轮胎式摊铺机的前轮驱动控制系统、方法以及轮胎式摊铺机

摘要

本发明涉及一种用于轮胎式摊铺机防打滑的前轮驱动控制系统，包括：第一检测装置，用于检测轮胎式摊铺机的工作行走速度；第二检测装置，用于检测轮胎式摊铺机的转向角度；第三检测装置，用于检测轮胎式摊铺机的负载压力；以及控制装置，其中，控制装置接收分别来自第一、第二和第三检测装置的信号，并分别生成第一、第二和第三预输出值，并对该第一、第二和第三预输出值进行比较，将最大预输出值作为最终输出值输出给轮胎式摊铺机的前轮驱动液压回路。同时，本发明还涉及一种具有这种类型的前轮驱动控制系统的轮胎式摊铺机以及一种控制轮胎式摊铺机防打滑的前轮驱动控制系统的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种轮胎式摊铺机的前轮驱动控制系统，一种对该控制系统进行控制的方法以及一种具有该前轮驱动控制系统的轮胎式摊铺机。

背景技术

现有技术中，轮胎式摊铺机的前轮驱动液压回路，包括油箱、恒压变量泵、前轮行驶马达、两通控制阀。油箱分别与恒压变量泵、前轮行驶马达、两通控制阀连接，恒压变量泵与并联前轮行驶马达相连接，电比例控制溢流阀一端经过恒压变量泵的控制油口与恒压变量泵相连通，另一端与油箱相连通。其中，轮胎式摊铺机前轮辅助驱动通过装配在左右后轮上的压力传感器来控制电比例溢流阀，从而改变恒压变量泵输出的压力，使得前轮辅助驱动马达扭矩发生变化。然而，由于实际工况中负载变化频繁，路况复杂，摊铺机后轮与地面的摩擦系数存在较大的不同，因此经常导致后轮打滑，一旦后轮打滑则后轮压力传感器输出的信号就会变小或没有，前轮辅助驱动就没有了，从而失去了前轮辅助驱动应起的作用，机器带载工作能力就会下降。

发明内容

基于在现有技术中存在的问题，本发明提出一种能够防止轮胎式摊铺机打滑的前轮驱动控制系统，通过该控制系统控制前轮辅助驱动扭矩，不论负载大小，只要机器行驶，前轮就有驱动扭矩，只要后轮刚出现打滑，前轮辅助驱动扭矩增加到最大，增强机器带载工作能力，防止后轮打滑，同时使整机驱动性能更加平稳可靠。同时，本发明涉及一种具有这种类型的前轮驱动控制系统的轮胎式摊铺机以及一种控制轮胎式摊铺机防打滑的前轮驱动控制系统的方法。

首先提到的目的根据本发明这样地实现，即在本发明中的用于轮胎式摊铺机防打滑的前轮驱动控制系统包括：第一检测装置，用于检测轮胎式摊铺机的工作行走速度；第二检测装置，用于检测轮胎式摊铺机的转向角度；第三检测装置，用于检测轮胎式摊铺机的负载压力；以及其中，控制装置，该控制装置接收分别来自第一检测装置、第二检测装置和第三检测装置的信号，并分别生成第一、第二和第三预输出值，并对第一、第二和第三预输出值进行比较，将最大预输出值作为最终输出值输出给轮胎式摊铺机的前轮驱动液压回路。

根据本发明的一个优选设计方案，控制装置接收到由第一检测装置检测到的工作行走速度，并根据工作行走速度与前轮驱动液压回路的前轮驱动变量泵脉宽值的关系曲线来确定出第一预输出值，其中第一预输出值是第一预输出脉宽值。在本发明的设计方案中，工作行走速度与前轮驱动变量泵脉宽值的关系曲线根据如下方式确定：首先获得前轮刚打滑时的前轮驱动变量泵起步最小脉宽值；然后获得各速度档下前轮刚打滑时的前轮驱动变量泵的脉宽值；将各速度及对应的前轮驱动变量泵的脉宽值绘制在坐标系中，连接形成多折线曲线；最后计算多折线中各直线的函数。

根据本发明的一个优选设计方案，第一检测装置包括分别设置在轮胎式摊铺机的左右后轮上的第一和第二速度传感器。第一和第二速度传感器分别检测左右后轮的行走速度，并获得左右行走速度比值。此后，控制装置根据左右后轮行走速度比值与基于转向角度获得的左右后轮转向半径比值之间的关系确定出第二预输出值，其中第二预输出值是第二预输出脉宽值。

