單鋼輪壓路機(jī)防滑轉(zhuǎn)的試驗(yàn)研究

王世旺　肖斌有　肖春

摘要：對(duì)單鋼輪壓路機(jī)防滑轉(zhuǎn)控制的原理加以闡述，并對(duì)現(xiàn)有單鋼輪壓路機(jī)的配置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，采用先進(jìn)的電液控制技術(shù)和防滑策略，在不大幅增加研發(fā)成本的前提下，有效提升了單鋼輪壓路機(jī)的爬坡能力。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)武撦唹郝窓C(jī)；防滑技術(shù)；附著力；爬坡能力

中圖分類(lèi)號(hào)：U415.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

汽車(chē)在起步、加速或者在濕滑路面上行駛時(shí)，車(chē)輪容易打滑，這是因?yàn)楫?dāng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給車(chē)輪的最大驅(qū)動(dòng)力超過(guò)輪胎與地面的附著力（輪胎和路面之間的附著系數(shù)與輪胎壓在地面上的法向作用力的乘積，即附著力）時(shí)，車(chē)輪就會(huì)發(fā)生打滑空轉(zhuǎn)，即滑轉(zhuǎn)。為了應(yīng)對(duì)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)，ASR系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。ASR在不同國(guó)家以不同的方式出現(xiàn)，但其核心思想是：在車(chē)輪開(kāi)始滑轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩和控制制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力，來(lái)減小傳遞給驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力，防止驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)，提高車(chē)輪的通過(guò)性，改善汽車(chē)的方向操控性和行駛的穩(wěn)定性[12]。

國(guó)內(nèi)的全液壓?jiǎn)武撦唹郝窓C(jī)定位大多集中在中低端，出于經(jīng)濟(jì)和成本上的考慮，一般都采用機(jī)械手推式變量泵和前后輪兩點(diǎn)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。通過(guò)前后輪驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的最大排量和最小排量的排列組合，理論上可以獲得4個(gè)不同的擋位速度，但實(shí)際上，其中有2個(gè)擋位的速度變化基本一致，可以認(rèn)為是一個(gè)擋位。所以采用這種配置的單鋼輪壓路機(jī)一般只有3個(gè)擋位，且在行駛過(guò)程中，馬達(dá)的排量只能在最大值和最小值之間變化，使其在打滑時(shí)，根本無(wú)法對(duì)滑轉(zhuǎn)輪進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，脫困能力及爬坡能力受到限制，在工況復(fù)雜的地面上表現(xiàn)一般。

為了提升這類(lèi)單鋼輪壓路機(jī)的防滑轉(zhuǎn)性能，液壓部分將鋼輪和后輪上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)更換成電比例柱塞馬達(dá)；電氣部分增加一個(gè)鋼輪轉(zhuǎn)速傳感器和一個(gè)車(chē)身傾角傳感器，以滿(mǎn)足防滑轉(zhuǎn)試驗(yàn)的控制需求。

1防滑轉(zhuǎn)控制原理與策略

沒(méi)有防滑控制的單鋼輪壓路機(jī)，其最大的爬坡能力受限于車(chē)輪或鋼輪的最小牽引力（附著力）[34]。車(chē)輪和鋼輪類(lèi)似，都通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)?shù)孛娴母街苄?，而鋼輪?qū)動(dòng)馬達(dá)的排量很大時(shí)，鋼輪就會(huì)產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。在目前的狀況下，雖然駕駛員可以通過(guò)調(diào)節(jié)換擋開(kāi)關(guān)減小排量來(lái)改變扭矩，但是驅(qū)動(dòng)馬達(dá)在最大、最小排量之間沒(méi)有中間狀態(tài)，所以不能達(dá)到最佳爬坡能力。

增加防滑轉(zhuǎn)控制后，總的思想是：當(dāng)發(fā)生滑轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)馬達(dá)的排量，使排量在最小值與最大值之間變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防滑轉(zhuǎn)控制，達(dá)到最佳爬坡能力。采用工況智能識(shí)別和模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)單鋼輪防滑轉(zhuǎn)控制。在不同擋位和不同坡度下，采用不同的防滑轉(zhuǎn)控制策略，使單鋼輪壓路機(jī)的防滑性能達(dá)到最佳。根據(jù)以上總的思路得到各擋的防滑策略。

