淺談基于CAN 總線技術上的正流量控制論文
隨著國內排放法規(guī)的日益嚴格和汽車電子技術的迅速發(fā)展，在重型車輛上使用的電控柴油發(fā)動機開始在工程機械中批量應用。在整機配套過程中，以發(fā)動機為驅動動力的行走類工程機械的經濟性、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。以CAN總線技術為代表的汽車電子技術應用于工程機械的動力控制管理和系統(tǒng)功能控制已成為不可或缺的配套組成，其應用技術的延伸構成了當前的“基于CAN總線技術的正流量控制”系統(tǒng)。
1 從“小馬拉大車”說起
所謂“小馬拉大車”是指工程機械中的動力——發(fā)動機的額定功率小于驅動執(zhí)行機構的液壓系統(tǒng)中液壓泵的理論最大功率的現象，這是工程機械動力系統(tǒng)配套很經典配套的現象，如挖掘機、履帶式起重機、大噸位的汽車起重機等等。
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——變量泵恒功率設定值;
Δp——負載工作壓差;
Q——泵輸出流量。
輕載時液壓泵大流量輸出，執(zhí)行機構可以高速作業(yè)滿足速度要求;重載時液壓泵小流量輸出，執(zhí)行機構可以低速作業(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動功率又不至過大。
2 發(fā)動機轉速功率特性
無論使用何種燃料的內燃發(fā)動機，對于活塞發(fā)動機的功率特性均符合基本公式：
P=k·M·n
式中P——發(fā)動機有效輸出功率;
k——比例系數;
M——負載扭矩;
n——發(fā)動機轉速。
發(fā)動機的輸出扭矩和作為負載決定轉速。當負載扭矩達到平衡時轉速就達到穩(wěn)定狀態(tài)。發(fā)動機的輸出功率是變化的，是與轉速有關的，在相同燃料供給情況下，負載扭矩的變化會導致發(fā)動機的轉速和輸出功率的變化。
3 正流量控制
正流量控制是基于負流量控制概念上的一個延伸。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是正的對應關系;與之相反的就是負流量控制。
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控制負載壓力為控制信號，在控制換向閥換向工作的同時控制變量泵輸出流量;當空載運行時，即沒有先導控制信號輸出時，變量泵輸出趨于零流量，從而達到節(jié)能的目的。較之負流量控制，在液壓系統(tǒng)空載運行時因沒有不少于20L/min的卸荷流量要求相對更為節(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現了對恒功率變量泵的主動控制，是正流量控制。變量泵在空載運行時的工作狀態(tài)受到正流量控制;變量泵在負載工作時，依據負載反饋控制原理與負載反饋比例多路閥組合實現對執(zhí)行機構精準的流量(速度)控制和多重動作的復合操作，實現了對執(zhí)行機構操作品質的改善，并且實現了液壓系統(tǒng)在有負載工作中的節(jié)能。
4 完全正流量控制系統(tǒng)
以起重機為例，起吊時，液壓系統(tǒng)需要吸收足夠的功率才能起吊載荷，但當液壓系統(tǒng)負載突然上升時，如起吊重物將脫離支撐物成懸空狀態(tài)，發(fā)動機的輸出功率無法實現快速跟進，于是只有轉速急劇下降，甚至導致發(fā)動機熄火，因此為了有效提起載荷，操作者一般會將油門給加大，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)動機的速度特性形成一個完全的正比例控制系統(tǒng)。負載反饋比例多路閥操作指令信號與柴油機功率狀態(tài)信息互享，同時控制變量泵的恒功率變量點，使之與發(fā)動機輸出功率時時相匹配。對于比例功率變量泵來說，通過PLC控制實現P 和Q 的比例控制來實現功率的變化。
在低功率區(qū)，既發(fā)動機低速工作區(qū)域，可以自動設定較低的恒功率變量點�；蚩梢暂^小的輸出流量驅動較重負載;或可以較大的輸出流量驅動較輕負載。如圖3中的虛線C。由于恒功率變量點與發(fā)動機輸出功率時時相匹配能夠防止發(fā)動機熄火，提高了機械的工作品質，在高功率區(qū)，是指發(fā)動機高速工作區(qū)域，可以自動設定較高的恒功率變量點，保證液壓系統(tǒng)對發(fā)動機功率的吸收，提高系統(tǒng)效率。即使在極限重載時，一方面通過液壓功率變量實現降低變量泵的排量，另一方面也可以通過電比例控制降低變量泵的排量，以期實現更大的輸出壓力，適應系統(tǒng)重載載荷。如圖3中的`虛線D。這樣，發(fā)動機的輸出功率能夠被充分利用，達到一個較高的節(jié)能控制，再結合負載反饋比例多路閥對執(zhí)行機構操作品質的改善作用就構筑了一個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總線技術與正流量控制
基于CAN 總線控制的正流量液壓系統(tǒng)負載反饋式比例多路閥操作指令的信息可以提取液壓信號直接控制可變功率變量泵，如采用液控先導操作的液壓系統(tǒng)就可以用液控先導操作指令直接控制空載運行時的變量泵的工作狀態(tài);但現在多以電信號方式獲得多路閥操作指令信息，即使是采用液控先導操作的液壓系統(tǒng)也是將液控先導操作指令轉換為電信號，經電控系統(tǒng)處理后再控制變量泵，因為正流量控制不是一個孤立的控制單元，也不是僅僅為了節(jié)能而設計的，在現代電子控制技術的支持下利用電信號的處理和控制能夠實現很多功能。如邏輯控制和安全保護、緩沖保護、精確速度控制、柴油機功率匹配等等，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控制過程。在現代技術中，提取、編譯、傳輸操控指令和各個元件工作信息的最簡潔和經濟的方法就是將各類信息或指令的物理信號如力、壓力、位移、角度、速度、轉速、力矩、扭矩、溫度等變換為電信號。它將執(zhí)行機構的負載狀態(tài)、液壓油泵的工作狀態(tài)、柴油機的工作狀態(tài)有機地結合在一起，充分地利用了柴油機有效功率提高作業(yè)效率、抗擊負載沖擊、改善了操作品質，實現了工程機械的“機-電-液”一體化設計。
隨著2014年工程機械設備進入歐IV標準，為液壓的電控系統(tǒng)和發(fā)動機的電控系統(tǒng)的對話建立了良好的平臺。在這一平臺之上就需要有大量、快速和可靠的信息溝通，這就要依賴CAN總線技術這輛“高鐵”了。
6 結束語
CAN總線技術的發(fā)展和發(fā)動機控制技術的提高，也同樣要求工程機械的液壓系統(tǒng)從粗放型的模糊純液壓控制走向精準型電液復合控制模式。完全正流量控制是一個系統(tǒng)工程，正流量控制的液壓系統(tǒng)是這個系統(tǒng)的基礎;工程機械的各個執(zhí)行機構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。CAN技術的應用強化了這個系統(tǒng)的神經功能，基于CAN總線技術的正流量提高了正流量控制的系統(tǒng)的效率和可靠性。
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