根据本发明，工作行走速度为左后轮行走速度和右后轮行走速度的平均值。

有利的是，当左右后轮行走速度比值Q与左右后轮转向半径比值K不同时，判断轮胎式摊铺机后轮打滑，第二预输出脉宽值被设定为前轮驱动液压回路的前轮驱动变量泵最大脉宽值，当左右后轮行走速度比值Q与左右后轮转向半径比值K相同时，判断轮胎式摊铺机后轮未打滑，第二预输出脉宽值被设定为前轮驱动变量泵起步最小脉宽值。

在本发明的一个优选改进方案中指出，为保证机器平稳工作，将打滑条件放宽，也就是说，在左右后轮行走速度比值Q与左右后轮转向半径比值K之间的关系符合以下条件时，即当1.1×K＜Q或者Q＜0.9×K时，判断轮胎式摊铺机后轮打滑，第二预输出脉宽值被设定为前轮驱动液压回路的前轮驱动变量泵最大脉宽值；否则，判断轮胎式摊铺机后轮未打滑，第二预输出脉宽值被设定为前轮驱动变量泵起步最小脉宽值。

根据本发明的一个优选的设计方案，第三检测装置包括分别设置在轮胎式摊铺机的左后轮上的第一高压开关和第一低压开关以及设置在右后轮上的第二高压开关和第二低压开关。其中，控制装置根据是否接收到由第一或第二高压开关给出的负载压力信号确定出第三预输出值，当接收到该负载压力信号时，判断第三预输出值为前路液压驱动回路的前轮驱动变量泵的最大脉宽值。

同时，控制装置根据是否接收到由第一或第二低压开关给出的负载压力信号确定出第三预输出值，当接收到来自第一或第二低压开关的负载压力信号时，判断第三预输出值为前轮驱动变量泵起步最小脉宽值。

根据本发明的一个优选的设计方案，第三检测装置是模拟量压力传感器，其中，控制装置接收模拟量压力传感器的负载压力信号，并根据脉宽值随压力变化线性增加的关系来确定第三预输出脉宽值，从而保证前轮的平稳驱动。

本发明还提出了一种具有开头所述类型的前轮驱动控制系统的轮胎式摊铺机，通过使用这种类型的轮胎式摊铺机增加了摊铺机的整机带载工作能力，防止了机器的后退打滑。

同时，本发明的另一目的在于提出一种控制轮胎式摊铺机的前轮驱动控制系统的方法，该方法包括以下步骤：通过第一检测装置检测轮胎式摊铺机的工作行走速度；通过第二检测装置检测轮胎式摊铺机的转向角度；通过第三检测装置检测轮胎式摊铺机的负载压力；以及通过控制装置接收分别来自第一检测装置、第二检测装置和第三检测装置的信号，并分别生成第一预输出值、第二预输出值和第三预输出值，并对第一预输出值、第二预输出值和第三预输出值进行比较，将最大预输出值作为最终输出值输出给轮胎式摊铺机的前轮驱动液压回路。

在根据本发明的方法的一个优选的设计方案中提出，通过控制装置接收到由第一检测装置检测到的工作行走速度，并根据该工作行走速度与前轮驱动液压回路的前轮驱动变量泵脉宽值的关系曲线来确定出第一预输出值，其中第一预输出值是第一预输出脉宽值。其中，该工作行走速度与前轮驱动变量泵脉宽值的关系曲线根据如下方式确定：获得前轮刚打滑时的前轮驱动变量泵起步最小脉宽值；获得各速度档下前轮刚打滑时的前轮驱动变量泵的脉宽值(Xn)；将各速度及对应的前轮驱动变量泵的脉宽值绘制在坐标系中，连接形成多折线曲线；计算多折线中各直线的函数。

在根据本发明的方法中，工作行走速度为左后轮行走速度和右后轮行走速度的平均值。

根据本发明的一个优选的设计方案，通过控制装置接收到由第一检测装置检测到的左右后轮行走速度以及由第二检测装置检测到的转向角度，并根据左右后轮行走速度比值与基于上述转向角度获得的左右后轮转向半径比值之间的关系确定出第二预输出值，其中该第二预输出值是第二预输出脉宽值。

同时，有利的是，当左右后轮行走速度比值Q小于左右后轮转向半径比值K时，判断轮胎式摊铺机后轮打滑，第二预输出脉宽值被设定为前轮驱动液压回路的前轮驱动变量泵最大脉宽值；否则，判断轮胎式摊铺机后轮未打滑，第二预输出脉宽值被设定为前轮驱动变量泵起步最小脉宽值。

