CN108506100B - 油门操控装置和农机设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种油门操控装置和农机设备，油门操控装置包括手脚油门双联模块、油门连杆、信号变量传感模块以及ECU电控模块，手脚油门双联模块通过油门连杆与信号变量传感模块连接，信号变量传感模块与ECU电控模块连接。在外力作用下，手脚油门双联模块控制油门连杆移动，信号变量传感模块接收油门连杆移动时产生的位置移动信号，并进行转化处理输出电信号至ECU电控模块，ECU电控模块根据接收的电信号进行油门控制。通过手脚油门双联模块和油门连杆以及设置信号变量传感模块，将油门连杆传输的机械控制信号转化为电信号，并通过ECU电控模块实现油门喷油的精准控制，从而达到对发动机速度的平稳控制，避免了复杂的独立电子手脚油门设计，结构简单且油门控制精准。
Description
技术领域
本申请涉及农业机械领域，特别是涉及一种油门操控装置和农机设备。
背景技术
在农业机械行业，符合国家第二阶段机动车污染物排放标准(简称国Ⅱ排放标准)的排放油门操纵机构的终端与发动机喷油泵直接刚性相连，发动机活塞缸内的油量会被随意刚性注入造成排放超标，油耗大。国Ⅱ排放标准的农业机械包括拖拉机等农机设备，通常在动力输出扭矩还没建立时，手脚油门位置就被驾驶员随意摁到底，形成“飞车”现象，发动机活塞缸内的燃油被机械高压油泵强行驱入而喷射，无法实现精准喷油。
随着国家第三阶段机动车污染物排放标准的实施，对车辆的排放标准进行了严格控制，对于国Ⅱ排放标准换成国Ⅲ排放标准的车辆，行业内普遍采用将机械手油门和脚油门的机械联动控制改为独立的电子手油门和电子脚油门控制来实现排放量控制，通过以上二种油门更换应用，成本费用大大提高，电子元器件损坏率高，且布线交错凌乱、复杂。
发明内容
基于此，有必要针对排放超标和油门控制布线复杂易损坏问题，提供一种精准喷油且结构简单的油门操控装置和农机设备。
一种油门操控装置，包括手脚油门双联模块、油门连杆、信号变量传感模块以及ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)电控模块，所述手脚油门双联模块通过所述油门连杆与所述信号变量传感模块连接，所述信号变量传感模块与所述ECU电控模块连接。
在外力作用下，所述手脚油门双联模块控制所述油门连杆移动，所述信号变量传感模块接收所述油门连杆移动时产生的位置移动信号，并进行转化处理输出电信号至所述ECU电控模块，所述ECU电控模块根据接收的电信号进行油门控制。
在其中一个实施例中，所述油门操控装置还包括设置于所述信号变量传感模块的信号变量转柄，所述信号变量转柄与所述油门连杆连接；
所述信号变量转柄，用于将所述油门连杆的位置移动信号转换成角度变化信号，并传输所述角度变化信号至所述信号变量传感模块。
在其中一个实施例中，所述信号变量转柄的转动角度变化范围为0°至70°。
在其中一个实施例中，所述信号变量传感模块的输出电压范围为0V至5V。
在其中一个实施例中，所述ECU电控模块的输入启动电压为0.37V且最大输入电压标定为3.75V。
在其中一个实施例中，所述油门操控装置还包括数据传输CAN((Controller AreaNetwork,控制器局域网络)总线，所述信号变量传感模块通过所述数据传输CAN总线与所述ECU电控单元连接。
在其中一个实施例中，所述数据传输CAN总线包括12V电源线、油门信号放大线以及负极搭铁线。
在其中一个实施例中，所述数据传输CAN总线还包括预留油门信号线。
在其中一个实施例中，所述油门操控装置还包括手油门推杆和脚油门踏板，所述手油门推杆和所述脚油门踏板分别与所述手脚油门双联模块连接。
一种农机设备，所述农机设备包括油门执行模块以及所述的油门操控装置，所述油门执行模块与所述油门操控装置中ECU电控模块连接
上述油门操控装置，通过在国Ⅱ排放农业机械的油门操控装置，不改变手油门与脚油门的硬件结构的基础上，保留原有的手脚油门双联模块和油门连杆，通过设置信号变量传感模块，将通过油门连杆传输的机械控制信号转化为电信号，并通过ECU电控模块实现油门喷油的精准控制，避免了复杂的独立电子手脚油门设计，结构简单且油门控制精准。
附图说明
图1为本申请一个实施例中油门操控装置结构示意图；