1.1第一擋防滑控制策略

調(diào)節(jié)擋位，使單鋼輪壓路機(jī)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)比例馬達(dá)均為最大排量，如果其中一個(gè)馬達(dá)所驅(qū)動(dòng)部分開(kāi)始打滑（例如鋼輪向前爬坡），壓路機(jī)控制器通過(guò)防滑控制程序，結(jié)合前后輪速度傳感器的反饋情況，給鋼輪的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一個(gè)參考速度，通過(guò)PID對(duì)馬達(dá)排量進(jìn)行相應(yīng)控制，使實(shí)際速度與參考速度一致，達(dá)到最大的附著力狀態(tài)，消除打滑現(xiàn)象。在平地狀態(tài)、爬坡?tīng)顟B(tài)等情況下，若發(fā)生打滑，防打滑程序均工作[5]。

1.2第二擋防滑控制策略

在無(wú)防滑轉(zhuǎn)功能情況下，從表1的數(shù)據(jù)中可以看到，前輪驅(qū)動(dòng)力大于附著力，前輪飛快空轉(zhuǎn)，液壓油都迅速流向前驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，消耗了大量功率，致使后輪的液壓馬達(dá)壓力下降，工作壓力低于啟動(dòng)壓力，后驅(qū)動(dòng)輪停止動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)力為0，壓路機(jī)無(wú)法爬上40%的坡道（圖3），這和前面的理論計(jì)算結(jié)果一致。

前輪和整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況總驅(qū)動(dòng)力大于總阻力，后輪速度升高，整體向上行駛。前驅(qū)動(dòng)力大于附著力，前輪滑轉(zhuǎn)總驅(qū)動(dòng)力大于總阻力，后輪速度升高，整體向上行駛。前驅(qū)動(dòng)力大于附著力，前輪滑轉(zhuǎn)總驅(qū)動(dòng)力大于總阻力，整體向上行駛。前后輪驅(qū)動(dòng)力均小于附著力，前、后轉(zhuǎn)都沒(méi)滑轉(zhuǎn)打滑現(xiàn)象，但隨著電氣防滑轉(zhuǎn)控制程序的介入，前輪滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象得到了遏制，前輪的驅(qū)動(dòng)力始終保持在一定范圍，只要出現(xiàn)前輪驅(qū)動(dòng)力大于附著力的情況，控制程序立刻對(duì)前馬達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其發(fā)揮最大的驅(qū)動(dòng)能力；而后輪的驅(qū)動(dòng)力在程序的調(diào)節(jié)下，始終保持在30 kN左右，沒(méi)有出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力中斷的情況，壓路機(jī)能順利爬上40%的坡道（圖5）。這相比于沒(méi)有防滑轉(zhuǎn)控制程序的情況，爬坡能力提升了21.17%，極大地提升了壓路機(jī)在爬坡能力上的技術(shù)指標(biāo)。

4結(jié)語(yǔ)

單鋼輪壓路機(jī)的防滑轉(zhuǎn)控制主要關(guān)注前輪（鋼輪）的防滑控制，因?yàn)殇撦喤c地面的附著系數(shù)較小，容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，而后輪為橡膠輪胎，其與地面的接觸狀況良好，附著力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前輪。但在本次試驗(yàn)研究中，也將其納入防滑控制中。由于壓路機(jī)在作業(yè)的時(shí)候速度一般都很低，所以重點(diǎn)關(guān)注一擋的防滑控制研究，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究得到以下結(jié)論。

（1） 鋼輪防滑采用程序監(jiān)控鋼輪轉(zhuǎn)速和馬達(dá)排量，實(shí)時(shí)對(duì)馬達(dá)排量進(jìn)行調(diào)節(jié)，其防滑轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn)得比較好，打滑現(xiàn)象得到比較明顯的遏制。

（2） 后輪在水泥坡道上的附著系數(shù)較大，且在坡道上行駛時(shí)，壓路機(jī)整機(jī)重心后移，壓在后輪上的質(zhì)量大大增加，其附著力也隨之增大，因此驅(qū)動(dòng)力超過(guò)附著力的可能性較小，沒(méi)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

