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        裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)的研究

        2020-07-18 16:18:48王潤(rùn)澤丁強(qiáng)胡傳正
        科學(xué)大眾 2020年5期

        王潤(rùn)澤 丁強(qiáng) 胡傳正

        摘 要:裝載機(jī)在雨雪天氣、路面泥濘的情況下進(jìn)行作業(yè)時(shí),輪胎容易打滑而造成一定的安全問(wèn)題。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng),通過(guò)安裝于駕駛室內(nèi)的限扭開(kāi)關(guān)激活裝載機(jī)防滑限扭模式,駕駛員可根據(jù)當(dāng)前路況的泥濘程度及裝載機(jī)打滑情況手動(dòng)調(diào)節(jié)電位計(jì)電壓來(lái)設(shè)置最大輸出扭矩,系統(tǒng)根據(jù)變矩器扭矩與變速箱檔位信息自動(dòng)計(jì)算輪胎實(shí)際扭矩,當(dāng)輪胎實(shí)際扭矩大于設(shè)定的最大輸出扭矩時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)減小油門信號(hào),降低輪胎輸出扭矩,從而減少或避免輪胎打滑現(xiàn)象的發(fā)生,保障裝載機(jī)作業(yè)的安全。

        關(guān)鍵詞:裝載機(jī);防滑控制;作業(yè)安全

        裝載機(jī)主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料。裝載機(jī)在雨雪天氣、路面泥濘的情況下進(jìn)行循環(huán)作業(yè)時(shí)很容易出現(xiàn)輪胎打滑的情況,而在裝載機(jī)作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)輪胎打滑會(huì)嚴(yán)重影響裝載機(jī)的作業(yè)安全,降低裝載機(jī)的施工效率。裝載機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于打滑工作狀態(tài)下對(duì)車輛的輪胎使用壽命會(huì)造成很大的影響[1]。

        為了提高裝載機(jī)在易打滑路面的作業(yè)安全性、保障駕駛員的人身安全、有效減少輪胎因打滑造成的快速磨損、提高裝載機(jī)作業(yè)效率,文章通過(guò)對(duì)裝載機(jī)車輪打滑時(shí)車輛狀態(tài)信息的研究,開(kāi)發(fā)適用于裝載機(jī)作業(yè)防滑控制系統(tǒng)的解決方法。

        1 ? ?裝載機(jī)防滑技術(shù)介紹

        車輛防滑技術(shù)能夠極大地保障車輛行駛的安全性,該技術(shù)伴隨著汽車智能化控制技術(shù)的發(fā)展而不斷更新?lián)Q代。汽車防滑技術(shù)主要和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩與車輪所受的驅(qū)動(dòng)力有關(guān),其中發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(Electronic Control Unit,ECU)獲取,車輪所受的驅(qū)動(dòng)力與路面的狀況息息相關(guān)[2]。裝載機(jī)作為一種特殊的汽車,因其作業(yè)工況的特殊性,對(duì)于整車防滑控制技術(shù)就會(huì)有更加特殊的需求。

        裝載機(jī)在雨雪路滑的情況下進(jìn)行施工時(shí)極易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,此時(shí),駕駛員基本上依靠剎車制動(dòng)。長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)剎車制動(dòng),當(dāng)路面與輪胎間的摩擦系數(shù)較低時(shí),很容易出現(xiàn)剎車打滑,對(duì)裝載機(jī)施工過(guò)程會(huì)造成安全隱患,嚴(yán)重影響駕駛員及裝載機(jī)的安全,采用這種制動(dòng)方式對(duì)裝載機(jī)輪胎的使用壽命影響也很大。

        通過(guò)在易打滑路面工作中的裝載機(jī)工況信息的采集,在智能控制系統(tǒng)中,控制器依據(jù)駕駛員設(shè)定的防滑控制輸出扭矩,整車控制系統(tǒng)能夠減少扭矩輸出,從而可以避免或減少輪胎持續(xù)打滑現(xiàn)象的發(fā)生。

        2 ? ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)包括限扭開(kāi)關(guān)、電位計(jì)、控制器、變速箱自動(dòng)變速箱控制單元(Transmission Control Unit,TCU)、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、油門踏板構(gòu)成,其中控制器與限扭開(kāi)關(guān)、電位計(jì)、變速箱TCU、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、油門踏板相連,控制器接收限扭開(kāi)關(guān)、電位計(jì)、油門踏板、變速箱檔位與變矩器扭矩的信號(hào)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

