一种工程车油门及行走控制系统及方法

洪清源

（泉州鑫豪工程机械科技有限公司，福建 晋江 362200）

0 引言

使用全液压传动或液压-机械传动的工程车，通常是采用液压马达直接驱动或通过传动轴驱动轮胎转动，以实现车辆行走的功能[1]。控制泵输出的液压油，通过多路阀行走阀联阀芯的开口，将动力传递到液压马达，再通过液压马达密封工作腔的容积变化来推动液压马达输出轴旋转，从而实现从液压能到机械能的转换。到达液压马达的液压油流量越多，马达旋转速度越快。而到达液压马达的液压油流量，除了与控制泵的排量转速有关，行走阀联阀芯的开度也有很大的关系[2，3]。泵的输入转速越高，泵输出的流量越大，液压马达转速越高[4]。行走阀联阀芯的开度越大，可通过的液压油流量的越大，液压马达可达到的转速就越高。

传统的行走控制方案是通过具有定位功能的手油门控制泵的输入转速，通过具有自复位功能的脚阀，将操作意图转化为输出的先导压力，从而控制行走联阀芯的开度大小；而行走的微动特性，主要是阀芯的开口特性及阀联控制总流量的相互作用结果[5]。示意图如图1所示。

图1 传统控制方案

1 传统控制方式分析

传统方案结合实际来讲，因为工程车自重大，在工程车作业时，需要在低速实现液压马达的启停微动，则需要将泵的输入转速调节越小越好[6，7]，从而阀联控制的总流量就很小，这个时候再通过脚阀来控制阀联的阀芯开度，让小流量进入马达缓慢转动，实现行走启动的微动，避免了大流量一下涌入液压马达导致冲击感；停止时因为时速低，惯性相对较小，停止冲击也小[8，9]。在高速转场的时候又需要液压马达的高速旋转，从而实现高速行走，这就需要将阀芯全开的同时，泵的输入转速也要最高，当然最高时速的时候突然抬起脚阀踏板，则会导致剧烈的制动感，一般则是通过在阀芯端的先导泄油端增加节流孔，使得阀芯缓慢回中位，从而消除制动感，但这种方式也存在缺陷，因节流效果在不同压力及流量下是不同的，很难在制动安全及制动冲击中找到平衡的调试效果。

2 改进后的控制方案

基于上述问题提出一种新的工程车油门及行走控制系统及方法，主要改进点是通过改进脚阀的结构，将操作意图直接转化为两路：一路通过电位传感器，直接与车身ECU（车载控制器）或者动力单元ECU连接，其脚阀的位移信号经过处理后变为泵的输入转速控制信号；另一路则是直接通过脚阀的位移来控制位于脚阀底部的先导阀体，线性输出先导压力来推动行走阀芯的位移。改进后的脚阀及控制系统，如图2所示。

图2 改进后的脚阀结构及液压原理

在图3所示的方案中，这种脚阀结构在刚踩动脚阀踏板后，先触发脚阀底部的先导阀体，输出的较低的先导压力，推动行走阀芯的微动打开，控制少量的液压油进入行走马达，实现缓慢起步，减少启动冲击；随着继续深踩踏板，先导阀体输出的先导压力升高，进一步推开行走阀芯，同时车身或动力单元ECU接收到位移信号，提升泵的输入转速，快速提升进入行走马达的流量，达到快速提速的目的；当踏板踩到底后，行走阀芯开度及泵输入转速均达到最大，此时实现极速行走；需要减速时，随着踏板抬起，车身或动力单元ECU接收到位移信号变化，降低泵的输入转速，先导阀体也逐渐减小先导压力输出，行走阀芯对应回位，进入液压马达的流量减少，液压马达转速降低；继续抬起踏板至复位，泵输入转速降低最低，先导阀体不输出先导压力，行走阀芯完全复位，没有流量进入液压马达，马达通过内部溢流及补油迅速消除整车惯性，工程车辆停止行走。

图3 改进后的控制方案

上述结构通过踏板的结构改进，巧妙地将驾驶意图转化到对泵的输入转速及行走阀芯开度的关联控制上，操作简单便捷。

同样在新能源工程车上，采用液压马达驱动行走的，也可采用类似控制系统及方法。为了提高操作响应及优化操作便利性，也可将脚阀下的先导阀组改为在行走阀联上安装电液比例阀进行控制，通过电控算法，将踩踏脚阀的操作意图进行处理后再分别控制电液比例阀阀口开度与及泵的输入转速。如图4所示。

图4 新能源工程车油门及行走系统控制方案

上述结构在实际工况中，其逻辑关系可以按照如下开展：在启动行走阶段，优先输出控制行走联阀芯位移的电液比例阀电流，在行走联阀芯移动出微动特性区间后，再输出控制提升泵输入转速，实现平稳的行走启动；在急加速阶段，同时输出至电液比例阀电流与提升泵输入转速的电信号，快速提升至液压马达的流量，实现加速；在极速行驶状态，输出至电液比例阀的电流使行走联阀芯全开，输出至泵的输入转速的电信号维持额定输入转速，实现最大流量至行走马达；在抬起踏板时，输出信号迅速降低泵的输入转速，同时输出经过处理的电液比例阀信号，适当延迟阀芯闭合，确保制动安全的同时减少迅速闭合阀芯带来的不适感，若同时踩下制动时，则无需处理至电液比例阀的电信号，实现迅速制动停车。

3 改进效果及对比

上述的油门及行走控制系统及方法，已在轮式挖掘机、新能源微型挖掘机（由福建省区域发展项目《智能化新能源微型挖掘机》2019H4013支撑开展）中得到具体应用。改进效果对比见表1。

表1 改进效果对比情况

4 结语

所述的油门及行走控制系统及方法，其成本低廉，可靠性高，后续的研究工作集中在根据具体工况优化相关信号处理算法，可解决节流阀在不同流量、压力下的节流效果，进一步提升操作感受及安全性。此方案具有广泛的应用前景。