TICS系统电子调速器介绍及应用

1.系统特征

RED-Ⅳ型电子调速器作为通用型电子调速器使用时，可以应用到载货汽车、公共汽车、发电装置、工程机械以及消防车辆等各种车辆上。

（1）载货汽车、公共汽车用 图3-27是装配了RED系列电子调速器和预行程执行机构的直列泵系统，通过计算机控制直喷式柴油机的喷油量、喷油定时和喷油率。该系统的特征是：

图3-27 RED-Ⅳ型电子调速器配预行程直列泵

1）保证直喷式柴油机的低油耗，同时可以改善柴油机的排放。

2）由于可以同时控制喷油定时和喷油率，所以不再需要提前器，有利于减低NO_x排放。

3）带有自动巡航装置，驾驶人疲劳程度可以得到改善。

4）适当的起动提前角，可以改善低温起动性。

5）带有故障自诊断功能，维修方便。

（2）发电机组用 由于计算机应用装置迅速普及，备用电源的需求日渐高涨，计算机专用电源要求稳态调速率和动态调速率非常严格，配用RED-Ⅳ型电子调速器的柴油发电机组完全可以满足这些要求，利用RED-Ⅳ型电子调速器的发电机控制系统如图3-28所示。

图3-28 发电机组的控制系统

该系统的主要特征是：

1）稳态调速率为0的恒速调速器。

2）由于响应特性好，瞬态调速率可在1%以下。

3）发动机和发电机组的匹配容易。

4）由于喷油泵泵体和调速器设计成一体型，所以省去了安装调速器和转速传感器等操作。

5）不需要发动机停油机构。

6）带有故障自诊断系统，维修方便。

（3）工程机械用 工程机械系统中要求全程调速器特性。由于负荷变动很大，要求多种附加功能，能够非常细致地调节输出功率以及对机组性能进行保护等，配用RED-Ⅳ型电子调速器的工程机械系统如图3-29所示。

该系统的主要特征是：

1）可以将大功率、一般常用功率和小功率等模态特征用程序写入控制单元中，根据作业情况，只要拨动开关就可以选择最适当的动力工况。因此，可以大大节省燃油，始终保持工作性能良好。

2）根据操纵手柄的位置，可以自动判断出工作状态。非作业时，可以自动地从高怠速状态切换到低怠速状态。因此，可以实现低油耗、低噪声。

图3-29 配用RED-Ⅳ型电子调速器的工程机械系统

3）工程机械的负荷变动范围大，为了防止反转、飞车、过热等情况的发生，设置了二重甚至三重保护功能。

4）带有故障自诊断系统，维修方便。

（4）消防车辆用 对于消防车所要求的首先是行驶控制功能和可以安全冲水的水压控制功能，在紧急情况下不会发生故障，所以，可靠性应绝对保证，利用RED-Ⅳ电子调速器的消防车用系统如图3-30所示。

该系统的特征主要是：

图3-30 采用RED-Ⅳ电子调速器的消防车用系统

图3-31 防止飞车功能

n₁：允许转速 n₂：恢复转速

1）为了不对冲水作业者造成危害，所以水压应保持稳定。例如，从两个冲水口放水时，如果其中一个放水口被堵塞，则另一个放水口的水压过高，有时可能将放水作业人员冲飞。RED-Ⅳ型电子调速器可以瞬间完成这种水压控制，使放水操作人员不会出现危险。

2）带有故障自诊断系统，维修性好。

2.控制功能

保证发动机安全运行的安全装置如下：

（1）安全装置

1）调节齿杆全停油功能。一旦发生飞车等恶性事件时，调节齿杆会瞬间地被拉到全停油位置，保护设备安全。

当起动开关OFF时，这项功能也能起作用，迫使发动机立刻停止转动，这样，发动机就不需要配置停油装置了。

2）防止飞车功能。当发动机转动一旦到允许转速n₁以上时，全停油机构会自动减少喷油量，使转速复归到允许转速n₂（图3-31）。

3）故障应急功能。在故障应急功能模态下，检测目标转速与实际转速之差，通过转速反馈控制，增加或减少喷油量，使发动机转速始终控制在目标转速下运转。

在紧急情况下，通过该功能可以将车辆平安地移动到安全地区（图3-32）。

（2）其他附加功能

1）调节齿杆的预动作。在低温起动时，发动机机油粘性大，或起动时蓄电池电压下降等，调节齿杆可以自动平稳地向增加喷油量的方向移动。

在非直喷式发动机中，预加热过程起作用；在直喷式柴油机中，通过加热开关而起作用。图3-33中表明了调节齿杆的4mm和15mm的预动作。

图3-32 故障应急功能

图3-33 调节齿杆的预动作

2）起动时齿杆的控制。起动时齿杆的控制使发动机起动油量适当增加。在低温起动时喷油量增加较多，因此，具有良好的起动特性，但是，在常温下起动时，会自动抑制起动喷油量，如图3-34所示。

