇.CAN總線技術(shù)在智能工程機械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.建筑機械，2005（06）.

［2］趙慶松，李東艷.工程機械智能造型控制系統(tǒng)研究［J］.機械工程師，2014（06）.

李東艷，1982年2月出生，山東日照人，碩士，教師，研究方向：機電系統(tǒng)控制及自動化。