車載電腦控制系統中傳感器的作用

高小敏

（南京港江北集裝箱碼頭有限公司，江蘇南京 211805）

1 車載電腦控制系統的組成

1.1 系統組成

車載電腦控制系統主要由PWT（POWERTRONIC，主機電腦）、CAN 線、LMS 顯示屏、發動機控制器ECU、油門踏板、變速箱控制器APC200/D108、擋位操作手柄、速度傳感器、吊具電器系統（吊具電路板）電磁閥、繼電器和儀表等組成。

1.1.1 PWT 在集裝箱設備上的應用

（1）通過對輸入輸出模塊的編程控制，代替原來復雜的繼電器和機械控制，是移動工程機械的發展趨勢。

（2）利用CAN 通信將各傳感器和各子系統連接起來，利用PWT 的集中運算，實現整車運行狀態監測。

（3）發動機控制、變速箱控制、燈光控制和安全控制集成到一個PWT 上，易于控制而且經濟性好。

（4）對于小電流輸出，PWT 不需要繼電器，并且有短路保護，如果電流超過一定數值將會保護。減少了繼電器的使用量，增大了系統可靠性。

（5）PWT 以及CAN 通信的使用，使得原來復雜的控制線路得到很大的改善，既提高了系統的穩定性，又簡化了系統的診斷方式。

1.1.2 CAN 線的特點

（1）CAN 通信用低成本的雙絞線電纜代替了車身內昂貴的導線，大幅減少排線數量，提高了可靠性。

（2）具有快速響應時間和高可靠性，適合對實時性要求較高項目的應用。

（3）添加和增減終端方便。

（4）方便實現系統集成，真正將發動機、變速箱、負載管理系統和整車形成一個系統。

（5）使自動診斷成為可能，通過CAN 可以顯示分析各種傳感器的信息以及故障點。現在的集裝箱搬運設備使用了這種技術，使車機的每一個系統集成到一起。極大提升了設備的可靠性和安全性。例如，FANTUZZIKALMAR 等。

CAN 是單一的網絡總線，可以掛接所有外圍器件。以FANTUZZI 正面吊為例，發動機控制單元ECU、整機綜合控制單元PWT、負載管理系統LMS，以及行走控制器D108 等節點都掛接在同一個網絡中。任一單元發出信息在總線中都是開放的。即掛接在網絡中的所有單元都可以看到該信息。但該信息只會與理解其內容的單元發生反應。并且，該網絡中還能輕易地掛入新的節點，不需要設計復雜的線路。這種特性使得可以非常方便將診斷系統接入總線，并輕松讀取任意節點信息。

CAN 總線由一對銅質雙絞線組成。為避免外部信號干擾，1 m 纏繞至少30 次以上。這樣可以大大增加總線的使用長度，使得數據的傳輸距離可以達到將近50 m。這對雙絞線分別被定義為CANHigh 和CANLow，根據它們的電勢變化來定義總線的兩種不同的工作狀態。當CANHigh=1.75 V，CANLow=3.25 V，表示總線邏輯狀態0；當CANHigh=4 V，CANLow=1 V，表示總線邏輯狀態1。由此，便將模擬信號轉化成了二進制數字信號。在以往的通信線路中，所有的監控信號都必須有單獨的信號傳輸線。隨著功能不斷增加，線路也越來越復雜。通過CAN 通信總線，可以將總線中傳輸的任意監控信號轉化為二進制數字信號，在總線中進行傳輸。原本復雜的線路，現在只需要一對雙絞線就能完全代替。既節約成本，又安全可靠，檢查維修也更加簡便。

總線中每一個信號都被打包成了一個信息包。每個信息都有自己單獨的定義方式。前11 或29 位為地址區，表明該條信號的去向。避免與之無關的節點誤接該條信息。數據區長度為0～64 位，表明該條信息的具體內容。最后16 位為糾錯區，用于檢查信息是否被正確發送。

發動機和變速箱都可以由電腦控制，在自動變速過程中，發動機的轉速會自動下降約35%，使得司機感覺換擋非常平穩，并且降低了對變速箱換擋的沖擊。發動機的轉速不再由司機人為控制，電子油門只是向PWT 發送請求。

1.1.3 LMS（負載管理系統）運用

（1）機器處于空載狀態，時速25 km/h。

（2）機器處于低負載、大臂伸出狀態，時速12 km/h。

（3）機器處于超載或重載，并且大臂伸出狀態，時速8 km/h。根據碼頭具體情況，可以對車機的最高速度進行限制。①在吊具帶有負載時，PWT 控制變速箱的換擋自動套用不同變速值表（區別于空載，由系統自帶），加速更慢，加強安全；②發動機在高速運轉時司機突然關閉點火開關（從現場開回車輛到停車場后立即熄火發動機），這時發動機仍會繼續怠速一定時間，以便發動機的渦輪增壓器緩慢冷卻，保護發動機和渦輪增壓器。當然，按下發動機緊急停車按鈕，發動機會熄火；③可以顯示實時的燃油消耗量，可以統計燃油的總消耗量；④發動機自動熄火保護。柴油油量低于10%，10 min 后發動機熄火。冷卻水少2 min 后發動機熄火。發動機油壓低，3 s 后發動機熄火。發動機油溫高3 s 后發動機5 min 怠速，溫度仍不下降，則發動機熄火。冷卻水溫度高3 s 后，發動機1 min 強制怠速后溫度仍不下降，則發動機熄火。當發動機怠速超過一定時間，PWT 自動切斷大燈和工作燈的電源，保護發電機和蓄電瓶，當轉速超過怠速值時大燈自動打開。根據負載情況，PWT 控制大臂起升和伸出的動作速度。當負載的不穩定超過設定值時（系統自帶），集裝箱的起吊速度將被降低，加強了安全性。操作手柄上有傳感器，如果沒有用手握好手柄將會切斷動作，避免司機在值時集裝箱的起吊速度將被降低，加強了安全性。可以方便更改各種參數，使車機的使用更符合每一部個性化車機的車況。例如，更合適變速箱換擋的參數、加速率、速度的限制和發動機的加速速率等。

