26t全液壓輪胎壓路機關(guān)鍵控制技術(shù)研究

張恒郡

（寶馬格（常州）工程機械有限公司，江蘇 常州 213125）

1 行駛方向控制

1.1 前進(jìn)行駛

如果行駛手柄位置在中位前方，那么，行駛泵上集成的控制比例電磁閥得到一個與手柄前進(jìn)角度相關(guān)的電壓值，這個電壓值與電流之間有著密切的關(guān)系，行駛泵比例電磁閥內(nèi)電流的大小與機器行駛速度相對應(yīng)，使得機器前行狀態(tài)。

1.2 停車

如果手柄控制（或操作）在中位，那么行駛泵比例電磁閥（或電比例閥）無法獲得電壓，此時，機器制動（或駐車）。在進(jìn)行實際操作的過程中，由于無法確定機器及元件參數(shù)是否會出現(xiàn)振動和漂移，因此，要在手柄中設(shè)定足夠?qū)挼闹形弧八绤^(qū)”。要想保證機器在行使的過程中遇到輕微觸動不會停車，只需手柄運行軌跡在“死區(qū)”范圍，系統(tǒng)認(rèn)定這時手柄的位置在中間。本文提出2.4～2.6V電壓范圍內(nèi)屬于停車狀態(tài)。

1.3 后退行駛

針對位于中后方的手柄來說，行駛泵上集成的控制比例電磁閥得到一個與手柄后退角度相關(guān)的電壓值，這個電壓值與電流之間有著密切的關(guān)系，行駛泵比例電磁閥內(nèi)電流的大小與機器后退速度相對應(yīng)，使得機器呈現(xiàn)后退狀態(tài)，那么行駛泵上集成的控制比例電磁閥得到一個與手柄后退角度相關(guān)的電壓值，這個電壓值與電流之間有著密切的關(guān)系，行駛泵比例電磁閥內(nèi)電流的大小與機器后退速度相對應(yīng)，使得機器呈現(xiàn)后退狀態(tài)。

在控制行駛階段的輪胎路壓機時，行駛手柄在0.5～4.5V，可以了解手柄處于哪一位置，可以借助0～100%來體現(xiàn)，根據(jù)圖1能夠了解行駛手柄位置會給電壓帶來怎樣的影響。

圖1 手柄行駛位置給電壓帶來的影響

2 行駛速度控制

要想從行駛速度方面對輪胎壓路機進(jìn)行調(diào)節(jié)，就需要借助行駛手柄進(jìn)行操作，在單位不同的情況下，加大或縮小手柄與中位之間的距離，根據(jù)所設(shè)定的參數(shù)，能夠采用控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對其的匹配。操作行駛手柄能夠從行駛速度方面實現(xiàn)對輪胎壓路機的調(diào)節(jié)，結(jié)合提前設(shè)定好的參數(shù)，讓手柄遠(yuǎn)離或靠近中位，就能夠采用控制行駛泵斜盤角度大小的方式對速度進(jìn)行匹配。機器在行駛的過程中，手柄會不斷地遠(yuǎn)離或靠近中位，對應(yīng)行駛泵的斜盤角度也會相對變化，借助電比例閥對各種電流信號進(jìn)行輸入，行駛速度在該檔位下的控制范圍為零至最高速。

根據(jù)分析了解到，全液態(tài)輪胎壓路機能否高速行駛主要取決于行駛手柄和限速旋鈕。本文主要考慮存在死區(qū)的問題，因此，從補償量方面，對電流范圍進(jìn)行了適當(dāng)擴(kuò)大，其電流控制在了(i0-ir1)～(iF+ir2)mA，（ir1，ir2分別表示起點和終點的電流補償量）。在0～100%區(qū)域內(nèi)變化的限速旋鈕值，對應(yīng)的電流范圍最大為0～(iF-i0)mA。

表1 全液壓輪胎壓路機的檔位與參數(shù)

當(dāng)電控手柄處于前進(jìn)位置時，前進(jìn)電流Iq的計算公式為：

其中，Vq表示手柄在前進(jìn)時的電壓值；

處于后退狀態(tài)的手柄的后退電流I′，可以按照如下公式計算：

其中，Vh表示手柄在后退時的電壓值；Vhmin表示手柄在后退時手的最小電壓值；Vh′表示限速旋鈕在手柄后退時的當(dāng)前電壓值；Vhmax手柄在后退時的電壓最大值；Vh′max表示限速旋鈕在后退時的電壓最大值；Vh′min表示后退時的限速旋鈕的電壓最小值。

在對行駛手柄進(jìn)行實際操作的過程中，需要從離散現(xiàn)象和抖動問題方面，對其輸出予以關(guān)注。由于手柄在行駛期間的位置會發(fā)生不斷的改變，所以借助控制系統(tǒng)能夠?qū)κ直壳暗膶嶋H位移進(jìn)行實時計算。