（3） 由于缺少壓路機(jī)絕對(duì)速度的參照作用（壓路機(jī)的參考速度以前、后輪的速度為參照計(jì)算），以參照速度來(lái)替代絕對(duì)速度，讓計(jì)算有一定的誤差，導(dǎo)致控制程序不會(huì)在剛打滑時(shí)就對(duì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往在打滑現(xiàn)象非常明顯的時(shí)候才能介入。建議在以后的研究中增加一個(gè)GPS信號(hào)，以監(jiān)控壓路機(jī)的行駛速度，提升控制的準(zhǔn)確性。

（4） 目前的防滑控制研究主要針對(duì)一擋，二擋和三擋的防滑效果還有非常大的改善空間，對(duì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)不能做到精確的調(diào)節(jié)，由于只在最大和最小排量?jī)蓚€(gè)擋位變化，沒(méi)有做到比例調(diào)節(jié)，主要原因是不能把握外部工況的準(zhǔn)確性，例如道路情況、行進(jìn)速度等信息欠缺，加上行駛速度較快，要求調(diào)節(jié)和反饋更加迅速。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛郢漢.汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪的防滑轉(zhuǎn)控制[J].南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，5（2）：4750.

[2]尹安東，馬駿，趙虎，等.汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)的控制模式與技術(shù)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，27（3）：325329.

[3]顧海榮，王永奇，李昌明.雙鋼輪壓路機(jī)的最大制動(dòng)減速度[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011，28（2）：7981.

[4]吳衛(wèi)國(guó)，王良會(huì)，譚振東，等.全液壓?jiǎn)武撦喺駝?dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制方案[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011，28（2）：8284.

[5]李冰，焦生杰.振動(dòng)壓路機(jī)與振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6]周寶剛.雙鋼輪垂直振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪的設(shè)計(jì)[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2012，29（3）：2932.

[責(zé)任編輯：袁寶燕]endprint

摘要：對(duì)單鋼輪壓路機(jī)防滑轉(zhuǎn)控制的原理加以闡述，并對(duì)現(xiàn)有單鋼輪壓路機(jī)的配置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，采用先進(jìn)的電液控制技術(shù)和防滑策略，在不大幅增加研發(fā)成本的前提下，有效提升了單鋼輪壓路機(jī)的爬坡能力。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)武撦唹郝窓C(jī)；防滑技術(shù)；附著力；爬坡能力

中圖分類(lèi)號(hào)：U415.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

汽車(chē)在起步、加速或者在濕滑路面上行駛時(shí)，車(chē)輪容易打滑，這是因?yàn)楫?dāng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給車(chē)輪的最大驅(qū)動(dòng)力超過(guò)輪胎與地面的附著力（輪胎和路面之間的附著系數(shù)與輪胎壓在地面上的法向作用力的乘積，即附著力）時(shí)，車(chē)輪就會(huì)發(fā)生打滑空轉(zhuǎn)，即滑轉(zhuǎn)。為了應(yīng)對(duì)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)，ASR系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。ASR在不同國(guó)家以不同的方式出現(xiàn)，但其核心思想是：在車(chē)輪開(kāi)始滑轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩和控制制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力，來(lái)減小傳遞給驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力，防止驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)，提高車(chē)輪的通過(guò)性，改善汽車(chē)的方向操控性和行駛的穩(wěn)定性[12]。

國(guó)內(nèi)的全液壓?jiǎn)武撦唹郝窓C(jī)定位大多集中在中低端，出于經(jīng)濟(jì)和成本上的考慮，一般都采用機(jī)械手推式變量泵和前后輪兩點(diǎn)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。通過(guò)前后輪驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的最大排量和最小排量的排列組合，理論上可以獲得4個(gè)不同的擋位速度，但實(shí)際上，其中有2個(gè)擋位的速度變化基本一致，可以認(rèn)為是一個(gè)擋位。所以采用這種配置的單鋼輪壓路機(jī)一般只有3個(gè)擋位，且在行駛過(guò)程中，馬達(dá)的排量只能在最大值和最小值之間變化，使其在打滑時(shí)，根本無(wú)法對(duì)滑轉(zhuǎn)輪進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，脫困能力及爬坡能力受到限制，在工況復(fù)雜的地面上表現(xiàn)一般。