图2为本申请另一个实施例中油门操控装置结构示意图；
图3为本申请一个实施例中油门操控装置与油门执行模块的结构示意图；
图4为本申请一个实施例中信号变量转换模块的输入输出信号关系示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
传统的农业机械设备，为了在作业期间增加机械设备控制的灵活性以及驾驶员的舒适度，一般通过手油门推杆和脚油门踏板组合来控制农机的作业与行驶速度，但传统的农机设备通过机械移动控制油门开度，在动力输出扭矩还没建立时手脚油门位置就被驾驶员随意推到底，容易形成“飞车”现象。“飞车”现象是指动力机械速度升高时超速保护失效，转速失控，超出转速限制的现象，多由于运行中的不规范操作造成故障所引起。此时，又由于发动机活塞缸内的油量被机械高压油泵强行驱入而喷射，无法实现精准喷油，造成排放超标。
随着国家第三阶段机动车污染物排放标准的实施，为了解决传统农业机械的排放超标问题，出现了各种样式的独立电子脚油门、独立电子手油门在农机设备上的应用，这种设计改进手段很大程度上是随意性的，虽然也解决了排放量超标的问题，但随之也造成了资金高投入，操纵机构设计大变动，布线复杂，器件容易损坏，以及造成驾驶室密封性极差等难以回避的技术问题。
如图1所示，提供了一种油门操控装置，包括手脚油门双联模块200、油门连杆400、信号变量传感模块600以及ECU电控模块800，手脚油门双联模块200通过油门连杆400与信号变量传感模块600连接，信号变量传感模块600与ECU电控模块800连接。
在外力作用下，手脚油门双联模块200控制油门连杆400移动，信号变量传感模块600接收油门连杆400移动时产生的位置移动信号，并进行转化处理输出电信号至ECU电控模块800，ECU电控模块800根据接收的电信号进行油门控制。
油门操控装置是指通过控制农机设备发动机油门开度，以实现对发动机转速控制的装置，外力作用是指通过推动手油门推杆或踩压脚油门踏板产生的作用力，作用力通过手油门推杆或脚油门踏板作用于手脚油门双联模块200，手脚油门双联模块200是指将手油门推杆与脚油门踏板进行连接实现双联控制的部件，在手脚油门双联模块200上设置有手油门行程滑槽和脚油门行程滑槽，驾驶员通过对油门推杆施加外力，可以使手脚油门双联模块的连接部件在油门行程滑槽中移动相应位置。油门连杆400是指连接手脚油门双联模块200与信号变量模块的结构，具体可以是刚性材料的连接杆，当位于手油门行程滑槽或脚油门行程滑槽中的连接部件因外力作用发生位移时，机械带动连接的油门连杆400产生位置的移动，信号变量传感模块600是指能将机械信号转化为电信号的传感器，机械信号具体可以是指位置移动信号，也可以是指角度变化信号等。油门连杆400的位置移动信号可以直接传输至信号变量传感模块600，产生用于控制油门的电信号，也可以通过中间连接部件，将位置移动信号转化为角度变化信号等其他类型的信号，再转化为电信号进行控制，信号变量传感模块600是实现信号转换的核心，相较于机械控制油门的方式，信号变量传感模块600将机械信号转化为电信号，控制精度实现了提升，相较于其它独立电子控制油门的方式，采用信号转化的方式避免了电子手油门、电子脚油门以及其他连接的电子器件的复杂布局，不但降低了器件损坏率，而且节省了制造费用成本。ECU电控模块800从用途上来说，是车辆专用微机控制器，ECU按照预设的程序对输入信号进行运算、存储以及分析处理，然后输出控制指令，控制相关执行元件工作，已达到快速、准确、自动控制发动机工作的目的。ECU电控模块800主要可以实现点火控制、速度控制、燃油实时喷射控制、尾气排放控制以及失效保护模式和故障自诊断等。在ECU中CPU(Central Processing Unit，中央处理器)是核心部分，CPU具有运算与控制的功能，发动机在运行时，采集各传感器的信号，进行运算，并将运算的结果转变为控制信号，控制被控对象的工作。ECU还实行对存储器、输入/输出接口(I/O)和其它外部电路的控制，存储器中存放有运行程序，这个运行程序在发动机工作时，不断地与采集来的各传感器的信号进行比较和计算，把比较和计算的结果用来对发动机的点火、空燃比、怠速、废气再循环等多项参数的控制。ECU电控模块800可以根据接收的电信号，进行运算处理，实现电控单体泵对发动机油缸的精准喷油控制。
