2021/04总第542期
基于CAN总线的挖掘机油耗测试集成化方法研究电动车电池价格
林圣文,韦俊茂,刘兴鑫,莫非
二手越野车(广西柳工机械股份有限公司,广西柳州 545007)
[摘要]本文开发了一种基于CAN总线技术的挖掘机油耗测试集成化方法,利用SAEJ1939协议,通过对自配控制器进行编程,对电喷柴油机ECU中的瞬时油耗量信号进行处理并将油耗结果通过车载屏显示,对比高精度油耗仪验证了该油耗测试方法的正确性。该方法具有易操作、低成本、快速检测、精度高、可靠性高的特点,可推广应用至电喷发动机的挖掘机上,具有较大的实用价值。
[关键词]挖掘机;显示屏;油耗测试;CAN通讯;瞬时油耗量;集成化
[中图分类号]U415.51+1  [文献标识码]B  [文章编号]1001-554X(2021)04-0061-03
Research on integrated method of excavator fuel consumption test based on CAN bus
LIN Sheng-wen,WEI Jun-mao,LIU Xing-xin,MO Fei
1 油耗检测技术现状
燃油消耗量是挖掘机的重要经济性能指标之一,对其进行准确、迅速的测量和显示十分关键。目前油耗检测方法主要为两大类:直接检测法和间接检测法[1]。直接检测法需要拆开发动机油路,然后接入流量测量设备或用副油箱代替原车燃油箱,直接测得燃料消耗量;间接检测法主要有碳平衡法[2]和超声波法[3]。其中碳平衡法是不拆解发动机油路,根据油含碳量在燃烧前后不变这一质量守恒原理,只要将测出的单位时间内尾气含碳量与单位体积内燃油含碳量对比,即可计算出燃油消耗量。超声波法通过声波流量传感器测定燃油流量,针对电喷车存在回油问题,采用两路流量传感器分别测试进、回油管路燃油流量。
挖掘机作业工况较为恶劣,整车颠簸剧烈,易造成外置测试设备损坏,且驾驶室及平台空间较小,不利于测试设备放置。针对挖掘机油耗测试的特殊性,本文提出了一种基于整车CAN总线的快速油耗测试方法。
2 油耗测试原理
2.1 测试方法理论依据
目前大吨位挖掘机的发动机基本采用电喷柴油机,随着非道路工程机械国III的基本普及以及后期国IV
的实施,小吨位挖掘机也开始全面更换为电喷发动机。作为全新的燃油喷射系统,它是通过各种传感器检测出发动机的实际运行状态,通过计算机的计算和处理,可以对发动机的喷油量、喷油时间、喷油压力和喷油率进行最佳控制。对于特定型号的喷油器,单次喷油量仅与开启时间成正比[4]
。其计算公式为
2()
n n f f b
G u F g p P P t
=×××××-×(1)式中G为单次燃油喷射质量;u n为喷油嘴的流量系数;F n为喷油嘴截面积;g为重力加速;p f为燃油密度;P f为燃喷射压力;P b为进气压力;t为单次喷油时间。
对于特定型号的喷油器,其流量系数和喷嘴面积均为恒定值。燃油喷射系统由于燃油压力调节器的作用,使喷油器的燃油压力与进气歧管的压力差保持恒定,所以喷油器的喷油量仅与开阀时间成正比。因此每次燃烧需要的燃油量可通过喷油器喷油时间来确定,ECU以PWM信号控制阀门的导通和关闭,因此ECU能够根据通电时间实时计算喷
DOI:10.1981.2021.04.007
[收稿日期]2020-11-30
[通讯地址]林圣文,广西柳州市柳南区柳工大道2号柳工国际工业园
CONSTRUCTION MACHINERY61
专题研究
SPECIAL RESEARCH
62 建筑机械
油量。
目前电喷柴油机基本都采用基于SAEJ1939
的CAN总线通讯协议。通过对自配控制器编程控
制,将CAN总线上油耗信号进行辨识、采集、处
理、显示功能集一体,最终显示在车载屏中,采集
ECU中Fuel Rate信号(采集设置参数见表1)。
表1 技术参数表
CAN采集油耗技术参数
参数EngFuel Rate
采样间隔/ms100
ID0X18FEF2FE
备注增益:0.05L/h
2.2 油耗数学模型计算
对挖掘机作业过程采集的Fuel Rate信号进行
后处理,计算公式为
(2)
式中Q为发动机累积油耗量,ml;n为总采样点
数;q i为瞬时油耗量EngFuel Rate,L/h;d i为CAN
信号采样间隔,取100ms。
为得到更准确的油耗测试数据,在软件设计
中对数学模型进行增益处理以减小检测量与实际喷
油量之间的误差,修正后的燃料消耗量
Q
=Q×0.05    (3)
2.3 显示屏端主程序设计
显示屏端主程序设计如图1所示。
3 试验验证
为验证油耗测试方法的正确性,在试验场对
各吨位机型挖掘机进行了油耗测试。试验程序严
格参照GXB/TY 0026-2014《挖掘机燃油消耗试验
s弯方法》执行[5],同时利用高精度油耗仪与车载屏
油耗同时采集,并将结果进行比较。油耗测试原
理如图2所示。测试采用油耗仪FCS-D-380,精度
±0.5%。沃尔沃v60保养
3.1 测试工况
试验采用直线挖掘或原地挖掘作业循环,作
业物料选用土泥或碎石,作业路线如图3所示。整
个挖掘过程分为挖掘物料、提升回转、卸料、空载
返回4个阶段。
图1 显示屏端主程序设计
图2 油耗试验验证原理图挖
料堆
图3 挖掘示意图
CONSTRUCTION MACHINERY
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3.2 测试结果分析
低油耗车
在进行挖掘作业过程中,将采集的数据进行后处理,得到结果如图4所示。从液压曲线分解出挖掘、抬动臂回转、切料。从图4的瞬时油耗曲线可以看出,抬动臂回转喷油量明显偏高,挖掘及卸料回转过程中喷油量偏少,瞬时油耗与挖掘机动作具有良好的动态跟随特性。
挖掘
抬动臂回转卸料
瞬时油耗
图4 EngFuel Rate 及压力曲线图
多吨位级挖掘机作业循环油耗消耗量对比显示车载屏的显示油耗略小于油耗仪,整体测试精度均在4%以内。具体结果见表2。
表2 油耗对比差异表
3.8L 发动机
挡位显示屏/ml 油耗仪/ml 相对误差/%
1974.17970.830.342937.50933.580.423865.00865.38-0.044822.50820.830.205885.83880.500.616
783.75
788.79
-0.64
8.9L 发动机
挡位显示屏/ml 油耗仪/ml 相对误差/%
1 3812.63908.41-2.5
2 3714.73797.585-2.23
3582.15
tank越野车300报价3696.99
-3.1
挡位显示屏/ml 油耗仪/ml 相对误差/%
4 3345.13486.835-4.1
5 3625.053728.45-2.86
3219.15
3356.98
-4.1
12L 发动机
挡位显示屏/ml 油耗仪/ml 相对误差/%15666.055723.78-1.0125520.005587.965-1.2235249.755344.74-1.7845085.305156.83-1.3955497.00
5562.435-1.1865314.15
5374.41
-1.12
4 结论
该方法基于CAN 技术和电喷喷油脉宽特性,通过对自配控制器进行编程控制,将整机油耗测试集辨识、采集、处理、显示功能为一体,无需任何数采设备,无需破坏整车油路,无需安装任何传感器,具有较高的测量精度,大幅度降低了试验设备成本,为开发随车油耗快速检测设备提供了依据。
[参考文献]
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续表