5 En ny motorstyrning
5.1 Teori
För att styra motorn har en metod valts där varvtalet väljs efter påbyggnadens last enligt följande samband:
Figur 19. Motorvarvtalet styrs efter lasten.
Påbyggnadens hastighet styr inte motorhastigheten eftersom det i dagens lastbilar med de signaler som finns tillgängliga där, inte går att avgöra vilken hastighet påbyggandens rörliga delar har. För att inte påbyggnaden skall kännas seg vid de tillfällen då lasten är låg samtidigt som användaren vill göra snabba rörelser med påbyggnaden har en strategi arbetats fram. Strategin bygger på att endast varva ner till ett mycket lågt varvtal då påbyggnaden inte utför några rörelser dvs. inte
används. Se Figur 20.
Figur 20. Strategi för att kunna bibehålla hastighet.
Till arbetsläget har tre olika typer av regulatorer utvecklats, analyserats och testats.
Påbyggnaden används inte Sovläge
tomgångsvarvtal (alternativt förhöjt tomgångsvarvtal)
Alternativt sovläge med lägre
tomgångsvarvtal Arbetsläge med regulator
låg last
hög last
hög last
hög last
efter x tid efter x2 tid
Kap 5 En ny motorstyrning
1. En P-regulator som är en vidareutveckling av regulatorn i [2].
2. En framkopplad regulator.
3. Ett konstant arbetsvarvtal.
De olika regulatorerna har testats var och en för sig tillsammans med strategin i Figur 20 och de har då aktiverats när lasten har blivit hög. Regulatorn har sedan
inaktiverats när lasten blivit låg. Det tredje alternativet är i själva verket ingen regulator utan ett i förväg bestämt fast varvtal.
5.1.1 Momentkurvan
Momentkurvan för den lastbil där regulatorn har implementerats kan ses i Figur 21.
Där ses att varvtal över 1000rpm inte resulterar i nämnvärt större moment. Utan den enda fördelen med att använda varvtal över 1000rpm skulle vara i form av ett större hydraulflöde och en högre hastighet på hydrauliken. Eftersom P-regulatorn och framkopplingen endast reglerar på lastmoment och inte kan ta hänsyn till en önskad hastighet finns det ingen anledning att reglera varvtalet till mer än 1000rpm.
Momentkurvan finns på lastbilen tillgänglig via CAN från motorstyrenheten.
500 1000 1500 2000
Figur 21. Momentkurvan från provfordonets motorstyrenhet.
5.1.2 Momentsignal
Det finns två lastmomentsignaler tillgängliga från motorn via CAN. Båda anger momentet i procent. Skillnaden mellan dessa är att den ena anger lastmomentet i procent av det maximala moment som kan plockas ut vid det aktuella varvtalet, denna signal kallas i fortsättningen för den relativa signalen. Den andra anger
lastmomentet i procent av det maximala momentet som kan plockas ut från lastbilen, den signalen kallas i fortsättningen för den absoluta. Ett exempel på skillnaden
mellan de båda kan ses i Figur 22.
Kap 5 En ny motorstyrning
28
Figur 22. Två momentsignaler.
Den bästa signalen att reglera efter är den absoluta signalen eftersom den inte påverkas av ofrivilliga hastighetsförändringar, dvs. om den regulatorn som sitter i motorn inte hinner med en förändring av lasten, avviker hastigheten från referensen.
Detta inträffar då momentsignalen förändras hastigt som kan ses i Figur 23. Där har referensvarvtalet satts till 900rpm och ca 7s in lyfts lastväxlaren och lasten ökar viket får varvtalet att falla. Vid det lägre varvtalet kan inte ett lika stort moment plockas ut vilket medför att den relativa momentsignalen stiger mer än den absoluta. Den relativa momentsignalen fluktuerar därför mer än den absoluta.