上述油门操控装置，通过对国Ⅱ排放农业机械的油门操控装置设计布局，不改变手油门与脚油门的硬件结构的基础上，保留原有的手脚油门双联模块200和油门连杆400，通过设置信号变量传感模块600，将通过油门连杆400传输的机械控制信号转化为电信号，并通过ECU电控模块800实现油门喷油的精准控制，从而达到对农业机械发动机速度与扭矩输出的最大配比的机械效率以及PTO动力输出所对应要求极高的精耕作业农机，也从根本上避免了复杂的独立电子手脚油门设计，结构简单且油门控制精准。
如图2所示，在一个实施例中，油门操控装置还包括手油门推杆120和脚油门踏板140，手油门推杆120和脚油门踏板140分别与手脚油门双联模块200连接。
手脚油门双联模块200可以是手脚油门扇形板，手脚油门扇形板上设置有两个行程滑槽，分别与手油门推杆120和脚油门踏板140的末端连接，当手油门推杆120或脚油门踏板140受到外力作用时，手油门推杆120或脚油门踏板140的末端在行程滑槽内移动，从而带动油门连杆400发生位移。手油门推杆120是控制发动机转速并使发动机在维持恒定速度下运行的控制端，当手油门推杆120推动到一定位置时，释放施加的外力不会自动复位，而是将速度控制在当前状态，并持续运行，一般应用于农业机械的农耕作业过程中。脚油门踏板140是实时调控速度的控制端，根据施加外力的作用大小控制油门连杆400的移动，从而控制发动机的转速的变化，释放施加的外力会恢复至初始状态，一般脚油门踏板140对应的初始状态的发动机速度为怠速状态，一般脚油门踏板140的控制应用于农业机械的行驶过程中。
在其中一个实施例中，在手油门推杆120与脚油门踏板140同时应用过程中，当手油门推杆120推动到一定位置后释放，也就是发动机达到标定转速(即恒定转速下)，若此时踩下脚油门踏板140使速度再一次提升，对应的发动机转速高于手油门推杆120作用的发动机标定转速，发动机执行的是脚油门踏板140作用对应的转速信号。而当脚油门踏板140作用产生对应的发动机转速低于手油门推杆120作用的发动机标定转速时，发动机转速仍执行手油门推杆120作用对应的信号。
如图3所示，在一个实施例中，油门操控装置还包括设置于信号变量传感模块600的信号变量转柄500，信号变量转柄500与油门连杆400连接，信号变量转柄500用于将油门连杆400的位置移动信号转换成角度变化信号，并传输角度变化信号至信号变量传感模块600。
信号变量转柄500作为是信号转化的中间结构，可以将油门连杆400的位置移动信号转换成角度变化信号，角度变化信号相较于位置移动信号，检测更为精准有效，可以提高信号变量传感模块600的输出信号的精确度，从而提高控制精度，利于实现发动机转速的精确控制。
在其中一个实施例中，信号变量转柄500的转动角度变化范围为0°至70°。
通过增设信号变量转柄500，可以通过限定信号变量转柄500的转动角度变化范围，有效控制输入信号的范围，避免了油门连杆400的位置移动范围过大，导致信号变量传感模块600检测难度增大的问题出现，而且通过限制信号变量转柄500的转动角度变化范围为0°至70°，可以限定油门连杆400的最大移动范围，这种情况下，即使驾驶员将手油门推杆120推到底或脚油门踏板140踩到底，也不会形成“飞车”现象，达到了平稳控制的效果。可以理解，在其它实施例中，信号变量转柄500的转动角度变化范围可以根据实际需要进行设定。
在一个实施例中，信号变量传感模块600的输出电压范围为0V至5V。
通过将信号变量传感模块600的输出电压控制在0V至5V，可以适应发动机转速控制的输入电压范围可调，操作性更好。
在其中一个实施例中，ECU电控模块800的输入启动电压为0.37V，最大输入电压标定为3.75V。
信号变量传感模块600的输出电压范围为0V至5V可调，并传输至ECU电控模块800，当ECU电控模块800的输入电压低于0.37V时，不产生对应的控制信号，故油门不会接收到控制信号产生对应动作，随着变量传感模块600的输出电压不断上升，ECU电控模块800输入电压对应增大，输出的控制信号对应增大，当输入电压达到3.75V时，对应的发动机转速达到最大标定值，为避免无效输出，当输入电压高于3.75V时，控制接收的输入电压持续为3.75V，即为最大输入电压，对应的输出控制信号不再变化，通过对ECU电控模块800输入信号的控制，使油门实现对应的开度，达到油量的精准喷射，从而实现对发动机转速的控制。
