车载电脑控制系统中传感器的作用

高小敏

（南京港江北集装箱码头有限公司，江苏南京 211805）

1 车载电脑控制系统的组成

1.1 系统组成

车载电脑控制系统主要由PWT（POWERTRONIC，主机电脑）、CAN 线、LMS 显示屏、发动机控制器ECU、油门踏板、变速箱控制器APC200/D108、挡位操作手柄、速度传感器、吊具电器系统（吊具电路板）电磁阀、继电器和仪表等组成。

1.1.1 PWT 在集装箱设备上的应用

（1）通过对输入输出模块的编程控制，代替原来复杂的继电器和机械控制，是移动工程机械的发展趋势。

（2）利用CAN 通信将各传感器和各子系统连接起来，利用PWT 的集中运算，实现整车运行状态监测。

（3）发动机控制、变速箱控制、灯光控制和安全控制集成到一个PWT 上，易于控制而且经济性好。

（4）对于小电流输出，PWT 不需要继电器，并且有短路保护，如果电流超过一定数值将会保护。减少了继电器的使用量，增大了系统可靠性。

（5）PWT 以及CAN 通信的使用，使得原来复杂的控制线路得到很大的改善，既提高了系统的稳定性，又简化了系统的诊断方式。

1.1.2 CAN 线的特点

（1）CAN 通信用低成本的双绞线电缆代替了车身内昂贵的导线，大幅减少排线数量，提高了可靠性。

（2）具有快速响应时间和高可靠性，适合对实时性要求较高项目的应用。

（3）添加和增减终端方便。

（4）方便实现系统集成，真正将发动机、变速箱、负载管理系统和整车形成一个系统。

（5）使自动诊断成为可能，通过CAN 可以显示分析各种传感器的信息以及故障点。现在的集装箱搬运设备使用了这种技术，使车机的每一个系统集成到一起。极大提升了设备的可靠性和安全性。例如，FANTUZZIKALMAR 等。

CAN 是单一的网络总线，可以挂接所有外围器件。以FANTUZZI 正面吊为例，发动机控制单元ECU、整机综合控制单元PWT、负载管理系统LMS，以及行走控制器D108 等节点都挂接在同一个网络中。任一单元发出信息在总线中都是开放的。即挂接在网络中的所有单元都可以看到该信息。但该信息只会与理解其内容的单元发生反应。并且，该网络中还能轻易地挂入新的节点，不需要设计复杂的线路。这种特性使得可以非常方便将诊断系统接入总线，并轻松读取任意节点信息。

CAN 总线由一对铜质双绞线组成。为避免外部信号干扰，1 m 缠绕至少30 次以上。这样可以大大增加总线的使用长度，使得数据的传输距离可以达到将近50 m。这对双绞线分别被定义为CANHigh 和CANLow，根据它们的电势变化来定义总线的两种不同的工作状态。当CANHigh=1.75 V，CANLow=3.25 V，表示总线逻辑状态0；当CANHigh=4 V，CANLow=1 V，表示总线逻辑状态1。由此，便将模拟信号转化成了二进制数字信号。在以往的通信线路中，所有的监控信号都必须有单独的信号传输线。随着功能不断增加，线路也越来越复杂。通过CAN 通信总线，可以将总线中传输的任意监控信号转化为二进制数字信号，在总线中进行传输。原本复杂的线路，现在只需要一对双绞线就能完全代替。既节约成本，又安全可靠，检查维修也更加简便。

总线中每一个信号都被打包成了一个信息包。每个信息都有自己单独的定义方式。前11 或29 位为地址区，表明该条信号的去向。避免与之无关的节点误接该条信息。数据区长度为0～64 位，表明该条信息的具体内容。最后16 位为纠错区，用于检查信息是否被正确发送。

发动机和变速箱都可以由电脑控制，在自动变速过程中，发动机的转速会自动下降约35%，使得司机感觉换挡非常平稳，并且降低了对变速箱换挡的冲击。发动机的转速不再由司机人为控制，电子油门只是向PWT 发送请求。

1.1.3 LMS（负载管理系统）运用

（1）机器处于空载状态，时速25 km/h。

（2）机器处于低负载、大臂伸出状态，时速12 km/h。

（3）机器处于超载或重载，并且大臂伸出状态，时速8 km/h。根据码头具体情况，可以对车机的最高速度进行限制。①在吊具带有负载时，PWT 控制变速箱的换挡自动套用不同变速值表（区别于空载，由系统自带），加速更慢，加强安全；②发动机在高速运转时司机突然关闭点火开关（从现场开回车辆到停车场后立即熄火发动机），这时发动机仍会继续怠速一定时间，以便发动机的涡轮增压器缓慢冷却，保护发动机和涡轮增压器。当然，按下发动机紧急停车按钮，发动机会熄火；③可以显示实时的燃油消耗量，可以统计燃油的总消耗量；④发动机自动熄火保护。柴油油量低于10%，10 min 后发动机熄火。冷却水少2 min 后发动机熄火。发动机油压低，3 s 后发动机熄火。发动机油温高3 s 后发动机5 min 怠速，温度仍不下降，则发动机熄火。冷却水温度高3 s 后，发动机1 min 强制怠速后温度仍不下降，则发动机熄火。当发动机怠速超过一定时间，PWT 自动切断大灯和工作灯的电源，保护发电机和蓄电瓶，当转速超过怠速值时大灯自动打开。根据负载情况，PWT 控制大臂起升和伸出的动作速度。当负载的不稳定超过设定值时（系统自带），集装箱的起吊速度将被降低，加强了安全性。操作手柄上有传感器，如果没有用手握好手柄将会切断动作，避免司机在值时集装箱的起吊速度将被降低，加强了安全性。可以方便更改各种参数，使车机的使用更符合每一部个性化车机的车况。例如，更合适变速箱换挡的参数、加速率、速度的限制和发动机的加速速率等。