1.2 編程實現POWERTRONIC 功能

（1）自動變速箱管理。POWERTRONIC 可以自動或手動模式控制變速箱，為防止錯誤使用變速箱，特設置安全保護功能。

（2）發動機轉速控制。從空擋開始，如果發動機轉速超過900 r/min，不能正常前進或后退。

（3）防逆轉控制。如果操作者嘗試在車輪還未停止時改變行駛方向，變速箱將自動轉換到空擋。除非車子處于最低行駛速度（正常是2 km/h）。

（4）微動控制。在掛擋情況下，如果操作者按下駐剎按鈕或踩下裝在剎車踏板上的微動開關，POWERTRONIC 將把變速箱設為空擋。這是為防止變速箱壓力和油溫過高。

（5）速度傳感器檢查。如果驅動軸上的傳感器不能提供正確的信號，變速箱將為空擋；警報復位時必須將排擋桿撥到空擋。如果有錯誤警報，變速箱會開始工作。為防止傳感器真的出錯或沒有連接，變速箱是在第一擋。只有調到手動模式才能選擇任意速度，這時所有安全設置將不再工作。

（6）踏板加速控制。將調速油門踏板按至最大，POWERTRONIC前移一些百分比（正常是20%～30%），這意味著隨著機器速度和發動機轉速的增快，變速值將被激活。

（7）發動機扭矩控制。變速時（到高的擋位時），發動機的轉速將自動增加，這是為了避免在發動機扭矩高時掛擋。變速停止時，發動機轉速即可通過踏板重設。

（8）變化的起始速度。在一些機器中操作手柄上可以有額外按鈕。通常機器從第二擋開始啟動。如果操作者按了這個按鈕，那么這次機器將從第一擋開始啟動。這是為了減少第一擋的使用，只有在必要時使用第一擋。

（9）負載控制。LMS 會通過CAN1 總線向POWERTRONIC發出機器負載信號。如果機器有負載，POWERTRONIC 系統將會使用不同的變速值表，這樣可以在較高速度和發動機轉速下掛擋，確保有足夠的動力移動和使用大臂。POWERTRONIC 系統把發動機和變速箱控制的典型功能都集中到一個簡化單元中，是一個具有很強綜合性的控制系統。

1.3 CAN 總線數據的顯示

（1）通過ECO-CAN 顯示屏顯示CAN 總線的信息。

（2）通過負載管理系統（LMS）顯示屏顯示各種信息。

（3）通過電腦的超級終端顯示更全面的信息。

1.4 CAN 總線數據的接口

（1）通過專用鍵盤和ECO-CAN 接口連接后修改參數（用于匹配變速箱和發動機工作狀態）。

（2）通過專用鍵盤和LMS 接口連接后修改參數（用于調整負載管理及機器配置）。

（3）通過電腦的超級終端可以看到整車全部信息，甚至PWT的輸入輸出每一根線的狀態。可以修改更全面的參數。

（4）通過PC 下載LMS 的集裝箱操作記錄（時間和用時）和故障記錄（發生的具體故障、報警信息和時間）。

（5）通過SUPERLOAD 專用軟件更新PWT 的操作軟件。

2 故障實例

由于長期下雨，公司機械設備出現故障，駕駛室內POWERTRONIC 一直提示故障，正面吊吊具無動作。仔細檢查，發現位于機器尾部的長度傳感器的電腦板總成燒損。長度傳感器的可變電阻電位器的阻值在0～30 kΩ，負責提供長度變量，角度傳感器的阻值為0～5 kΩ，負責提供角度變量（原有的直接斷路）。XTR110KP16ZH737型集成塊（管腳短路，不能正常工作）將這些數據處理后變成數字信號傳遞給LMS，最后由PWT 和LMS 系統共同管理，更換相關電子元器件后上機測試，使用良好，各項安全指標正常。

進氣壓力傳感器故障后，由于不能提供正確的進氣壓力數據，通常發動機會出現大量黑煙，不能正常工作。曲軸傳感器出現故障后，發動機啟動時間會延長，比正常啟動延遲4～5 s。凸輪軸位置傳感器出現故障后，也會出現發動機啟動時間延長，比正常啟動要延遲4～5 s。如果曲軸傳感器信號同時丟失，則發動機啟動時間會延時更久，甚至無法正常啟動。速度傳感器出現故障后（發動機容易出現開鍋現象），自動擋位無法自動切換，只能最低擋位運行，出現這種故障后可以打開旁路系統手動調整速度擋位。