在本发明的一个优选改进方案中指出，为保证机器平稳工作，将打滑条件放宽，也就是说，在左右后轮行走速度比值Q与左右后轮转向半径比值K之间的关系符合以下条件时，即当1.1×K＜Q或者Q＜0.9×K时，判断轮胎式摊铺机后轮打滑，第二预输出脉宽值被设定为前轮驱动液压回路的前轮驱动变量泵最大脉宽值；否则，判断轮胎式摊铺机后轮未打滑，第二预输出脉宽值被设定为前轮驱动变量泵起步最小脉宽值。

在本发明的优选的设计方案中指出，通过控制装置根据是否接收到由第三检测装置中的第一或第二高压开关给出的负载压力信号确定出第三预输出值，当接收到负载压力信号时，第三预输出值为所前路液压驱动回路的前轮驱动变量泵的最大脉宽值，当第一或第二高压开关未给出负载压力信号时，第三预输出值为前轮驱动变量泵起步最小脉宽值。

同时，根据本发明的方法，控制装置根据是否接收到由第一或第二低压开关给出的负载压力信号确定出第三预输出值，当接收到负载压力信号时，判断第三预输出值为前轮驱动变量泵起步最小脉宽值。

在本发明的一个优选的改进方案中指出，将第三检测装置设计成模拟量压力传感器，其中，控制装置接收模拟量压力传感器的负载压力信号，并根据脉宽值随压力变化线性增加的关系来确定第三预输出脉宽值。

由于采用上述的技术方案，根据本发明的控制系统控制前轮辅助驱动扭矩，不论负载大小，只要机器行驶，前轮就有驱动扭矩，只要后轮刚出现打滑，前轮辅助驱动扭矩增加到最大，增强机器带载工作能力，防止后轮打滑。并且根据本发明的技术方案，在没有负载或负载较小时均给出不同的驱动力，同时当后轮打滑时增大前轮驱动力，有效的增加了机器带载工作能力，阻止了机器后轮打滑的机会，同时使整机驱动性能更加平稳可靠。

附图说明

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是根据本发明的控制系统的原理性示意图；

图2是工作行驶速度与前轮驱动变量泵脉宽值关系曲线示意图；

图3a和b是轮胎式摊铺机左右转向时左右半径计算示意图；

图4是根据本发明的控制系统的原理性电路示意图。

具体实施方式

在图1中示出了轮胎式摊铺机防打滑的前轮驱动控制系统的原理性示意图。该控制系统由速度传感器1、转向角度传感器2、压力传感器3、控制装置4以及摊铺机前轮驱动液压回路5构成。

如图1所示，通过速度传感器1、转向角度传感器2、压力传感器3实时采集轮胎式摊铺机的工作行走速度信号、转向角度信号、负载压力信号并传送给控制装置4，该控制装置4根据工作行走速度对照工作行驶速度与前轮驱动变量泵脉宽值的关系曲线示意图得到预输出脉宽值X1；根据获得的转向角度信号计算得出左右轮的转向半径，根据左右工作速度比值与转向半径比值的比较，判断后轮打滑进而得到预输出脉宽值X2；并根据负载压力信号判断负载加大给前轮驱动预输出脉宽值X3。同时，对预输出脉宽值X1，X2，X3进行比较，取最大脉宽值作为前轮驱动的最终脉宽值提供给前轮驱动液压回路5，从而能够通过控制装置采集速度信号、转向角度信号、负载压力信号控制前轮驱动液压回路5中的前轮驱动变量泵的排量，在没有大负载情况下给前轮驱动力、在后轮打滑前轮驱动力不足时增加前轮驱动力，进而增强了整机带载工作能力，较好的解决了工作时后轮打滑现象的发生，同时使整机驱动性能更加平稳可靠。

图2示出了工作行驶速度与前轮驱动脉宽值关系曲线示意图，该关系曲线根据以下步骤获得：

首先，将轮胎式摊铺机停放在较平坦的路面上，拉油门，将发动机转速升到额定转速，将熨平板挂好，准备在工作档行驶。

(1)获得前轮驱动变量泵起步最小脉宽值：将行驶速度给定电位器旋到零，向前推动操作手柄，多次给定前轮驱动变量泵脉宽值，观察前轮，直到前轮刚开始打滑，此时所给的脉宽值为前轮驱动变量泵起步最小脉宽值X1a；