1.2 编程实现POWERTRONIC 功能

（1）自动变速箱管理。POWERTRONIC 可以自动或手动模式控制变速箱，为防止错误使用变速箱，特设置安全保护功能。

（2）发动机转速控制。从空挡开始，如果发动机转速超过900 r/min，不能正常前进或后退。

（3）防逆转控制。如果操作者尝试在车轮还未停止时改变行驶方向，变速箱将自动转换到空挡。除非车子处于最低行驶速度（正常是2 km/h）。

（4）微动控制。在挂挡情况下，如果操作者按下驻刹按钮或踩下装在刹车踏板上的微动开关，POWERTRONIC 将把变速箱设为空挡。这是为防止变速箱压力和油温过高。

（5）速度传感器检查。如果驱动轴上的传感器不能提供正确的信号，变速箱将为空挡；警报复位时必须将排挡杆拨到空挡。如果有错误警报，变速箱会开始工作。为防止传感器真的出错或没有连接，变速箱是在第一挡。只有调到手动模式才能选择任意速度，这时所有安全设置将不再工作。

（6）踏板加速控制。将调速油门踏板按至最大，POWERTRONIC前移一些百分比（正常是20%～30%），这意味着随着机器速度和发动机转速的增快，变速值将被激活。

（7）发动机扭矩控制。变速时（到高的挡位时），发动机的转速将自动增加，这是为了避免在发动机扭矩高时挂挡。变速停止时，发动机转速即可通过踏板重设。

（8）变化的起始速度。在一些机器中操作手柄上可以有额外按钮。通常机器从第二挡开始启动。如果操作者按了这个按钮，那么这次机器将从第一挡开始启动。这是为了减少第一挡的使用，只有在必要时使用第一挡。

（9）负载控制。LMS 会通过CAN1 总线向POWERTRONIC发出机器负载信号。如果机器有负载，POWERTRONIC 系统将会使用不同的变速值表，这样可以在较高速度和发动机转速下挂挡，确保有足够的动力移动和使用大臂。POWERTRONIC 系统把发动机和变速箱控制的典型功能都集中到一个简化单元中，是一个具有很强综合性的控制系统。

1.3 CAN 总线数据的显示

（1）通过ECO-CAN 显示屏显示CAN 总线的信息。

（2）通过负载管理系统（LMS）显示屏显示各种信息。

（3）通过电脑的超级终端显示更全面的信息。

1.4 CAN 总线数据的接口

（1）通过专用键盘和ECO-CAN 接口连接后修改参数（用于匹配变速箱和发动机工作状态）。

（2）通过专用键盘和LMS 接口连接后修改参数（用于调整负载管理及机器配置）。

（3）通过电脑的超级终端可以看到整车全部信息，甚至PWT的输入输出每一根线的状态。可以修改更全面的参数。

（4）通过PC 下载LMS 的集装箱操作记录（时间和用时）和故障记录（发生的具体故障、报警信息和时间）。

（5）通过SUPERLOAD 专用软件更新PWT 的操作软件。

2 故障实例

由于长期下雨，公司机械设备出现故障，驾驶室内POWERTRONIC 一直提示故障，正面吊吊具无动作。仔细检查，发现位于机器尾部的长度传感器的电脑板总成烧损。长度传感器的可变电阻电位器的阻值在0～30 kΩ，负责提供长度变量，角度传感器的阻值为0～5 kΩ，负责提供角度变量（原有的直接断路）。XTR110KP16ZH737型集成块（管脚短路，不能正常工作）将这些数据处理后变成数字信号传递给LMS，最后由PWT 和LMS 系统共同管理，更换相关电子元器件后上机测试，使用良好，各项安全指标正常。

进气压力传感器故障后，由于不能提供正确的进气压力数据，通常发动机会出现大量黑烟，不能正常工作。曲轴传感器出现故障后，发动机启动时间会延长，比正常启动延迟4～5 s。凸轮轴位置传感器出现故障后，也会出现发动机启动时间延长，比正常启动要延迟4～5 s。如果曲轴传感器信号同时丢失，则发动机启动时间会延时更久，甚至无法正常启动。速度传感器出现故障后（发动机容易出现开锅现象），自动挡位无法自动切换，只能最低挡位运行，出现这种故障后可以打开旁路系统手动调整速度挡位。