        控制器作為裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)的核心控制單元,具有多路不同類型的輸入輸出接口,其中限扭開(kāi)關(guān)接入數(shù)字量接口,電位計(jì)、油門踏板接入模擬量接口,變速箱TCU與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通過(guò)控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network,CAN)總線與控制器連接。限扭開(kāi)關(guān)為多檔位的旋鈕開(kāi)關(guān),可以根據(jù)控制需要在不同的檔位處設(shè)定不同的控制模式。電位計(jì)為單圈電阻,通過(guò)旋轉(zhuǎn)電位計(jì)可以設(shè)定裝載機(jī)輸出的最大扭矩值。油門踏板可以用來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,本系統(tǒng)通過(guò)控制器讀取油門踏板的信號(hào),根據(jù)裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)的要求,控制器通過(guò)CAN總線控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        3 ? ?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        為了實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)的防滑控制系統(tǒng),根據(jù)裝載機(jī)在濕滑工況下的狀態(tài)信息,設(shè)計(jì)裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)主要包括以下步驟。

        (1)駕駛?cè)藛T根據(jù)當(dāng)前裝載機(jī)作業(yè)環(huán)境判斷是否易打滑,當(dāng)裝載機(jī)要在雨雪及泥濘環(huán)境等易打滑路面工作時(shí),駕駛員通過(guò)限扭開(kāi)關(guān)激活裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng);(2)裝載機(jī)防滑系統(tǒng)激活后,控制器通過(guò)CAN總線讀取到變速箱內(nèi)部變矩器的扭矩T變以及檔位信息(即當(dāng)前檔位的傳動(dòng)比i),然后控制器通過(guò)計(jì)算可得到輪胎上的實(shí)際扭矩T實(shí)際。(3)駕駛?cè)藛T根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)電位計(jì)P的輸出電壓,以此來(lái)設(shè)置輪胎的最大輸出扭矩T設(shè)定,將輪胎的實(shí)際輸出扭矩T實(shí)際作為反饋與輪胎所設(shè)置的最大輸出扭矩T設(shè)定進(jìn)行比較,運(yùn)用比例-積分-導(dǎo)數(shù)(Proportion-Integral-Derivative,PID算法進(jìn)行處理,得到的差值(T實(shí)際-T設(shè)定)通過(guò)CAN總線調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門信號(hào)的大小來(lái)防止輪胎繼續(xù)打滑。裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)的控制流程如圖2所示。

        裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)通過(guò)安裝于駕駛室內(nèi)的限扭開(kāi)關(guān)激活該系統(tǒng),駕駛員可以根據(jù)裝載機(jī)作業(yè)路況的泥濘程度及裝載機(jī)打滑情況手動(dòng)調(diào)節(jié)電位計(jì)電壓來(lái)設(shè)置最大輸出扭矩,控制器根據(jù)變矩器扭矩與變速箱檔位信息自動(dòng)計(jì)算輪胎輸出扭矩,當(dāng)出現(xiàn)輪胎實(shí)際扭矩大于輪胎設(shè)置扭矩的情況時(shí),控制器自動(dòng)減小油門信號(hào)、降低輪胎輸出扭矩。

        4 ? ?結(jié)語(yǔ)

        裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)可以有效避免裝載機(jī)施工過(guò)程中的輪胎打滑現(xiàn)象,提高了裝載機(jī)作業(yè)的安全性,保證了駕駛員的人身安全,還可以延長(zhǎng)輪胎的使用壽命,除此之外,也節(jié)省了因扭矩過(guò)大發(fā)生打滑現(xiàn)象引起的燃油損問(wèn)題。裝載機(jī)作為使用比較廣泛的土石施工機(jī)械,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈,裝載機(jī)作業(yè)過(guò)程的防滑技術(shù)作為裝載機(jī)智能化水平的重要環(huán)節(jié),可以有效地提高市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1]劉艷,陳燕峰,吳躍成,等.客車盤式制動(dòng)器溫度場(chǎng)仿真分析[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào),2017(3):389-393.

        [2]岳驚濤.越野汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制邏輯與算法研究[D].天津:天津大學(xué),2005.

        作者簡(jiǎn)介:王潤(rùn)澤(1986— ),男,山東棗莊人,工程師,碩士;研究方向:工程機(jī)械電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

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