(2)获得各速度档的前轮驱动变量泵的脉宽值：旋转行驶速度给定电位器，在0-Nmax米/分钟(工作档最大速度)选各整数速度点Nx，向前推行驶手柄，当速度达到给定速度时，分别给前轮驱动脉宽值Xn，观察前轮，前轮刚开始打滑时的脉宽值为此时行走速度Nx所对应的前轮驱动变量泵脉宽值Xn；

(3)以行驶速度Nx为横坐标，以前轮驱动变量泵脉宽值Xn为纵坐标，将各速度点所对应的前轮驱动变量泵脉宽值在坐标上标示，然后绘制多折线的曲线，折线尽量经过各点或折线在测量点的下方；分别以折线中直线段的两端点所对应的(NX-1、Xn-1)和(NX-2、Xn-2)，依据直线函数Xn＝A×NX+B得出公式①和②，计算得出实数A和B，则得出该段直线的函数，同样方法得出各直线段的函数；则工作行驶速度与前轮驱动变量泵脉宽值关系曲线示意图为多折线，折线上各直线段前轮驱动脉宽值与速度的关系可表示为Xn＝A×NX+B，计算所得为前轮驱动预输出脉宽值X1。

Xn-1＝A×NX-1+B     ①

Xn-2＝A×NX-2+B     ②

图3a和b示出了轮胎式摊铺机左右转向时左右半径计算示意图，左右后轮行走速度及转向角度判断后轮打滑给前轮驱动预输出脉宽值为：

(1)获得转向时左右后轮转向半径比值K：转向时，根据转向角度α，前后轮距离N，左右后轮距离L以及转向角度传感器2至右前轮的距离M计算得出左右后轮转向半径R左和R右。其中，在摊铺机向左转时，R右＝(N+M×tangα)/tangα，R左＝R右-L，左右后轮转向半径比K1＝R1左/R1右；在摊铺机向右转时，R右＝(N-M×tangα)/tangα，R左＝R右+L，左右后轮转向半径比K2＝R2左/R2右，在本发明的一个优选实施例中，如图3a和b所示，转向角度传感器2设置在靠近右前轮的一侧。相反，该转向角度传感器也可以设置在相反侧，也就是靠近左前轮设置，当然本领域技术人员可以根据上述计算方式对计算方式进行相应的调整；

(2)根据左右后轮行走速度及转向角度判断后轮是否打滑：左右后轮速度比Q＝S左/S右；向左转时，Q不等于K1，则认为后轮打滑；向右转时，Q不等于K2，则认为后轮打滑；但考虑转向时左右响应速度某时可能存在差距，以及复杂工况引起的Q值与理论计算存在偏差，为保证机器平稳工作，将打滑条件放宽，向左转时，当1.1×K1＜Q或Q＜0.9×K1，则判定后轮打滑；向右转时，当1.1×K2＜Q或Q＜0.9×K2，则判定后轮打滑，同时，当左右后轮一边速度为零，另一边不为零时，认为后轮打滑；

(3)根据步骤(2)，若判定后轮打滑，则给前轮预输出脉宽值X2＝前轮驱动变量泵最大脉宽值，否则，X2＝X1a；

图4示出了根据本发明的控制系统的原理性电路示意图，根据左右高低压力信号判断负载加大给前轮驱动预输出脉宽值为：

(1)左右后轮分别有高、低压压力开关，当任一边高压压力开关给信号则前轮预输出脉宽值X3＝前轮驱动变量泵最大脉宽值；当两低压压力开关发出信号时，则X3＝X1a；

(2)低压压力开关信号主要用作控制脉宽值增加的速度(若装配模拟量压力传感器，则脉宽值随压力变化线性增加)。

参见图4，Y1为自由轮控制阀，机器行驶时该阀不通电，前轮不带驱动力，机器工作时，Y1得电，允许前轮驱动；控制系统采集左右马达转速(SR1、SR2)、前轮转向角度(RP3)、左右后轮高低压力信号(SP1、SP2、SP3、SP4)，按前述的计算，将预输出脉宽值X1、X2、X3比较，取最大值作为前轮脉宽值，控制器在ΔT时间内，比较现在脉宽值与前次扫描的脉宽值的变化，进行插补计算，使得输出的脉宽值成阶梯式的增加或减小，以保证前轮驱动的平稳，脉宽值通过控制器输出给前轮驱动XY1(电比例溢控阀线圈)，由于脉宽值与电比例控制溢流阀线圈上的电压值成线性关系，电压值的变化引起电比例控制溢流阀线圈上电流值的变化，电比例控制溢流阀线圈上电流值的变化改变恒压泵的排量，进而改变恒压泵输出压力，则前轮驱动马达扭矩发生变化。