3）齿杆位置修正。齿杆位移最佳的匹配效果，通过控制单元外部的电阻，可以调整齿杆总行程，如图3-35所示。

图3-34 起动时齿杆的控制

图3-35 齿杆位置修正

4）防止反转功能。反转判断是通过主转速传感器和辅助转速传感器的输出脉冲信号的相位差进行的，如图3-36所示。

正转时，主转速传感器和辅助转速传感器的相位差Q₁小；反转时，相位差Q₂变大。如果该相位差的数据输出了异常数值，则齿杆回零功能立刻起作用，将调节齿杆控制到不供油位置，迫使发动机停止运转。对负载变动十分剧烈的工程机械来说，这是一项十分有效的功能。

5）辅助线圈。通过增加辅助线圈，可以增加磁通量，从而增强对线圈总成的作用力，在低温起动时，或某些特殊机型上，可以使调节齿杆平稳地向增加喷油量的方向稍稍移动。辅助线圈如图3-37所示。

图3-36 防止反转功能

图3-37 辅助线圈

6）各个气缸控制。由主转速传感器检测出发动机每一个气缸的转速波动，并由此对各个气缸的喷油量进行修正。这样，发动机的转速波动就可以大大减小。对各个气缸进行控制时，调速器内部的齿轮齿数和气缸数相同。

（3）故障自诊断功能 发动机工作期间，自诊断系统经常地监视着控制单元的输入、输出信息，并通过故障诊断指示灯显示是否产生了故障。

当产生了轻微故障时，可通过控制单元内存的缺省值使发动机继续运转。如果发生了严重的故障，则通过齿杆回零功能，迫使发动机停止运转，回避危险。切换故障诊断开关，可以显示故障码，及时修复故障。表3-4是TICS系统故障码表。

表3-4 TICS系统故障码表

（4）RED-Ⅳ型和RED-Ⅲ的比较(www.xing528.com)

1）控制系统的比较。RED-Ⅲ和RED-Ⅳ型电子调速器的比较如图3-38所示。

相对于RED-Ⅲ型电子调速器来说，RED-Ⅳ型电子调速器的伺服电路、驱动电路和传感器电路都布置在内部。

伺服电路从CPU接受PWM信息，经过处理后驱动线性直流电动机。

图中参数含义如下：

PWM：脉冲宽度调节器。

占空比：在脉冲信号的一个循环中，ON信号所占的比率。

V_isit：实际齿杆位置电压。

数字量：用数字表示的数据。

模拟量：用连续的物理量表示的数据。

CPU：控制单元中中央处理器。

伺服电路：所谓伺服就是追踪，将目标值和实际值进行比较，对其差值进行修正的一种电路。

图3-38 RED-Ⅲ型和RED-Ⅳ型电子调速器的比较

驱动电路：输出使线性直流电动机转动的信息的电路。

传感器电路：处理从齿杆位移得到的信息的电路。

2）功能比较。RED-Ⅲ和RED-Ⅳ型电子调速器的主要参数对比见表3-5。

表3-5 RED-Ⅲ和RED-Ⅳ型电子调速器对比

3.RED-Ⅳ电子调速器的构成与工作原理

RED-Ⅳ型电子调速器的主要组成部分是：后壳、执行器和壳体如图3-39所示。

图3-39 RED-Ⅳ型电子调速器

a）分解图 b）外形图

（1）齿杆位移传感器

1）作用。齿杆位移传感器设置在调速器的上部，图3-40所示是从上部观察的齿杆传感器。其作用是相对于目标位置检测出调节齿杆是否位于正确的位置。齿杆位移传感器是由E字形芯片、两组线圈及铜板组成。一个铜板安装在调节齿杆的端部，另一个固定在E字形芯片上。

2）结构原理。相对于线圈所产生的磁场，如果设置了铜板，则在铜板内产生涡电流，由铜板消去以前的磁场。因此，由于铜板位置的变化，被消去的磁场强度会发生变化，在线圈内产生的反电动势也会随之变化，如图3-41所示。

