传统机械式发动机转速电控方法的改进

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1 传统转速控制方法

传统的机械式发动机转速电控方法对发动机转速进行控制前，需预先进行系统标定，并对相关数据进行存储。该转速控制方法对转速的控制过程如下：预先通过油门挡位旋钮在控制器内设定转速挡位，作业时控制器根据操作人员选定的油门挡位向油门执行器输出转速信号，由油门执行器电动机驱动发动机油门调节器软轴，通过调节软轴伸缩，调节发动机油门至油门挡位旋钮设定的转速。

油门执行器读取发动机转速后反馈给控制器，由控制器将发动机转速与预先设定好的目标转速进行比较后，对油门执行器进行标定，以便在控制器里存储各挡位目标转速所对应油门执行器电动机软轴位置反馈电压。发动机电控机械式转速控制方法如图1所示。

发动机转速控制，先通过调节油门挡位旋钮设定挡位x。控制器收到油门挡位旋钮电信号后，结合其内部所设定的挡位目标转速与发动机标定转速对应关系，再根据其标定时所存储的发动机转速与油门执行器电动机反馈电压对应值，向油门执行器输出PWM信号。油门执行器收到控制器PWM信号后，驱动电动机调节连接于油门执行器与发动机油门调节器之间的软轴，以使油门执行器反馈电压达到标定设定值v，进而使发动机油门调节器到达设定位置，以实现调节发动机转速的功能。

2 传统转速控制方法存在缺陷

传统转速控制方法存在以下3个缺陷：

一是调节过程没有检测发动机转速值，无论发动机当前转速处于何值，只要控制器读取到的油门执行器电动机反馈电压值与标定存储值一致，则认为执行器调节到位。

二是由于发动机油门调节器工作角度较小，若油门软轴位置发生轻微变化，就会导致发动机转速产生较大偏差。若软轴发生变形，可造成软轴实际位置与标定位置不一致，并导致发动机实际转速与目标转速产生严重偏差。

三是当发动机实际转速高于目标转速时，可造成发动机输出功率过高、油耗增加；当发动机实际转速低于目标转速时，可造成发动机输出功率不足，影响发动机工作效率。因此，当油门执行器软轴发生变形后，就需要对油门执行器重新标定。

3 转速自动补偿原理

为解决传统机械式发动机转速电控方法存在的上述缺陷，本文提出了一种转速自动补偿方法。该方法采用转速自动补偿控制器，通过对当前实际转速的判定，来更新控制器标定时所存储的油门执行器位置反馈电压值，以达到动态修正发动机转速的目的。发动机转速自动补偿原理如图2所示。

油门执行器电动机电压与软轴移动量可看作线性关系，通过对发动机转速信号数据进行采集和分析，得出发动机转速与油门执行器位置反馈电压信号存在近似等步长关系，即步长转速r与对应油门执行器位置反馈电压v存在线性关系（二者间线性系数用k代表）。

根据选定挡位下实际检测发动机转速Rraw与设定的目标转速Rset，计算其转速偏差值R：

控制器存储修正后的反馈电压值V′，以取代之前的存储电压值V。控制器将驱动油门执行器电动机到达反馈电压值V′处，调节发动机转速偏差R，从而实现发动机转速的自动补偿控制，以对发动机转速进行自动修正。

4 自动补偿转速控制效果

为了检测转速自动补偿方法是否具有精确控制转速的能力，我们对传统转速控制方法和转速自动补偿方法进行了对比测试。

（1）传统转速控制方法

传统转速控制方法，完成标定后，在正常情况下，调节油门挡位旋钮，得到各挡位下转速与电压相关基准数据，如表1所示。

异常情况下，通过调节油门执行器软轴位置，使发动机实际转速与目标转速发生变化。测试结果表明，虽然存储电压值与软轴调节之前基本一致，但是发动机实际转速与目标转速偏差加大，发动机转速在检测挡位下发生了约100r/min偏差，如表2所示。

（2）转速自动补偿方法

根据发动机转速自动补偿原理，我们改用转速自动补偿控制器在挖掘机上进行了发动机转速偏差测试。通过转速自动补偿控制器进行转速修正后，5～12挡位测试结果如表3所示。

从表3可以看出，采用转速自动补偿控制器后，发动机转速得到明显改善，转速偏差减少到10r/min以内。转速补偿采用转速自动检测及自动校正，而不用停机进行设备检修或油门执行器手动标定，精准地控制了发动机转速，减少了燃油消耗，提高了发动机工作效率。