在一个实施例中，油门操控装置还包括数据传输CAN总线700，信号变量传感模块600通过数据传输CAN总线700与ECU电控单元800连接。
ECU电控模块800的CAN输出通讯口符合J1939协议标准，达到了标定和检测的效果，CAN是国际标准化的串行通信协议，在农机、汽车等车辆产业中，出于对安全性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制***被开发了出来。为解决***之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。通过CAN通信协议达到了减少线束的数量、通过多个LAN，进行大数据的高速通信的效果，与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。应用CAN总线700可以减少车身布线，进一步节省了成本，由于采用总线技术，模块之间的信号传递仅需要两条信号CANH\CANL线，布线局部化，车上除掉总线外其他所有横贯车身的控制信号线都不再需要了，节省了布线成本且简捷。CAN总线700充分考虑到了车辆的恶劣工作环境可能产生的影响，CAN总线***数据稳定可靠，具有线间干扰小、抗干扰能力强的特点。具体来说，数据传输CAN总线700与ECU电控模块800的单电位器与怠速开关油门组件连接，
如图3所示，在一个实施例中，数据传输CAN总线700包括油门信号放大线720、12V电源线740以及负极搭铁线760。
12V电源线740是指由供电电源提供的线路，负极搭铁线760是指将蓄电池负极和发电机负极与车架相联形成一个回路，使车架带负极极性，从而使安装在车架上的所有电气设备只需一根从负极极性引出的导线就可构成回路。让电源***的另一极与车架相联的接线制度叫做搭铁接线制(简称搭铁)，采用搭铁后的电气接线，一方面可以节约导线支出费用，降低整车成本,另一方面，可以减少因过多导线造成的铺线困难、故障点多的问题。油门信号放大线720是指用于传输根据油门连杆400的移动位置或信号变量转柄500的角度变化处理得到的电信号的传输线。油门信号放大线720可以传输0V至5V线性变化的电压信号至ECU电控模块800的第一模数转换单元，第一模数转换单元接收信号变量传感模块600输出的0V至5V的电压，控制ECU电控模块800的启动电压为0.37V，最大输出电压标定为3.75V，将处理后的0.37V至3.75V的电信号转化为数字信号，以使ECU电控模块800的CPU获得数字控制信号，实现油量喷射过程柔性控制。
在其中一个实施例中，数据传输CAN总线700还包括预留远程油门信号线780。
为满足各类型号的农机与ECU电控模块800的实时控制可靠性，在CAN总线700中增设预留油门信号线780，与ECU电控模块800的第二模数转换单元连接，可以用于判断信号变量传感模块600的可靠性，当变量传感模块600工况电压大于设定的最大电压，即ECU电控模块800的输入电压大于3.75V时，会造成转速超出额定标定转速，ECU控制的发动机转速不断升速也会造成“飞车”现象，此时根据实际需求，预留油门信号线780被触发工作，如图4所示，本实施列中预留油门信号线780的最大输出电压是油门信号放大线电压720的一半，即信号变量传感模块600可以将0°至70°的角度信号转化为0V至2.5V的电压信号，屏蔽油门信号放大线720由于突发故障引起超高电压，预留油门信号线780将对应的电压信号传输给ECU电控模块800，起到及时降速作用，保护发动机。
在一个实施列中，ECU电控模块800为满足各类型号的农机与ECU电控模块800的控制需求，也可增设预留远程手动油门数模转换单元，可以操控独立电子手油门，这样可以扩大油门操控***在农业机械领域的使用范围，具有较好的兼容特性。
在本实施列中，油门操控装置增设信号变量传感模块600与ECU电控模块800连接，去除独立电子手油门装置和独立电子脚油门，上述油门操控装置可以广泛应用于农业机械包括拖拉机、工程机械及柴油发电机组等。
一种农机设备，农机设备包括油门执行模块900以及油门操控装置，油门执行模块900与油门操控装置中ECU电控模块800连接。