图3-40 齿杆位移传感器

图3-41 齿杆位移传感器工作原理

另一方面，线圈和铜板设置了温度补偿，修正因温度影响所引起的电压变化。这样，从两个线圈的电压变化之比（反电动势之比）检出调节齿杆的位置，消去了温度所引起的误差，精度提高。

（2）转速传感器

1）作用。转速传感器检测的是发动机的转速，是电子控制系统中必不可少的参数，如图3-42所示，它主要由电极、线圈和磁铁组成。

图3-42 转速传感器

2）结构原理。如图3-43所示，发动机转动时，安装在凸轮轴上的敏感齿轮转动，从转速传感器中输出的磁场在敏感齿轮的凸起部将会发生变化。该磁场的变化在线圈内产生微小的电压，电压的变化即可作为转速信号被检测出来。

（3）线性直流电动机

1）作用。线性直流电动机是电子调速器的动作元件，其主要作用是接受ECU的控制指令，控制调节齿杆的位移量，将喷油量控制到最佳状态。

线性直流电动机由盖板、磁铁、线圈总成及电极组成，如图3-44所示。磁铁形成磁场，盖板是为了有效地引导磁场，形成磁场通路。线圈总成对位于磁场中的导线通电，通过相互作用，接受作用力而上下运动。

图3-43 转速传感器工作原理

图3-44 线性直流电动机

2）结构原理。线性直流电动机的工作原理和旋转电动机相同，电流“I”流过磁场“B”时，作用力“F”起作用。这些量的相互关系，服从左手定则，如图3-45所示，大拇指指向作用力“F”方向，中指指向磁场“B”，则食指就是电流“I”的方向。在“B”的中间，电流“I”指向中指时，则“F”指向大拇指。产生的力的大小与穿过导线的磁场强度、流过的电流大小以及导线的长度成正比例。

图3-46是线性直流电动机上方的剖视图。假定磁场的方向是由外侧指向中心，这时，电流向A方向流过，所以，作用在线圈上的作用力，如前所述，按左手定则，将线圈总成向上抬起。反之，若电流向B方向流过，则作用在线圈上的作用力是将线圈向下拉。

图3-45 左手定则

线性直流电动机的驱动方法是采用杰克赛尔公司独特的电磁切换方法，如图3-47所示，在驱动电路中，使线圈总成上下运动的开关电路设置在其中，用1kHz的频率控制开关电路。

图3-46 直流电动机剖视图

图3-47 开关电路

当线圈总成处于平衡状态时，向上的信号和向下的信号之比为1∶1。但是，上升或下降时，则应控制改变上升信号和下降信号比值的占空比。通过改变占空比，可以调节线圈总成的运动速度（图3-48）。

（4）执行器 执行器由上述线性直流电动机、齿杆位置传感器以及起传递作用的调节齿杆等组成，如图3-49所示。

线性直流电动机根据从调节器伺服电路中输出的驱动信息使线圈总成上下移动，安装在线圈总成内的连杆，将线圈总成的上下运动传递到安装于调节齿杆端部的接头，使调节齿杆左右移动，从而调节喷油量（图3-50）。因此，线圈总成如果向上运动，则调节齿杆向燃油增加的方向移动；反之，线圈总成向下运动，则调节齿杆向减少喷油量的方向移动。其工作原理是将上下运动变换为左右移动的横向运动，如图3-51所示。

控制单元始终不停地比较演算目标位置和实际位置，并不停地向差值为“0”方向上拉动调节齿杆，所以，在电子调速器伺服电路中，对线性直流电动机的控制，齿杆位置传感器的精度、响应特性是非常重要的。

（5）停油手柄 停油手柄安装在通过执行器两侧的轴上，连接的支点中心被加工成椭圆形，其中有安装在轴上的停油螺栓，在停油手柄非动作位置上，停油螺栓并不妨碍连杆的动作。其作用是不论调节齿杆处于什么样的位置，停油手柄都可以迫使发动机停止运转。

图3-48 占空比

图3-49 执行器

图3-50 调节齿杆左右移动

图3-51 转换机构

在常用转速状态下，停油螺栓并不会碰到椭圆孔的端面，调节齿杆可以与停油螺栓无任何关系地自由运动。

将停油手柄推向停油一侧时，停油螺栓碰到椭圆孔的端面，连杆起作用，调节齿杆被拉向不喷油方向，发动机停油，如图3-52所示。

图3-52 停油手柄

a）停油手柄常态位置 b）停油手柄强制停油位置