谈工程机械一键启动控制系统

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［摘要］本文借鉴汽车一键启动的工作原理，针对工程机械的工作特点设计了一款适用于工程机械的一键启动控制系统。

［关键词］工程机械；无钥匙启动；控制系统

一键启动系统已经广泛应用于汽车行业，但在工程机械领域一直未有推广应用，究其原因主要是汽车与工程机械的工作方式不同，汽车一键启动的控制逻辑并不适用于工程机械。汽车一键启动其安全保证是由中控钥匙与车辆中控系统对码机制来实现的。作为一种生活工具，汽车使用频率高，通常在城市使用，几乎不存在长期停放的现象。中控对码系统必须保证车辆中控制系统有某一控制模块在停机状态下一直有电才能实现。工程机械的使用通常存在淡季、旺季之分，加之工程时间间隔等因素，大概率存在长期停机的现象。如果设计时有长期带电的控制模块，即使是毫安级别的耗电，长时间停机状态下依然能造成电瓶亏电。野外环境下，电瓶亏电会产生较高的维修成本，所以对码机制不适用于工程机械。不采用对码机制，安全防盗机制又成为另一项技术问题。本文从解决亏电及安全问题入手，设计了一款适用于工程机械的一键启动系统。

1一键启动的工作原理

根据系统设计原则，考虑电瓶亏电、系统安全、系统工作特点等因素，首先设计了以下电路控制原理，配合软件控制，实现工程机械的一键启动。考虑国家排放法规要求，本文所有设计均以电喷发动机为基础来实现。如图1所示，电路系统包括启动按钮、供电及输入逻辑电路、车辆主控器、车辆仪表、CAN总线及输出控制，其中启动按钮为自复位形式按钮。当按钮第一次按下后，电源通过启动按钮、继电器2的常闭触点控制继电器1的线圈，使继电器1的常开触点接通，控制器供电端口得电，控制器工作；控制器供电自锁端口输出，启动切换输出，实现供电自锁；同时将按钮信号通过继电器1的常开触点接入控制器。控制器检测到按钮输入后，电源继电器控制及发动机ECM控制输出，实现系统供电。系统供电后，车辆仪表工作，此时仪表进入权限验证界面。权限验证可用密码、指纹、人脸识别等方式完成。笔者在系统设计时出于对设计成本的考虑，仅采用了密码验证的方式。车辆控制器通过CAN总线接受仪表的验证指令，当权限验证通过后，控制器允许操作者完成下一步的启动动作；权限验证失败，操作者只能断电或者一定时间后控制器会控制系统自动断电。权限验证通过后，操作者再次按下按钮，车辆控制器会根据按钮按下的时间判定操作意图。时间短，系统断电；时间长，机器启动。系统断电时，控制器先后停止所有输出控制。系统启动时，控制器首先判断是否存在启动保护条件。当存在启动保护条件时，启动失败，并且控制器通过CAN总线将保护信号发送到车辆仪表进行提示。保护条件解除后，再次按下启动按钮，启动继电器控制端会输出相应信号控制发动机启动。可通过启动继电器的输出时间、发动机转速等条件来判定启动是否成功，以停止启动继电器的输出。如果启动失败，控制器会再次将程序逻辑回到启动步骤。发动机启动后，再一次按下启动按钮，车辆控制器会根据控制意图判定是否需要延时熄火、延时断电等保护项。如有则进入保护程序控制，如不符合保护逻辑则直接熄火断电。发动机停机通过停止发动机ECM控制输出实现，系统断电通过停止电源继电器控制输出实现。系统断电后，停止供电自锁输出，实现控制待机状态下不带电，避免控制长期通电待机造成车辆电瓶亏电。

2一键启动的控制逻辑

一键启动系统外围电气原理并不复杂，其核心在于如何通过控制程序实现设计者的意图。图2为控制程序的逻辑框架。在工作原理的设计过程中，机器的上电、启动、停机均能够通过该系统完成。所以，系统工作中的一些安全保护在不增加外围设计的情况下都能非常方便的实现。例如启动保护、怠速熄火、延时熄火、浪涌保护、自动断电等功能，均可以通过控制电源继电器、发动ECM、启动继电器来实现，大大简化了外围逻辑。同时，权限校验的设计极大保证了无钥匙情况下机器的安全性。由于一键启动的输入信号为自复位开关，与传统的挡位钥匙开关相比，技术方案上更契合远程控制的技术控制需求，更符合目前工程机械的智能化趋势。该系统笔者使用博士力士乐RC28-14控制器，采用BODAS编程，顺利实现了上述所有功能，并在挖掘机上进行了装机验证。

3结束语

一键启动首先在汽车领域实现，经过多年的验证改进，技术已经非常成熟，并且触点开关的操作方式完美匹配目前的无人驾驶技术。随着工程机械智能化技术的发展，远程驾驶、无人操作等技术也必将进一步发展。一键启动虽然是一项小的技术升级，但因其操作和控制的便利性，以及能够与远程控制的便利结合，必将在工程机械领域得到广泛推广。

作者：刘凯 单位：徐州徐工矿业机械有限公司