傳統(tǒng)機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電控方法的改進(jìn)

1 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制方法

傳統(tǒng)的機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電控方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制前，需預(yù)先進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。該轉(zhuǎn)速控制方法對(duì)轉(zhuǎn)速的控制過(guò)程如下：預(yù)先通過(guò)油門(mén)擋位旋鈕在控制器內(nèi)設(shè)定轉(zhuǎn)速擋位，作業(yè)時(shí)控制器根據(jù)操作人員選定的油門(mén)擋位向油門(mén)執(zhí)行器輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)，由油門(mén)執(zhí)行器電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)調(diào)節(jié)器軟軸，通過(guò)調(diào)節(jié)軟軸伸縮，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)至油門(mén)擋位旋鈕設(shè)定的轉(zhuǎn)速。

油門(mén)執(zhí)行器讀取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速后反饋給控制器，由控制器將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與預(yù)先設(shè)定好的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較后，對(duì)油門(mén)執(zhí)行器進(jìn)行標(biāo)定，以便在控制器里存儲(chǔ)各擋位目標(biāo)轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)油門(mén)執(zhí)行器電動(dòng)機(jī)軟軸位置反饋電壓。發(fā)動(dòng)機(jī)電控機(jī)械式轉(zhuǎn)速控制方法如圖1所示。

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制，先通過(guò)調(diào)節(jié)油門(mén)擋位旋鈕設(shè)定擋位x。控制器收到油門(mén)擋位旋鈕電信號(hào)后，結(jié)合其內(nèi)部所設(shè)定的擋位目標(biāo)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)關(guān)系，再根據(jù)其標(biāo)定時(shí)所存儲(chǔ)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與油門(mén)執(zhí)行器電動(dòng)機(jī)反饋電壓對(duì)應(yīng)值，向油門(mén)執(zhí)行器輸出PWM信號(hào)。油門(mén)執(zhí)行器收到控制器PWM信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)連接于油門(mén)執(zhí)行器與發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)調(diào)節(jié)器之間的軟軸，以使油門(mén)執(zhí)行器反饋電壓達(dá)到標(biāo)定設(shè)定值v，進(jìn)而使發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)調(diào)節(jié)器到達(dá)設(shè)定位置，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的功能。

2 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制方法存在缺陷

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制方法存在以下3個(gè)缺陷：

一是調(diào)節(jié)過(guò)程沒(méi)有檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值，無(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速處于何值，只要控制器讀取到的油門(mén)執(zhí)行器電動(dòng)機(jī)反饋電壓值與標(biāo)定存儲(chǔ)值一致，則認(rèn)為執(zhí)行器調(diào)節(jié)到位。

二是由于發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)調(diào)節(jié)器工作角度較小，若油門(mén)軟軸位置發(fā)生輕微變化，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生較大偏差。若軟軸發(fā)生變形，可造成軟軸實(shí)際位置與標(biāo)定位置不一致，并導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生嚴(yán)重偏差。

三是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，可造成發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率過(guò)高、油耗增加；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，可造成發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不足，影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率。因此，當(dāng)油門(mén)執(zhí)行器軟軸發(fā)生變形后，就需要對(duì)油門(mén)執(zhí)行器重新標(biāo)定。

3 轉(zhuǎn)速自動(dòng)補(bǔ)償原理

為解決傳統(tǒng)機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電控方法存在的上述缺陷，本文提出了一種轉(zhuǎn)速自動(dòng)補(bǔ)償方法。該方法采用轉(zhuǎn)速自動(dòng)補(bǔ)償控制器，通過(guò)對(duì)當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速的判定，來(lái)更新控制器標(biāo)定時(shí)所存儲(chǔ)的油門(mén)執(zhí)行器位置反饋電壓值，以達(dá)到動(dòng)態(tài)修正發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)補(bǔ)償原理如圖2所示。

油門(mén)執(zhí)行器電動(dòng)機(jī)電壓與軟軸移動(dòng)量可看作線性關(guān)系，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，得出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與油門(mén)執(zhí)行器位置反饋電壓信號(hào)存在近似等步長(zhǎng)關(guān)系，即步長(zhǎng)轉(zhuǎn)速△r與對(duì)應(yīng)油門(mén)執(zhí)行器位置反饋電壓△v存在線性關(guān)系（二者間線性系數(shù)用k代表）。

根據(jù)選定擋位下實(shí)際檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速R_raw與設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速R_set，計(jì)算其轉(zhuǎn)速偏差值△R：

控制器存儲(chǔ)修正后的反饋電壓值V′，以取代之前的存儲(chǔ)電壓值V。控制器將驅(qū)動(dòng)油門(mén)執(zhí)行器電動(dòng)機(jī)到達(dá)反饋電壓值V′處，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏差△R，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)補(bǔ)償控制，以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)修正。

4 自動(dòng)補(bǔ)償轉(zhuǎn)速控制效果

為了檢測(cè)轉(zhuǎn)速自動(dòng)補(bǔ)償方法是否具有精確控制轉(zhuǎn)速的能力，我們對(duì)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制方法和轉(zhuǎn)速自動(dòng)補(bǔ)償方法進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。

（1）傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制方法

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制方法，完成標(biāo)定后，在正常情況下，調(diào)節(jié)油門(mén)擋位旋鈕，得到各擋位下轉(zhuǎn)速與電壓相關(guān)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，如表1所示。

異常情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)油門(mén)執(zhí)行器軟軸位置，使發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。測(cè)試結(jié)果表明，雖然存儲(chǔ)電壓值與軟軸調(diào)節(jié)之前基本一致，但是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速偏差加大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在檢測(cè)擋位下發(fā)生了約100r/min偏差，如表2所示。

（2）轉(zhuǎn)速自動(dòng)補(bǔ)償方法

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)補(bǔ)償原理，我們改用轉(zhuǎn)速自動(dòng)補(bǔ)償控制器在挖掘機(jī)上進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏差測(cè)試。通過(guò)轉(zhuǎn)速自動(dòng)補(bǔ)償控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)速修正后，5～12擋位測(cè)試結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，采用轉(zhuǎn)速自動(dòng)補(bǔ)償控制器后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速得到明顯改善，轉(zhuǎn)速偏差減少到10r/min以內(nèi)。轉(zhuǎn)速補(bǔ)償采用轉(zhuǎn)速自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)校正，而不用停機(jī)進(jìn)行設(shè)備檢修或油門(mén)執(zhí)行器手動(dòng)標(biāo)定，精準(zhǔn)地控制了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少了燃油消耗，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率。