一種工程車油門及行走控制系統及方法

洪清源

（泉州鑫豪工程機械科技有限公司，福建 晉江 362200）

0 引言

使用全液壓傳動或液壓-機械傳動的工程車，通常是采用液壓馬達直接驅動或通過傳動軸驅動輪胎轉動，以實現車輛行走的功能[1]?？刂票幂敵龅囊簤河?，通過多路閥行走閥聯閥芯的開口，將動力傳遞到液壓馬達，再通過液壓馬達密封工作腔的容積變化來推動液壓馬達輸出軸旋轉，從而實現從液壓能到機械能的轉換。到達液壓馬達的液壓油流量越多，馬達旋轉速度越快。而到達液壓馬達的液壓油流量，除了與控制泵的排量轉速有關，行走閥聯閥芯的開度也有很大的關系[2，3]。泵的輸入轉速越高，泵輸出的流量越大，液壓馬達轉速越高[4]。行走閥聯閥芯的開度越大，可通過的液壓油流量的越大，液壓馬達可達到的轉速就越高。

傳統的行走控制方案是通過具有定位功能的手油門控制泵的輸入轉速，通過具有自復位功能的腳閥，將操作意圖轉化為輸出的先導壓力，從而控制行走聯閥芯的開度大小；而行走的微動特性，主要是閥芯的開口特性及閥聯控制總流量的相互作用結果[5]。示意圖如圖1所示。

圖1 傳統控制方案

1 傳統控制方式分析

傳統方案結合實際來講，因為工程車自重大，在工程車作業時，需要在低速實現液壓馬達的啟停微動，則需要將泵的輸入轉速調節越小越好[6，7]，從而閥聯控制的總流量就很小，這個時候再通過腳閥來控制閥聯的閥芯開度，讓小流量進入馬達緩慢轉動，實現行走啟動的微動，避免了大流量一下涌入液壓馬達導致沖擊感；停止時因為時速低，慣性相對較小，停止沖擊也小[8，9]。在高速轉場的時候又需要液壓馬達的高速旋轉，從而實現高速行走，這就需要將閥芯全開的同時，泵的輸入轉速也要最高，當然最高時速的時候突然抬起腳閥踏板，則會導致劇烈的制動感，一般則是通過在閥芯端的先導泄油端增加節流孔，使得閥芯緩慢回中位，從而消除制動感，但這種方式也存在缺陷，因節流效果在不同壓力及流量下是不同的，很難在制動安全及制動沖擊中找到平衡的調試效果。

2 改進后的控制方案

基于上述問題提出一種新的工程車油門及行走控制系統及方法，主要改進點是通過改進腳閥的結構，將操作意圖直接轉化為兩路：一路通過電位傳感器，直接與車身ECU（車載控制器）或者動力單元ECU連接，其腳閥的位移信號經過處理后變為泵的輸入轉速控制信號；另一路則是直接通過腳閥的位移來控制位于腳閥底部的先導閥體，線性輸出先導壓力來推動行走閥芯的位移。改進后的腳閥及控制系統，如圖2所示。

圖2 改進后的腳閥結構及液壓原理

在圖3所示的方案中，這種腳閥結構在剛踩動腳閥踏板后，先觸發腳閥底部的先導閥體，輸出的較低的先導壓力，推動行走閥芯的微動打開，控制少量的液壓油進入行走馬達，實現緩慢起步，減少啟動沖擊；隨著繼續深踩踏板，先導閥體輸出的先導壓力升高，進一步推開行走閥芯，同時車身或動力單元ECU接收到位移信號，提升泵的輸入轉速，快速提升進入行走馬達的流量，達到快速提速的目的；當踏板踩到底后，行走閥芯開度及泵輸入轉速均達到最大，此時實現極速行走；需要減速時，隨著踏板抬起，車身或動力單元ECU接收到位移信號變化，降低泵的輸入轉速，先導閥體也逐漸減小先導壓力輸出，行走閥芯對應回位，進入液壓馬達的流量減少，液壓馬達轉速降低；繼續抬起踏板至復位，泵輸入轉速降低最低，先導閥體不輸出先導壓力，行走閥芯完全復位，沒有流量進入液壓馬達，馬達通過內部溢流及補油迅速消除整車慣性，工程車輛停止行走。

圖3 改進后的控制方案

上述結構通過踏板的結構改進，巧妙地將駕駛意圖轉化到對泵的輸入轉速及行走閥芯開度的關聯控制上，操作簡單便捷。

同樣在新能源工程車上，采用液壓馬達驅動行走的，也可采用類似控制系統及方法。為了提高操作響應及優化操作便利性，也可將腳閥下的先導閥組改為在行走閥聯上安裝電液比例閥進行控制，通過電控算法，將踩踏腳閥的操作意圖進行處理后再分別控制電液比例閥閥口開度與及泵的輸入轉速。如圖4所示。

圖4 新能源工程車油門及行走系統控制方案

上述結構在實際工況中，其邏輯關系可以按照如下開展：在啟動行走階段，優先輸出控制行走聯閥芯位移的電液比例閥電流，在行走聯閥芯移動出微動特性區間后，再輸出控制提升泵輸入轉速，實現平穩的行走啟動；在急加速階段，同時輸出至電液比例閥電流與提升泵輸入轉速的電信號，快速提升至液壓馬達的流量，實現加速；在極速行駛狀態，輸出至電液比例閥的電流使行走聯閥芯全開，輸出至泵的輸入轉速的電信號維持額定輸入轉速，實現最大流量至行走馬達；在抬起踏板時，輸出信號迅速降低泵的輸入轉速，同時輸出經過處理的電液比例閥信號，適當延遲閥芯閉合，確保制動安全的同時減少迅速閉合閥芯帶來的不適感，若同時踩下制動時，則無需處理至電液比例閥的電信號，實現迅速制動停車。

3 改進效果及對比

上述的油門及行走控制系統及方法，已在輪式挖掘機、新能源微型挖掘機（由福建省區域發展項目《智能化新能源微型挖掘機》2019H4013支撐開展）中得到具體應用。改進效果對比見表1。

表1 改進效果對比情況

4 結語

所述的油門及行走控制系統及方法，其成本低廉，可靠性高，后續的研究工作集中在根據具體工況優化相關信號處理算法，可解決節流閥在不同流量、壓力下的節流效果，進一步提升操作感受及安全性。此方案具有廣泛的應用前景。