談工程機(jī)械一鍵啟動(dòng)控制系統(tǒng)

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［摘要］本文借鑒汽車一鍵啟動(dòng)的工作原理，針對(duì)工程機(jī)械的工作特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一款適用于工程機(jī)械的一鍵啟動(dòng)控制系統(tǒng)。

［關(guān)鍵詞］工程機(jī)械；無(wú)鑰匙啟動(dòng)；控制系統(tǒng)

一鍵啟動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，但在工程機(jī)械領(lǐng)域一直未有推廣應(yīng)用，究其原因主要是汽車與工程機(jī)械的工作方式不同，汽車一鍵啟動(dòng)的控制邏輯并不適用于工程機(jī)械。汽車一鍵啟動(dòng)其安全保證是由中控鑰匙與車輛中控系統(tǒng)對(duì)碼機(jī)制來實(shí)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(zhǎng)期停放的現(xiàn)象。中控對(duì)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(jī)狀態(tài)下一直有電才能實(shí)現(xiàn)。工程機(jī)械的使用通常存在淡季、旺季之分，加之工程時(shí)間間隔等因素，大概率存在長(zhǎng)期停機(jī)的現(xiàn)象。如果設(shè)計(jì)時(shí)有長(zhǎng)期帶電的控制模塊，即使是毫安級(jí)別的耗電，長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)狀態(tài)下依然能造成電瓶虧電。野外環(huán)境下，電瓶虧電會(huì)產(chǎn)生較高的維修成本，所以對(duì)碼機(jī)制不適用于工程機(jī)械。不采用對(duì)碼機(jī)制，安全防盜機(jī)制又成為另一項(xiàng)技術(shù)問題。本文從解決虧電及安全問題入手，設(shè)計(jì)了一款適用于工程機(jī)械的一鍵啟動(dòng)系統(tǒng)。

1一鍵啟動(dòng)的工作原理

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，考慮電瓶虧電、系統(tǒng)安全、系統(tǒng)工作特點(diǎn)等因素，首先設(shè)計(jì)了以下電路控制原理，配合軟件控制，實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的一鍵啟動(dòng)?？紤]國(guó)家排放法規(guī)要求，本文所有設(shè)計(jì)均以電噴發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，電路系統(tǒng)包括啟動(dòng)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(dòng)按鈕為自復(fù)位形式按鈕。當(dāng)按鈕第一次按下后，電源通過啟動(dòng)按鈕、繼電器2的常閉觸點(diǎn)控制繼電器1的線圈，使繼電器1的常開觸點(diǎn)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(dòng)切換輸出，實(shí)現(xiàn)供電自鎖；同時(shí)將按鈕信號(hào)通過繼電器1的常開觸點(diǎn)接入控制器。控制器檢測(cè)到按鈕輸入后，電源繼電器控制及發(fā)動(dòng)機(jī)ECM控制輸出，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電。系統(tǒng)供電后，車輛儀表工作，此時(shí)儀表進(jìn)入權(quán)限驗(yàn)證界面。權(quán)限驗(yàn)證可用密碼、指紋、人臉識(shí)別等方式完成。筆者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)出于對(duì)設(shè)計(jì)成本的考慮，僅采用了密碼驗(yàn)證的方式。車輛控制器通過CAN總線接受儀表的驗(yàn)證指令，當(dāng)權(quán)限驗(yàn)證通過后，控制器允許操作者完成下一步的啟動(dòng)動(dòng)作；權(quán)限驗(yàn)證失敗，操作者只能斷電或者一定時(shí)間后控制器會(huì)控制系統(tǒng)自動(dòng)斷電。權(quán)限驗(yàn)證通過后，操作者再次按下按鈕，車輛控制器會(huì)根據(jù)按鈕按下的時(shí)間判定操作意圖。時(shí)間短，系統(tǒng)斷電；時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)器啟動(dòng)。系統(tǒng)斷電時(shí)，控制器先后停止所有輸出控制。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，控制器首先判斷是否存在啟動(dòng)保護(hù)條件。當(dāng)存在啟動(dòng)保護(hù)條件時(shí)，啟動(dòng)失敗，并且控制器通過CAN總線將保護(hù)信號(hào)發(fā)送到車輛儀表進(jìn)行提示。保護(hù)條件解除后，再次按下啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)繼電器控制端會(huì)輸出相應(yīng)信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。可通過啟動(dòng)繼電器的輸出時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等條件來判定啟動(dòng)是否成功，以停止啟動(dòng)繼電器的輸出。如果啟動(dòng)失敗，控制器會(huì)再次將程序邏輯回到啟動(dòng)步驟。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，再一次按下啟動(dòng)按鈕，車輛控制器會(huì)根據(jù)控制意圖判定是否需要延時(shí)熄火、延時(shí)斷電等保護(hù)項(xiàng)。如有則進(jìn)入保護(hù)程序控制，如不符合保護(hù)邏輯則直接熄火斷電。發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)通過停止發(fā)動(dòng)機(jī)ECM控制輸出實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)斷電通過停止電源繼電器控制輸出實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)斷電后，停止供電自鎖輸出，實(shí)現(xiàn)控制待機(jī)狀態(tài)下不帶電，避免控制長(zhǎng)期通電待機(jī)造成車輛電瓶虧電。

2一鍵啟動(dòng)的控制邏輯

一鍵啟動(dòng)系統(tǒng)外圍電氣原理并不復(fù)雜，其核心在于如何通過控制程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)者的意圖。圖2為控制程序的邏輯框架。在工作原理的設(shè)計(jì)過程中，機(jī)器的上電、啟動(dòng)、停機(jī)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(hù)在不增加外圍設(shè)計(jì)的情況下都能非常方便的實(shí)現(xiàn)。例如啟動(dòng)保護(hù)、怠速熄火、延時(shí)熄火、浪涌保護(hù)、自動(dòng)斷電等功能，均可以通過控制電源繼電器、發(fā)動(dòng)ECM、啟動(dòng)繼電器來實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了外圍邏輯。同時(shí)，權(quán)限校驗(yàn)的設(shè)計(jì)極大保證了無(wú)鑰匙情況下機(jī)器的安全性。由于一鍵啟動(dòng)的輸入信號(hào)為自復(fù)位開關(guān)，與傳統(tǒng)的擋位鑰匙開關(guān)相比，技術(shù)方案上更契合遠(yuǎn)程控制的技術(shù)控制需求，更符合目前工程機(jī)械的智能化趨勢(shì)。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(shí)現(xiàn)了上述所有功能，并在挖掘機(jī)上進(jìn)行了裝機(jī)驗(yàn)證。

3結(jié)束語(yǔ)

一鍵啟動(dòng)首先在汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)，經(jīng)過多年的驗(yàn)證改進(jìn)，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并且觸點(diǎn)開關(guān)的操作方式完美匹配目前的無(wú)人駕駛技術(shù)。隨著工程機(jī)械智能化技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程駕駛、無(wú)人操作等技術(shù)也必將進(jìn)一步發(fā)展。一鍵啟動(dòng)雖然是一項(xiàng)小的技術(shù)升級(jí)，但因其操作和控制的便利性，以及能夠與遠(yuǎn)程控制的便利結(jié)合，必將在工程機(jī)械領(lǐng)域得到廣泛推廣。

作者：劉凱 單位：徐州徐工礦業(yè)機(jī)械有限公司