談工程機械一鍵啟動控制系統(tǒng)
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［摘要］本文借鑒汽車一鍵啟動的工作原理，針對工程機械的工作特點設計了一款適用于工程機械的一鍵啟動控制系統(tǒng)。
［關鍵詞］工程機械；無鑰匙啟動；控制系統(tǒng)
一鍵啟動系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于汽車行業(yè)，但在工程機械領域一直未有推廣應用，究其原因主要是汽車與工程機械的工作方式不同，汽車一鍵啟動的控制邏輯并不適用于工程機械。汽車一鍵啟動其安全保證是由中控鑰匙與車輛中控系統(tǒng)對碼機制來實現(xiàn)的。作為一種生活工具，汽車使用頻率高，通常在城市使用，幾乎不存在長期停放的現(xiàn)象。中控對碼系統(tǒng)必須保證車輛中控制系統(tǒng)有某一控制模塊在停機狀態(tài)下一直有電才能實現(xiàn)。工程機械的使用通常存在淡季、旺季之分，加之工程時間間隔等因素，大概率存在長期停機的現(xiàn)象。如果設計時有長期帶電的控制模塊，即使是毫安級別的耗電，長時間停機狀態(tài)下依然能造成電瓶虧電。野外環(huán)境下，電瓶虧電會產(chǎn)生較高的維修成本，所以對碼機制不適用于工程機械。不采用對碼機制，安全防盜機制又成為另一項技術問題。本文從解決虧電及安全問題入手，設計了一款適用于工程機械的一鍵啟動系統(tǒng)。
1一鍵啟動的工作原理
根據(jù)系統(tǒng)設計原則，考慮電瓶虧電、系統(tǒng)安全、系統(tǒng)工作特點等因素，首先設計了以下電路控制原理，配合軟件控制，實現(xiàn)工程機械的一鍵啟動?？紤]國家排放法規(guī)要求，本文所有設計均以電噴發(fā)動機為基礎來實現(xiàn)。如圖1所示，電路系統(tǒng)包括啟動按鈕、供電及輸入邏輯電路、車輛主控器、車輛儀表、CAN總線及輸出控制，其中啟動按鈕為自復位形式按鈕。當按鈕第一次按下后，電源通過啟動按鈕、繼電器2的常閉觸點控制繼電器1的線圈，使繼電器1的常開觸點接通，控制器供電端口得電，控制器工作；控制器供電自鎖端口輸出，啟動切換輸出，實現(xiàn)供電自鎖；同時將按鈕信號通過繼電器1的常開觸點接入控制器?？刂破鳈z測到按鈕輸入后，電源繼電器控制及發(fā)動機ECM控制輸出，實現(xiàn)系統(tǒng)供電。系統(tǒng)供電后，車輛儀表工作，此時儀表進入權限驗證界面。權限驗證可用密碼、指紋、人臉識別等方式完成。筆者在系統(tǒng)設計時出于對設計成本的考慮，僅采用了密碼驗證的方式。車輛控制器通過CAN總線接受儀表的驗證指令，當權限驗證通過后，控制器允許操作者完成下一步的啟動動作；權限驗證失敗，操作者只能斷電或者一定時間后控制器會控制系統(tǒng)自動斷電。權限驗證通過后，操作者再次按下按鈕，車輛控制器會根據(jù)按鈕按下的時間判定操作意圖。時間短，系統(tǒng)斷電；時間長，機器啟動。系統(tǒng)斷電時，控制器先后停止所有輸出控制。系統(tǒng)啟動時，控制器首先判斷是否存在啟動保護條件。當存在啟動保護條件時，啟動失敗，并且控制器通過CAN總線將保護信號發(fā)送到車輛儀表進行提示。保護條件解除后，再次按下啟動按鈕，啟動繼電器控制端會輸出相應信號控制發(fā)動機啟動?？赏ㄟ^啟動繼電器的輸出時間、發(fā)動機轉速等條件來判定啟動是否成功，以停止啟動繼電器的輸出。如果啟動失敗，控制器會再次將程序邏輯回到啟動步驟。發(fā)動機啟動后，再一次按下啟動按鈕，車輛控制器會根據(jù)控制意圖判定是否需要延時熄火、延時斷電等保護項。如有則進入保護程序控制，如不符合保護邏輯則直接熄火斷電。發(fā)動機停機通過停止發(fā)動機ECM控制輸出實現(xiàn)，系統(tǒng)斷電通過停止電源繼電器控制輸出實現(xiàn)。系統(tǒng)斷電后，停止供電自鎖輸出，實現(xiàn)控制待機狀態(tài)下不帶電，避免控制長期通電待機造成車輛電瓶虧電。
2一鍵啟動的控制邏輯
一鍵啟動系統(tǒng)外圍電氣原理并不復雜，其核心在于如何通過控制程序實現(xiàn)設計者的意圖。圖2為控制程序的邏輯框架。在工作原理的設計過程中，機器的上電、啟動、停機均能夠通過該系統(tǒng)完成。所以，系統(tǒng)工作中的一些安全保護在不增加外圍設計的情況下都能非常方便的實現(xiàn)。例如啟動保護、怠速熄火、延時熄火、浪涌保護、自動斷電等功能，均可以通過控制電源繼電器、發(fā)動ECM、啟動繼電器來實現(xiàn)，大大簡化了外圍邏輯。同時，權限校驗的設計極大保證了無鑰匙情況下機器的安全性。由于一鍵啟動的輸入信號為自復位開關，與傳統(tǒng)的擋位鑰匙開關相比，技術方案上更契合遠程控制的技術控制需求，更符合目前工程機械的智能化趨勢。該系統(tǒng)筆者使用博士力士樂RC28-14控制器，采用BODAS編程，順利實現(xiàn)了上述所有功能，并在挖掘機上進行了裝機驗證。
3結束語
一鍵啟動首先在汽車領域實現(xiàn)，經(jīng)過多年的驗證改進，技術已經(jīng)非常成熟，并且觸點開關的操作方式完美匹配目前的無人駕駛技術。隨著工程機械智能化技術的發(fā)展，遠程駕駛、無人操作等技術也必將進一步發(fā)展。一鍵啟動雖然是一項小的技術升級，但因其操作和控制的便利性，以及能夠與遠程控制的便利結合，必將在工程機械領域得到廣泛推廣。
作者：劉凱 單位：徐州徐工礦業(yè)機械有限公司