為了提升這類(lèi)單鋼輪壓路機(jī)的防滑轉(zhuǎn)性能，液壓部分將鋼輪和后輪上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)更換成電比例柱塞馬達(dá)；電氣部分增加一個(gè)鋼輪轉(zhuǎn)速傳感器和一個(gè)車(chē)身傾角傳感器，以滿(mǎn)足防滑轉(zhuǎn)試驗(yàn)的控制需求。

1防滑轉(zhuǎn)控制原理與策略

沒(méi)有防滑控制的單鋼輪壓路機(jī)，其最大的爬坡能力受限于車(chē)輪或鋼輪的最小牽引力（附著力）[34]。車(chē)輪和鋼輪類(lèi)似，都通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)?shù)孛娴母街苄?，而鋼輪?qū)動(dòng)馬達(dá)的排量很大時(shí)，鋼輪就會(huì)產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。在目前的狀況下，雖然駕駛員可以通過(guò)調(diào)節(jié)換擋開(kāi)關(guān)減小排量來(lái)改變扭矩，但是驅(qū)動(dòng)馬達(dá)在最大、最小排量之間沒(méi)有中間狀態(tài)，所以不能達(dá)到最佳爬坡能力。

增加防滑轉(zhuǎn)控制后，總的思想是：當(dāng)發(fā)生滑轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)馬達(dá)的排量，使排量在最小值與最大值之間變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防滑轉(zhuǎn)控制，達(dá)到最佳爬坡能力。采用工況智能識(shí)別和模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)單鋼輪防滑轉(zhuǎn)控制。在不同擋位和不同坡度下，采用不同的防滑轉(zhuǎn)控制策略，使單鋼輪壓路機(jī)的防滑性能達(dá)到最佳。根據(jù)以上總的思路得到各擋的防滑策略。

1.1第一擋防滑控制策略

調(diào)節(jié)擋位，使單鋼輪壓路機(jī)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)比例馬達(dá)均為最大排量，如果其中一個(gè)馬達(dá)所驅(qū)動(dòng)部分開(kāi)始打滑（例如鋼輪向前爬坡），壓路機(jī)控制器通過(guò)防滑控制程序，結(jié)合前后輪速度傳感器的反饋情況，給鋼輪的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一個(gè)參考速度，通過(guò)PID對(duì)馬達(dá)排量進(jìn)行相應(yīng)控制，使實(shí)際速度與參考速度一致，達(dá)到最大的附著力狀態(tài)，消除打滑現(xiàn)象。在平地狀態(tài)、爬坡?tīng)顟B(tài)等情況下，若發(fā)生打滑，防打滑程序均工作[5]。

1.2第二擋防滑控制策略

在無(wú)防滑轉(zhuǎn)功能情況下，從表1的數(shù)據(jù)中可以看到，前輪驅(qū)動(dòng)力大于附著力，前輪飛快空轉(zhuǎn)，液壓油都迅速流向前驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，消耗了大量功率，致使后輪的液壓馬達(dá)壓力下降，工作壓力低于啟動(dòng)壓力，后驅(qū)動(dòng)輪停止動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)力為0，壓路機(jī)無(wú)法爬上40%的坡道（圖3），這和前面的理論計(jì)算結(jié)果一致。

前輪和整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況總驅(qū)動(dòng)力大于總阻力，后輪速度升高，整體向上行駛。前驅(qū)動(dòng)力大于附著力，前輪滑轉(zhuǎn)總驅(qū)動(dòng)力大于總阻力，后輪速度升高，整體向上行駛。前驅(qū)動(dòng)力大于附著力，前輪滑轉(zhuǎn)總驅(qū)動(dòng)力大于總阻力，整體向上行駛。前后輪驅(qū)動(dòng)力均小于附著力，前、后轉(zhuǎn)都沒(méi)滑轉(zhuǎn)打滑現(xiàn)象，但隨著電氣防滑轉(zhuǎn)控制程序的介入，前輪滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象得到了遏制，前輪的驅(qū)動(dòng)力始終保持在一定范圍，只要出現(xiàn)前輪驅(qū)動(dòng)力大于附著力的情況，控制程序立刻對(duì)前馬達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其發(fā)揮最大的驅(qū)動(dòng)能力；而后輪的驅(qū)動(dòng)力在程序的調(diào)節(jié)下，始終保持在30 kN左右，沒(méi)有出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力中斷的情況，壓路機(jī)能順利爬上40%的坡道（圖5）。這相比于沒(méi)有防滑轉(zhuǎn)控制程序的情況，爬坡能力提升了21.17%，極大地提升了壓路機(jī)在爬坡能力上的技術(shù)指標(biāo)。