Den absoluta signalen har också en högre uppdateringsfrekvens än den relativa och uppdateras var 20ms. Den relativa uppdateras var 50ms. Signalen som innehåller varvtalshastigheten uppdateras också var 20ms.
500 1000 1500 2000
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800
varvtal [rpm]
moment [Nm]
2621Nm
Absolut momentsignal: 61%
Relativ momentsignal: 80%
1600Nm 2000Nm
ii●
Kap 5 En ny motorstyrning
Figur 23. Test av lastmomentsignaler
5.1.3 P-regulator
P-regulatorn räknar ut referensvarvtalet enligt:
)
(Mm Mm
K n
nref = motor + ⋅ ref − ( 5 )
Där nref är referensvarvtalet som styr motorvarvtalet, nmotor är det aktuella
motorvarvtalet, K är en konstant, Mmref är momentmarginalens referens och Mm är den aktuella momentmarginalen. [2]
P-regulatorn reglerar på den relativa momentsignalen eftersom regulatorn är en återkoppling och reglerar relativt det rådande varvtalet. Därför är det enklast att använda den momentsignal som redan presenterar lastmomentet på denna form.
5.1.4 Framkoppling
Framkopplingen använder sig av den momentkurva som presenteras i Figur 21 och som finns tillgänglig via CAN. Kurvan används för att se vilket varvtal motorn måste ha för att kunna möta det pålagda momentet plus den momentmarginal som satts.
Framkopplingen kan använda den absoluta momentsignalen som referensvärde eftersom den inte tar hänsyn till det nuvarande varvtalet utan endast till den nuvarande lasten.
Funktionen har som input det pålagda momentet plus momentmarginalen och returnerar ett referensvarvtal efter momentkurvan i Figur 21 enligt:
)
(Mm Ma
funktion
nref = ref + ( 6 )
Kap 5 En ny motorstyrning
30
Där nref är referensvarvtalet, Mmref är momentmarginalens referens och Ma är det för stunden använda momentet.
5.1.5 Konstant arbetsvarvtal
Att använda ett konstant arbetsvarvtal är den enklaste metoden och påminner om hur anläggningsmaskiner fungerar. Det hela syftar till att när hydrauliken används höjs varvtalet och när den sedan inte används längre sjunker varvtalet för att spara bränsle och sänka ljudnivån. För att bedöma om hydrauliken används använder algoritmen den absoluta momentsignalen från motorn som skickas via CAN och kan med den detektera om påbyggnaden används.
När kraftuttaget aktiveras och påbyggnaden börjar användas skall motorstyrningen aktiveras. Logiken skickar tomgångsvarvtalet som referens till motorn fram till dess att algoritmen detekterar att påbyggnadens hydraulik börjar användas. När
algoritmen detekterar detta genom att momentsignalen stiger, skickas
arbetsvarvtalet, ett i förväg bestämt varvtal, till motorn som referens. När det sedan detekterats att hydrauliken stannar, genom att momentsignalen sjunker, växlar logiken tillstånd och en räknare börjar räkna ner. Algoritmen fortsätter samtidigt att analysera momentsignalen och om den detekterar användning av påbyggnaden innan räknaren räknat klart sänks inte varvtalet. Däremot om ingen användning av
påbyggnaden detekteras innan räknaren räknat klart kommer algoritmen att börja skicka tomgångsvarvtalet som referensvarvtal till motorn. Se Figur 24.
Arbetsvarvtal
Figur 24. Logik för konstant arbetsvarvtal.
5.1.6 Momentmarginal
Momentmarginalen är den buffert som finns mellan den aktuella lasten och den last som maximalt kan plockas ut från motorn. Att välja momentmarginalen är invecklat eftersom det är önskvärt att ha en så liten momentmarginal som möjligt för att kunna sänka bränsleförbrukningen maximalt. Väljs för liten momentmarginal finns dock risk för motorstopp pga. motorn inte kan leverera det moment som plockas ut.