浅谈基于CAN总线技术上的正流量控制

　　随着国内排放法规的日益严格和汽车电子技术的迅速发展，在重型车辆上使用的电控柴油发动机开始在工程机械中批量应用。在整机配套过程中，以发动机为驱动动力的行走类工程机械的经济性、作业性能和作业效率依然是其制造者和使用者所追求的指标。以CAN总线技术为代表的汽车电子技术应用于工程机械的动力控制管理和系统功能控制已成为不可或缺的配套组成，其应用技术的延伸构成了当前的基于CAN总线技术的正流量控制系统。
　　1 从小马拉大车说起
　　所谓小马拉大车是指工程机械中的动力发动机的额定功率小于驱动执行机构的液压系统中液压泵的理论最大功率的现象，这是工程机械动力系统配套很经典的配套现象，如挖掘机、履带式起重机、大吨位的汽车起重机等等。
　　常见的方法是在液压系统中引入了恒功率变量泵
　　系统，其工作公式为：
　　P=pQ
　　式中P变量泵恒功率设定值;
　　p负载工作压差;
　　Q泵输出流量。
　　轻载时液压泵大流量输出，执行机构可以高速作业满足速度要求;重载时液压泵小流量输出，执行机构可以低速作业即满足作业性能基本要求又能满足安全性要求，从而限制液压泵的驱动功率又不至过大。
　　2 发动机转速功率特性
　　无论使用何种燃料的内燃发动机，对于活塞发动机的功率特性均符合基本公式：
　　P=kMn
　　式中P发动机有效输出功率;
　　k比例系数;
　　M负载扭矩;
　　n发动机转速。
　　发动机的输出扭矩和作为负载决定转速。当负载扭矩达到平衡时转速就达到稳定状态。发动机的输出功率是变化的，是与转速有关的，在相同燃料供给情况下，负载扭矩的变化会导致发动机的转速和输出功率的变化。
　　3 正流量控制
　　正流量控制是基于负流量控制概念上的一个延伸。正流量控制，确切地讲是液压变量泵的输出流量的正控制，就是变量泵的输出流量与控制信号是正的对应关系;与之相反的就是负流量控制。
　　正流量控制基本目的是为了节能。正流量控制就是以多路换向阀的先导控制负载压力为控制信号，在控制换向阀换向工作的同时控制变量泵输出流量;当空载运行时，即没有先导控制信号输出时，变量泵输出趋于零流量，从而达到节能的目的。较之负流量控制，在液压系统空载运行时因没有不少于20L/min的卸荷流量要求相对更为节能。
　　一种正流量控制液压系统模型，在多路阀操作指令控制下实现了对恒功率变量泵的主动控制，是正流量控制。变量泵在空载运行时的工作状态受到正流量控制;变量泵在负载工作时，依据负载反馈控制原理与负载反馈比例多路阀组合实现对执行机构精准的流量(速度)控制和多重动作的复合操作，实现了对执行机构操作品质的改善，并且实现了液压系统在有负载工作中的节能。
　　4 完全正流量控制系统
　　以起重机为例，起吊时，液压系统需要吸收足够的功率才能起吊载荷，但当液压系统负载突然上升时，如起吊重物将脱离支撑物成悬空状态，发动机的输出功率无法实现快速跟进，于是只有转速急剧下降，甚至导致发动机熄火，因此为了有效提起载荷，操作者一般会将油门给加大，以期提高输出功率，使液压系统吸收足够大的功率，抗击这种负载冲击。但这样的解决方法也只是饮鸠止渴。损失了功率解决了熄火问题。
　　基于恒功率控制，正流量控制和发动机的速度特性形成一个完全的正比例控制系统。负载反馈比例多路阀操作指令信号与柴油机功率状态信息互享，同时控制变量泵的恒功率变量点，使之与发动机输出功率时时相匹配。对于比例功率变量泵来说，通过PLC控制实现P 和Q 的比例控制来实现功率的变化。
　　在低功率区，既发动机低速工作区域，可以自动设定较低的恒功率变量点。或可以较小的输出流量驱动较重负载;或可以较大的输出流量驱动较轻负载。如图3中的虚线C。由于恒功率变量点与发动机输出功率时时相匹配能够防止发动机熄火，提高了机械的工作品质，在高功率区，是指发动机高速工作区域，可以自动设定较高的恒功率变量点，保证液压系统对发动机功率的吸收，提高系统效率。即使在极限重载时，一方面通过液压功率变量实现降低变量泵的排量，另一方面也可以通过电比例控制降低变量泵的排量，以期实现更大的输出压力，适应系统重载载荷。如图3中的虚线D。这样，发动机的输出功率能够被充分利用，达到一个较高的节能控制，再结合负载反馈比例多路阀对执行机构操作品质的改善作用就构筑了一个完整的正流量控制的液压系统，称之为完全正流量控制。
　　5 CAN总线技术与正流量控制
　　基于CAN 总线控制的正流量液压系统负载反馈式比例多路阀操作指令的信息可以提取液压信号直接控制可变功率变量泵，如采用液控先导操作的液压系统就可以用液控先导操作指令直接控制空载运行时的变量泵的工作状态;但现在多以电信号方式获得多路阀操作指令信息，即使是采用液控先导操作的液压系统也是将液控先导操作指令转换为电信号，经电控系统处理后再控制变量泵，因为正流量控制不是一个孤立的控制单元，也不是仅仅为了节能而设计的，在现代电子控制技术的支持下利用电信号的处理和控制能够实现很多功能。如逻辑控制和安全保护、缓冲保护、精确速度控制、柴油机功率匹配等等，这些都是源于正流量控制是提取操作指令并能够加以处理的主动控制过程。在现代技术中，提取、编译、传输操控指令和各个元件工作信息的最简洁和经济的方法就是将各类信息或指令的物理信号如力、压力、位移、角度、速度、转速、力矩、扭矩、温度等变换为电信号。它将执行机构的负载状态、液压油泵的工作状态、柴油机的工作状态有机地结合在一起，充分地利用了柴油机有效功率提高作业效率、抗击负载冲击、改善了操作品质，实现了工程机械的机-电-液一体化设计。
　　随着2014年工程机械设备进入欧IV标准，为液压的电控系统和发动机的电控系统的对话建立了良好的平台。在这一平台之上就需要有大量、快速和可靠的信息沟通，这就要依赖CAN总线技术这辆高铁了。
　　6 结束语
　　CAN总线技术的发展和发动机控制技术的提高，也同样要求工程机械的液压系统从粗放型的模糊纯液压控制走向精准型电液复合控制模式。完全正流量控制是一个系统工程，正流量控制的液压系统是这个系统的基础;工程机械的各个执行机构的工作性能需求是系统的主体;电控系统是系统的神经。CAN技术的应用强化了这个系统的神经功能，基于CAN总线技术的正流量提高了正流量控制的系统的效率和可靠性。