4結(jié)語(yǔ)

單鋼輪壓路機(jī)的防滑轉(zhuǎn)控制主要關(guān)注前輪（鋼輪）的防滑控制，因?yàn)殇撦喤c地面的附著系數(shù)較小，容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，而后輪為橡膠輪胎，其與地面的接觸狀況良好，附著力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前輪。但在本次試驗(yàn)研究中，也將其納入防滑控制中。由于壓路機(jī)在作業(yè)的時(shí)候速度一般都很低，所以重點(diǎn)關(guān)注一擋的防滑控制研究，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究得到以下結(jié)論。

（1） 鋼輪防滑采用程序監(jiān)控鋼輪轉(zhuǎn)速和馬達(dá)排量，實(shí)時(shí)對(duì)馬達(dá)排量進(jìn)行調(diào)節(jié)，其防滑轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn)得比較好，打滑現(xiàn)象得到比較明顯的遏制。

（2） 后輪在水泥坡道上的附著系數(shù)較大，且在坡道上行駛時(shí)，壓路機(jī)整機(jī)重心后移，壓在后輪上的質(zhì)量大大增加，其附著力也隨之增大，因此驅(qū)動(dòng)力超過(guò)附著力的可能性較小，沒(méi)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

（3） 由于缺少壓路機(jī)絕對(duì)速度的參照作用（壓路機(jī)的參考速度以前、后輪的速度為參照計(jì)算），以參照速度來(lái)替代絕對(duì)速度，讓計(jì)算有一定的誤差，導(dǎo)致控制程序不會(huì)在剛打滑時(shí)就對(duì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往在打滑現(xiàn)象非常明顯的時(shí)候才能介入。建議在以后的研究中增加一個(gè)GPS信號(hào)，以監(jiān)控壓路機(jī)的行駛速度，提升控制的準(zhǔn)確性。

（4） 目前的防滑控制研究主要針對(duì)一擋，二擋和三擋的防滑效果還有非常大的改善空間，對(duì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)不能做到精確的調(diào)節(jié)，由于只在最大和最小排量?jī)蓚€(gè)擋位變化，沒(méi)有做到比例調(diào)節(jié)，主要原因是不能把握外部工況的準(zhǔn)確性，例如道路情況、行進(jìn)速度等信息欠缺，加上行駛速度較快，要求調(diào)節(jié)和反饋更加迅速。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛郢漢.汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪的防滑轉(zhuǎn)控制[J].南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，5（2）：4750.

[2]尹安東，馬駿，趙虎，等.汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)的控制模式與技術(shù)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，27（3）：325329.

[3]顧海榮，王永奇，李昌明.雙鋼輪壓路機(jī)的最大制動(dòng)減速度[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011，28（2）：7981.

[4]吳衛(wèi)國(guó)，王良會(huì)，譚振東，等.全液壓?jiǎn)武撦喺駝?dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制方案[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011，28（2）：8284.

[5]李冰，焦生杰.振動(dòng)壓路機(jī)與振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6]周寶剛.雙鋼輪垂直振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪的設(shè)計(jì)[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2012，29（3）：2932.

[責(zé)任編輯：袁寶燕]endprint

摘要：對(duì)單鋼輪壓路機(jī)防滑轉(zhuǎn)控制的原理加以闡述，并對(duì)現(xiàn)有單鋼輪壓路機(jī)的配置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，采用先進(jìn)的電液控制技術(shù)和防滑策略，在不大幅增加研發(fā)成本的前提下，有效提升了單鋼輪壓路機(jī)的爬坡能力。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)武撦唹郝窓C(jī)；防滑技術(shù)；附著力；爬坡能力

