工程车辆智能控制需要深入解决的技术问题

工程车辆智能控制需要深入解决的技术问题工程车辆的研究与发展主要致力于解决三个基本问题:

第一, 工程车辆操作者的作业环境；

第二, 提高工程车辆的作业效率和质量；

第三, 提高工程车辆的自动化、智能化水平。

将智能化技术应用到工程车辆中, 用信息通信技术、计算机技术、PLC控制技术等高新技术融入工程车辆, 以提高工程车辆的操纵性、平稳性、舒适性,提高工作效率, 并向智能化方向发展。机器人化工程车辆涉及机、电、液、声、光和化学等学科, 以计算机技术、控制技术、微电子技术、传感器技术等为基础, 将多种技术组合起来进行机械内部的信息处理。

智能化工程车辆需要的技术内容包括: 状态监测及故障诊断技术、电液比例控制技术、自动变速技术、遥控和无人驾驶技术、GPS智能服务系统技术、人机界面及PLC智能控制技术等。

1 状态监测及故障诊断技术

状态监测及故障诊断系统通过安装在工程车辆关键部位的传感器, 实时监测机器运行时重要参数的量值和和主要部件的工作状态, 通过显示界面以不同的形式显不出来。当参数超出正常范围或状况异常时, 通过声光报警及显示故障代码等手段提醒驾驶员及时进行处理, 以防伤害驾驶或者引起机器某个系统严重损坏。状态监测及故障诊断系统具有以下特点:

( 1) 能很快地发出警报, 而不需要时刻监视仪表, 判断仪表上的读数, 减轻驾驶员的工作强度;

( 2) 按不同参数对系统的影响程度分多级报警, 具有故障代码显示及自诊断功能, 减少故障停机时间, 保证整机的工作效率;

( 3) 具有较高的精度和可靠性。采用监测系统还可使恶性故障得到及时发现和控制, 防止隐患酿成事故, 还可以对故障的轻重缓急区别对待, 提高机器使用中的可靠性。

工程机械状态监测、故障诊断技术以计算机、传感器、信号分析与处理为基础, 通过监测, 定量地掌握机器振动、温度、应力、强度等状态参数, 预测机器的工作性能和可靠性, 并对故障原因、部位和危险程度进行识别与评价,决定

维修方法, 既识别现状又预测未来。

2 电液比例控制技术

工程机械工作装置液压控制系统发展主要有三个阶段:由操纵杆手动直接

控制换向阀芯, 到由手动先导比例减压阀液控主换向阀( 由于采用先导阀控制, 其控制力小, 因此这种控制方式被称作为指尖控制 )发展到如今先进计算机控

制下的电液比例操纵。其控制性能及自动化程度逐步提高。代表工程机械工作装置操纵系统先进技术是利用电液比例控制系统。它以卡特992B装载机为代表, 被誉为轮式装载机的新标兵。其中以脉宽调制( PWM)信号控制下的工作装置电液比例操纵系统最具有代表性。这项具有革新性的液压系统提供了省力的操纵装置, 实现了真正意义上的指尖控制，控制手柄可将电信号传至安装在驾驶室内部的先导比例减压阀。这就将原来安装在驾驶室内部的手动先导式比例减速压阀所产生的噪声、热量和作用力移至驾驶室外部, 同时由于受电信号控制, 可以方便地对工程机械工作装置的工作状态进行监测, 对所监测的状态可方便地与主控模块

进行通迅, 以便对整机的状态进行全面监测。同时利用电信号对工程机械其他的装置进行控制,这也是近年来工程机械发展的趋势。电液比例控制是指在液压传动中, 能够接受模拟或数字信号, 使输出的流量或压力连续成比冽地受到控制, 电液比例控制能方便地与计算机联系, 对液压系统的参数进行方便的控制。在电液比例控制中, 模拟式控制比例控制必须具有A /D、D /A 接口元件( A /D 是把模拟信号转换成数字型号, D /A是把数字信号转换成模拟信号) 与计算机联系, 这增加了成本和对使用者的要求。近年来, 出现的一些数字式比例元件, 其输出量与脉冲数、脉宽或脉冲频率成比例。其优点是抗污染能力强, 滞后时间短, 重复精度高, 能与计算机直接相连, 是电液比例控制的一个新领域。

3自动变速技术

工程机械由于其作业环境与条件, 为提高对随机变化的外载荷的适应能力, 大多采用液力传动串接一个液压动力换挡的机械变速器。这种液力机械传动装置兼有了液力传动和机械传动的优点, 只要匹配合理, 既可避免机械传动重载下

发动机的熄火问题, 又提高了克服低速重载的能力, 但这是牺牲了效率达到的, 只用于短期克服重载。实践表明, 即使用发动机不熄火, 也不允许长时间在低效区上作。如在失速工况下工作1分钟, 液力传动的工作介质由于机械能全部转化

为热能而过热。

在高速轻载下, 如不及时换入高速挡工作, 由于液力损失使传动效率降低而造成能量的损耗。目前是靠驾驶员的经验操作来保证液力传动在高效区工作。但是驾驶员的

技术水平不同, 而且工程机械的作业条件复杂、作业环境恶劣。据统计, 工程机械1小时平均换挡操作近1 000 次,即不到4秒换一次挡。因此, 为了减轻驾驶员的劳动强度,研究换挡策略, 由电子控制自动换挡, 实现液力传动经常在高效区工作, 将大大提高传动效率和车辆的作业生产率。

车辆自动变速技术已经进入智能化时代, 控制策略的不断改进成为车辆自动变速技术发展的新特点。随着车辆技术和自动变速技术的发展, 人们已经不再满足于简单的功能实现, 人们开始乞求车辆更高的智能性, 要求开发具有智能化特征的车辆自动变速系统。随着自动变速器使用中出现的问题和人们对车辆性能要求的不断提高, 人们采用各种新的检测、控制技术以改善自动变速车辆的性能, 使换挡控制对路面环境、使用者特点及使用者意图更具适应性。

4遥控及无人操纵技术

随着对海底、地下资源和宇宙空间的合理开发利用,高温、高压、强幅射、窒息等极限环境的作业将经常遇到,又如地震和火灾现场的抢险作业, 核电站的保守作业等等,在这种人们难以靠近和非常危险的场所, 要求机器能够远距离操纵和无人驾驶, 人在机器工作环境以外, 通过人眼直接观察或遥控手柄带动机器人工作。无线电电液化比例控制技术的发展, 使得所有的工程机械都能实现遥控。如汽车起重机、压路机、挖掘机、装载机、联合吸污车、混凝土泵车和凿岩机等。

遥控系统主要由以下单元组成: 用以连接遥控系统的机械、液压与发动机控制之间的接口装置、通信系统和人机界面。早期的视距遥控系统使用装在机器上的简单的射频接收机, 并由电子装置直接驱动单体的控制阀。以后采用了可编程逻辑控制器( PLC ), 以便借助基于规划的梯形图来解释和修改无线电指令, 该系统在无线电控制中采用了软件逻辑, 并提高了安全性和改善了机器的监测。遥控系统的最新进展是用计算机系统、微处理器、带机载通信网络的分布式控制系统来代替可编程控制器。这些系统能更好地适用于超视距遥控。嵌入式软件和