农机设备是指农业生产中使用的各种机械设备统称，如大小型拖拉机、平整土地机械、收割机械等设备。设备包括油门执行模块900以及油门操控装置，油门执行模块900用于执行油门操控装置中的ECU电控模块800的输出信号对应的指令。油门执行模块900包括电控单体泵和油缸，ECU电控模块800分别通过多个电磁阀与所述电控单体泵和油缸连接，通过单体泵用于产生喷油器的喷射压力的装置。对于采用单体泵式电控燃油喷射***的发动机来说，单体泵的数量与油缸相对应，有几个油缸，就有几个单体泵，通过单体泵控制油量喷射，可以满足日益严格的排放要求及经济性。电控单体泵喷油能够自由灵活调整喷油量和喷油正时,具有高喷射压力以及控制喷油速率的优点,是实现油量喷射过程柔性控制的有效手段。
在其中一个实施例中，所述农机设备还包括机油压力传感器、凸轮位置传感器、增压压力温度传感器、水温传感器、高压泵燃油温度传感器以及EGR阀位置传感器和EGR阀电磁线圈，各个传感器可以接收对应信号，并将各对应信号转化为电信号，传输至ECU电控模块800，进行分析处理，以实现对农机设备的综合牵引力控制及排放控制要求。
以上实施例的各技术特征可以进行人机组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实例”、“应用实例”、或“一些实例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种油门操控装置，其特征在于，包括手脚油门双联模块、油门连杆、信号变量传感模块以及ECU电控模块，所述手脚油门双联模块通过所述油门连杆与所述信号变量传感模块连接，所述信号变量传感模块与所述ECU电控模块连接，还包括手油门推杆和脚油门踏板，所述手油门推杆和所述脚油门踏板分别与所述手脚油门双联模块连接；
在外力作用下，所述手脚油门双联模块控制所述油门连杆移动，所述信号变量传感模块接收所述油门连杆移动时产生的位置移动信号，并进行转化处理输出电信号至所述ECU电控模块，所述ECU电控模块根据接收的电信号进行油门控制；
所述手油门推杆控制发动机转速并使发动机在维持恒定速度下运行，具有外力撤去后维持原位的运动趋势，所述脚油门踏板实时调控速度，根据施加外力的作用大小控制所述油门连杆的移动，从而控制发动机的转速的变化，具有外力撤去后恢复至初始状态的运动趋势；
当脚油门踏板作用产生的转速信号高于手油门推杆作用产生的转速信号时，发动机执行脚油门踏板作用产生的转速信号；而当脚油门踏板作用产生的转速信号低于手油门推杆作用产生的转速信号时，发动机仍执行手油门推杆作用产生的转速信号。
2.根据权利要求1所述的油门操控装置，其特征在于，还包括设置于所述信号变量传感模块的信号变量转柄，所述信号变量转柄与所述油门连杆连接；
所述信号变量转柄，用于将所述油门连杆的位置移动信号转换成角度变化信号，并传输所述角度变化信号至所述信号变量传感模块。
3.根据权利要求2所述的油门操控装置，其特征在于，所述信号变量转柄的转动角度变化范围为0°至70°。
4.根据权利要求3所述的油门操控装置，其特征在于，所述信号变量传感模块的输出电压范围为0V至5V。
5.根据权利要求1所述的油门操控装置，其特征在于，所述ECU电控模块的输入启动电压为0.37V且最大输入电压标定为3.75V。
6.根据权利要求1所述的油门操控装置，其特征在于，还包括数据传输CAN总线，所述信号变量传感模块通过所述数据传输CAN总线与所述ECU电控模块连接。
7.根据权利要求6所述的油门操控装置，其特征在于，所述数据传输CAN总线包括12V电源线、油门信号放大线以及负极搭铁线。
8.根据权利要求7所述的油门操控装置，其特征在于，所述数据传输CAN总线还包括预留油门信号线。
9.根据权利要求1所述的油门操控装置，其特征在于，还包括油门执行模块，所述油门执行模块用于执行所述ECU电控模块的输出信号对应的指令，所述油门执行模块包括电控单体泵和油缸，所述ECU电控模块分别通过多个电磁阀与所述电控单体泵和油缸连接，所述单体泵用于产生喷油器的喷射压力。
10.一种农机设备，其特征在于，所述农机设备包括油门执行模块以及权利要求1-9中任意一种所述的油门操控装置，所述油门执行模块与所述油门操控装置中ECU电控模块连接。
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