中圖分類(lèi)號(hào)：U415.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

汽車(chē)在起步、加速或者在濕滑路面上行駛時(shí)，車(chē)輪容易打滑，這是因?yàn)楫?dāng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給車(chē)輪的最大驅(qū)動(dòng)力超過(guò)輪胎與地面的附著力（輪胎和路面之間的附著系數(shù)與輪胎壓在地面上的法向作用力的乘積，即附著力）時(shí)，車(chē)輪就會(huì)發(fā)生打滑空轉(zhuǎn)，即滑轉(zhuǎn)。為了應(yīng)對(duì)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)，ASR系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。ASR在不同國(guó)家以不同的方式出現(xiàn)，但其核心思想是：在車(chē)輪開(kāi)始滑轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩和控制制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力，來(lái)減小傳遞給驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力，防止驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)，提高車(chē)輪的通過(guò)性，改善汽車(chē)的方向操控性和行駛的穩(wěn)定性[12]。

國(guó)內(nèi)的全液壓?jiǎn)武撦唹郝窓C(jī)定位大多集中在中低端，出于經(jīng)濟(jì)和成本上的考慮，一般都采用機(jī)械手推式變量泵和前后輪兩點(diǎn)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。通過(guò)前后輪驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的最大排量和最小排量的排列組合，理論上可以獲得4個(gè)不同的擋位速度，但實(shí)際上，其中有2個(gè)擋位的速度變化基本一致，可以認(rèn)為是一個(gè)擋位。所以采用這種配置的單鋼輪壓路機(jī)一般只有3個(gè)擋位，且在行駛過(guò)程中，馬達(dá)的排量只能在最大值和最小值之間變化，使其在打滑時(shí)，根本無(wú)法對(duì)滑轉(zhuǎn)輪進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，脫困能力及爬坡能力受到限制，在工況復(fù)雜的地面上表現(xiàn)一般。

為了提升這類(lèi)單鋼輪壓路機(jī)的防滑轉(zhuǎn)性能，液壓部分將鋼輪和后輪上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)更換成電比例柱塞馬達(dá)；電氣部分增加一個(gè)鋼輪轉(zhuǎn)速傳感器和一個(gè)車(chē)身傾角傳感器，以滿(mǎn)足防滑轉(zhuǎn)試驗(yàn)的控制需求。

1防滑轉(zhuǎn)控制原理與策略

沒(méi)有防滑控制的單鋼輪壓路機(jī)，其最大的爬坡能力受限于車(chē)輪或鋼輪的最小牽引力（附著力）[34]。車(chē)輪和鋼輪類(lèi)似，都通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)?shù)孛娴母街苄。撦嗱?qū)動(dòng)馬達(dá)的排量很大時(shí)，鋼輪就會(huì)產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。在目前的狀況下，雖然駕駛員可以通過(guò)調(diào)節(jié)換擋開(kāi)關(guān)減小排量來(lái)改變扭矩，但是驅(qū)動(dòng)馬達(dá)在最大、最小排量之間沒(méi)有中間狀態(tài)，所以不能達(dá)到最佳爬坡能力。

增加防滑轉(zhuǎn)控制后，總的思想是：當(dāng)發(fā)生滑轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)馬達(dá)的排量，使排量在最小值與最大值之間變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防滑轉(zhuǎn)控制，達(dá)到最佳爬坡能力。采用工況智能識(shí)別和模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)單鋼輪防滑轉(zhuǎn)控制。在不同擋位和不同坡度下，采用不同的防滑轉(zhuǎn)控制策略，使單鋼輪壓路機(jī)的防滑性能達(dá)到最佳。根據(jù)以上總的思路得到各擋的防滑策略。

1.1第一擋防滑控制策略

調(diào)節(jié)擋位，使單鋼輪壓路機(jī)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)比例馬達(dá)均為最大排量，如果其中一個(gè)馬達(dá)所驅(qū)動(dòng)部分開(kāi)始打滑（例如鋼輪向前爬坡），壓路機(jī)控制器通過(guò)防滑控制程序，結(jié)合前后輪速度傳感器的反饋情況，給鋼輪的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一個(gè)參考速度，通過(guò)PID對(duì)馬達(dá)排量進(jìn)行相應(yīng)控制，使實(shí)際速度與參考速度一致，達(dá)到最大的附著力狀態(tài)，消除打滑現(xiàn)象。在平地狀態(tài)、爬坡?tīng)顟B(tài)等情況下，若發(fā)生打滑，防打滑程序均工作[5]。