要想盡可能地保證所有的調(diào)節(jié)都是有必要的，并且減少對控制器的處理間隙，就需要在保證控制精度的前提下，按照N個區(qū)段來單項劃分行駛手柄的各個行程，如果手柄位置變化保持在特定區(qū)間內(nèi)，那么該區(qū)段中心值就是手柄取值。行駛手柄的位置如果在圖2中的Ⅱ、Ⅲ處，也就是兩區(qū)間交界點，這時候手柄會由于微量抖動而輸出振蕩值，這時候需要進(jìn)一步做好對算法的修訂，也就是需要將預(yù)防抖動的算法加入控制程序算法中—目前區(qū)域在各個時刻的“中心”就是當(dāng)前手柄的行使值，這時候能夠?qū)崿F(xiàn)對恒值的輸出，如此就實現(xiàn)了對抖動現(xiàn)象的避免。

圖2 手柄電位計信號的離散化處理

其控制流程圖如圖3所示。

圖3 行駛速度及方向控制流程圖

3 柔性起步停車控制

輪胎在所有循環(huán)作業(yè)中都需要進(jìn)行起步加速和停車減速。而且輪胎非常，因此，其在起步和停車時會有很大慣性。

能夠產(chǎn)生多少慣性負(fù)載主要由壓路機起步增速和停機減速決定，如果起步增速和停車減速越大，那么慣性負(fù)載值也就越大。對慣性負(fù)載值進(jìn)行相應(yīng)的控制，能夠使壓路機在起步和停車時具有柔性加/減速度，是最重要的系統(tǒng)控制任務(wù)之一。

在控制其停車時，應(yīng)用的起步技術(shù)具有柔性的特征，因此稱為軟啟動或軟停車技術(shù)，采用變量泵排量（或斜盤擺角），能夠按照液壓系統(tǒng)壓力特定變化規(guī)律進(jìn)行相應(yīng)的變化（或斜盤擺動），對啟動階段的機器，從壓力值和慣性荷載方面，進(jìn)行了降低（或優(yōu)化）。在應(yīng)用這一技術(shù)的過程中，需要采用“斜坡控制”，也就是對這一排量（或斜盤擺角）進(jìn)行逐步控制。

如圖4所示的模塊具有輸入輸出功能，其中ic、S和io分別代表著輸入目標(biāo)、斜坡步長和輸出的實際值。由于該控制器的采用為固定循環(huán)周期，以疊加步長的形式來輸入其平均掃描周期以及實際輸出，直到輸入值和輸出值之間不存在差。

圖4 斜坡函數(shù)的輸入輸出

實現(xiàn)柔性起步停車的原理如圖5。所有控制器在T平均掃描周期內(nèi)每輸出一個io值就會導(dǎo)致目標(biāo)ic的步長S多增加一個或減少一個，如果輸出輸入值和輸出值之間存在著比步長小的絕對差值，那么增加量或減少量與步長無關(guān)，而是這一差值。根據(jù)圖4得知，采用斜坡處理瞬間變化的目標(biāo)值能夠使其成為實際輸出值，而實際輸出值這一信號是緩變的，步長決定著“緩”的程度。在結(jié)合了實際情況后，可以通過對斜坡步長的改變了改變輪胎壓路機的斜坡時間。柔性起步停車的實現(xiàn)流程如圖6所示。

圖5 輪胎壓路機柔性起步停車控制實現(xiàn)原理

圖6 柔性起步停車控制實現(xiàn)流程

4 快速制動控制

針對制動系統(tǒng)來說，其主要的作用對象就是行駛時的輪胎壓路機，快速制動起到了十分關(guān)鍵的作用，能夠使人們和機器獲得安全保證和正產(chǎn)運行保證。輪胎壓路機如果在作業(yè)行駛階段發(fā)生了緊急情況，那么能夠在中位快速拉回前進(jìn)或后退的行駛手柄，并對行駛變量泵進(jìn)行控制，使其能夠以最快的速度降到0，以此加快機器的停車速度。在加快輪胎壓路機制動速度時，所采用的方法與柔性停車十分相似，只是加大了所設(shè)定的斜坡步長，變量泵能夠更快地變?yōu)榱闩帕?。在加快機器制動速度的過程中，首先需要對觸發(fā)制動條件的判斷速度，在中位快速拉回前進(jìn)狀態(tài)或后退狀態(tài)的手柄。在開展實際操作的過程中，可以結(jié)合具體因素來進(jìn)行判斷，例如相關(guān)人員平時的操作習(xí)慣以及快速反應(yīng)需要的速度等。所以，通常來說會給定一個t0時間范圍，如果不超過t0時間，電控手柄與中位之間的距離比系統(tǒng)臨界值更大，那么，認(rèn)為可以快速制動輪胎壓路機，變量泵在這一條件下前進(jìn)指令或后退指令都可以更快地減少電流。輪胎壓路機快速制動控制流程圖如圖7所示。

圖7 輪胎壓路機快速制動控制流程

5 結(jié)語

主要從行駛和極限荷載方面，研究了如何控制壓路機，提出了控制陽極行駛狀態(tài)和極限荷載值等的方法，從電流大小方面，通過對電比例閥的控制，使得行駛速度得到了良好的控制，根據(jù)不同的步長，通過對斜坡函數(shù)的設(shè)置，實現(xiàn)了柔性控制樣機起步停車，并加快了制動控制的速度；從排量方面，通過對泵的減少，能夠使變量泵更低的吸收功率，很好地控制了極限荷載。