1.2第二擋防滑控制策略

在無(wú)防滑轉(zhuǎn)功能情況下，從表1的數(shù)據(jù)中可以看到，前輪驅(qū)動(dòng)力大于附著力，前輪飛快空轉(zhuǎn)，液壓油都迅速流向前驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，消耗了大量功率，致使后輪的液壓馬達(dá)壓力下降，工作壓力低于啟動(dòng)壓力，后驅(qū)動(dòng)輪停止動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)力為0，壓路機(jī)無(wú)法爬上40%的坡道（圖3），這和前面的理論計(jì)算結(jié)果一致。

前輪和整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況總驅(qū)動(dòng)力大于總阻力，后輪速度升高，整體向上行駛。前驅(qū)動(dòng)力大于附著力，前輪滑轉(zhuǎn)總驅(qū)動(dòng)力大于總阻力，后輪速度升高，整體向上行駛。前驅(qū)動(dòng)力大于附著力，前輪滑轉(zhuǎn)總驅(qū)動(dòng)力大于總阻力，整體向上行駛。前后輪驅(qū)動(dòng)力均小于附著力，前、后轉(zhuǎn)都沒(méi)滑轉(zhuǎn)打滑現(xiàn)象，但隨著電氣防滑轉(zhuǎn)控制程序的介入，前輪滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象得到了遏制，前輪的驅(qū)動(dòng)力始終保持在一定范圍，只要出現(xiàn)前輪驅(qū)動(dòng)力大于附著力的情況，控制程序立刻對(duì)前馬達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其發(fā)揮最大的驅(qū)動(dòng)能力；而后輪的驅(qū)動(dòng)力在程序的調(diào)節(jié)下，始終保持在30 kN左右，沒(méi)有出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力中斷的情況，壓路機(jī)能順利爬上40%的坡道（圖5）。這相比于沒(méi)有防滑轉(zhuǎn)控制程序的情況，爬坡能力提升了21.17%，極大地提升了壓路機(jī)在爬坡能力上的技術(shù)指標(biāo)。

4結(jié)語(yǔ)

單鋼輪壓路機(jī)的防滑轉(zhuǎn)控制主要關(guān)注前輪（鋼輪）的防滑控制，因?yàn)殇撦喤c地面的附著系數(shù)較小，容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，而后輪為橡膠輪胎，其與地面的接觸狀況良好，附著力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前輪。但在本次試驗(yàn)研究中，也將其納入防滑控制中。由于壓路機(jī)在作業(yè)的時(shí)候速度一般都很低，所以重點(diǎn)關(guān)注一擋的防滑控制研究，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究得到以下結(jié)論。

（1） 鋼輪防滑采用程序監(jiān)控鋼輪轉(zhuǎn)速和馬達(dá)排量，實(shí)時(shí)對(duì)馬達(dá)排量進(jìn)行調(diào)節(jié)，其防滑轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn)得比較好，打滑現(xiàn)象得到比較明顯的遏制。

（2） 后輪在水泥坡道上的附著系數(shù)較大，且在坡道上行駛時(shí)，壓路機(jī)整機(jī)重心后移，壓在后輪上的質(zhì)量大大增加，其附著力也隨之增大，因此驅(qū)動(dòng)力超過(guò)附著力的可能性較小，沒(méi)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

（3） 由于缺少壓路機(jī)絕對(duì)速度的參照作用（壓路機(jī)的參考速度以前、后輪的速度為參照計(jì)算），以參照速度來(lái)替代絕對(duì)速度，讓計(jì)算有一定的誤差，導(dǎo)致控制程序不會(huì)在剛打滑時(shí)就對(duì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往在打滑現(xiàn)象非常明顯的時(shí)候才能介入。建議在以后的研究中增加一個(gè)GPS信號(hào)，以監(jiān)控壓路機(jī)的行駛速度，提升控制的準(zhǔn)確性。

（4） 目前的防滑控制研究主要針對(duì)一擋，二擋和三擋的防滑效果還有非常大的改善空間，對(duì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)不能做到精確的調(diào)節(jié)，由于只在最大和最小排量?jī)蓚€(gè)擋位變化，沒(méi)有做到比例調(diào)節(jié)，主要原因是不能把握外部工況的準(zhǔn)確性，例如道路情況、行進(jìn)速度等信息欠缺，加上行駛速度較快，要求調(diào)節(jié)和反饋更加迅速。

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[責(zé)任編輯：袁寶燕]endprint