轮胎摊铺机行驶系统柔性控制

郝守庆，王晓璐，杨祥庆

（山推工程机械股份有限公司，山东 济宁 272103）

轮胎摊铺机机动灵活，可快速转场，因此被广泛应用于高等级公路、高速公路匝道、市政道路、丘陵山区、园林、居民小区、人行道及公路养护工程的沥青混凝土路面摊铺和修补［1］［2］。全液压轮胎摊铺机质量较大，转场等高速行驶过程中引起的惯性相应较大，同时整车振动性较大，工况路况不理想等情况，行驶过程中，踏板很难稳定不动，势必造成整车行驶的不稳定性，颠簸性，有较大冲击感，及驾驶的不舒适式性。如何提高轮胎摊铺机转场高速行驶系统的速度控制及行驶的舒适性是该领域技术人员急需解决的技术问题。

1 全液压驱动轮胎摊铺机行走控制系统

全液压轮胎式摊铺机行驶档下行驶速度控制方法，提出针对全液压轮胎摊铺机行驶档下行驶速度控制采用电子踏板形式控制左右行走泵的排量，从而控制行驶速度的大小；并在减速控制中加入了速度柔性控制策略，使得车辆减速过程更平缓，减少减速的冲击感，并达到安全可靠，操纵简单，实施方便的要求［3］。

全液压驱动轮胎摊铺机行走控制系统包括：

（1）检测装置，用于获取当前左右后轮行走速度信号及检测前轮转向角度大小。

（2）速度加速电子踏板和刹车电子踏板，用于给定控制器速度控制信号。

（3）控制器，用于接收当前后轮行走速度信号和速度踏板给定速度控制信号，并输出后轮控制信号至行走泵，从而控制后轮行走速度。

该种全液压轮胎摊铺机的行走系统采用2泵2马达形式，即：左行走泵——左马达——左驱动轮，右行走泵——右马达——右驱动轮。其中速度由泵的排量决定，控制泵即可以控制整车形式速度。行驶过程中发动机油门不变，电子踏板包含加速脚踏板和刹车脚踏板，控制器根据加速脚踏板和刹车脚踏板的信号控制行走泵的排量，达到控制行走速度的要求［4］。

2 行走控制系统具体实施方式

该全液压轮胎式摊铺机行驶控制系统包括：驱动左驱动轮的左马达，驱动右驱动轮的右马达。

左马达与左行走泵连通，右马达与右行走泵连通；在左行走泵设置有控制左行走泵排量的左行走电磁阀，在右行走泵上设置有控制右行走泵排量的右行走电磁阀。左行走电磁阀和右行走电磁阀分别与控制器连接；控制器与刹车电子脚踏板及加速电子脚踏板连接；控制器还与安装在左前轮上的转 向角度传感器连接。该系统如图1所示。

图1 行走控制系统图

在该控制中，通过加速脚踏板对行驶进行加速和减速控制，通过刹车脚踏板实现减速和刹车功能。加速脚踏板和刹车脚踏板均采用电子脚踏板通过控制器来控制行走泵的排量，其信号送到控制器，控制器根据该信号大小及转向角度传感器的转向信号，共同计算出左右后轮的速度控制信号，该信号通过控制电磁阀的开度控制行走泵的排量，从而改变行走速度。

具体控制策略如下并参考图2、3、4。

（1）该行驶系统控制方式模拟自动挡小汽车行驶方式，当加速踏板和刹车踏板都未踏下时，整车按照一个较低的怠速行驶。

（2）图2为加速脚踏板和刹车脚踏板踏板角度变化与输出信号曲线，该曲线中，脚踏板的行程角度和输出信号成正比关系。当踏下加速踏板时，踏板的角度和速度成线性关系，控制器根据加速踏板信号控制泵的排量线性增大，用于加速，其过程为一个线性增大过程。

图2 踏板角度变化与踏板信号输出关系

（3）电子脚踏板信号送到控制器，控制器根据该信号大小及转向角度传感器的转向信号共同计算出左右后轮的速度控制信号，该信号通过控制电磁阀的开度控制行走泵的排量，从而改变行走速度。

（4）图3为加速踏板踏下与抬起的过程中速度对应的变化关系，踏板踏下的角度变化正比例对应于输出速度大小，踏板踏下的最大角度对应于输出的最大速度，踏板踏下一定角度时，速度输出按照如图线性变化增大到对应于该角度下的速度值，当踏板抬起时，速度按照如图曲线形式减小，该曲线坡度更缓一些，有效缓解减速的冲击感。

图3 加速踏板加速与减速过程信号输入与速度变化关系

（5）当踏下刹车踏板时，踏板角度和速度成线性关系，控制器根据刹车踏板信号控制整车速度线性减小。如需紧急减速或者刹车则踏下刹车踏板，刹车踏板速度变化曲线如图4所示。刹车踏板踏到底时，速度输出为零；松开刹车踏板后，速度线性恢复到怠速，保证了行车安全性。

（6）转向模式：当全液压轮胎摊铺机在转向时，采用的是图5所示的“半八字转向模式”。图5中以向左转向为例说明：据此可以建立数学模型，利用左前轮转向传感器获取左前轮转向角α，同时结合已知的轴距S，利用三角函数定理，即可方便地求出轮胎摊铺机各轮的转向半径。后轮转向时的差速比等于左后轮和右后轮的线速度之比，由于两者角速度相同，因此等于两者的转向半径之比［5］。

图4 刹车过程与踏板角度变化关系

图5 半八字转向模式

实际摊铺机转场行驶时，加速电子脚踏板或刹车脚踏板在踏下时，会输入速度控制信号给控制器，控制器同时根据前轮转向角度传感器角度信号大小执行转向模式，并输出控制信号至左右行走电磁阀，据此调整后轮驱动中左右行驶马达速度大小，从而进行完成转向功能。

3 结束语

该行走控制系统已经在山推SRP60T全液压轮胎摊铺机上进行了产品验证并使用。SRP60T为4轮全液压轮胎摊铺机，左右后轮独立控制，同时应用本文设计的行走控制系统。全液压轮胎摊铺机行驶挡下行驶速度控制采用电子踏板形式控制左右行走泵的排量，从而控制行驶速度的大小，并在减速控制中加入了速度柔性控制策略，使得车辆减速过程更平缓，减少减速的冲击感。根据该机型在实际工地的应用情况，认为文中提出与设计的行走控制系统具有实际的可行性，并对轮胎摊铺机转场过程中行驶速度的稳定性、驾驶员操纵的舒适性等问题提出了一种解决方案。由此可见，该控制系统具有实质性特点和进步，其实施的有益效果显而易见。

［1］ 焦生杰，周贤彪. 沥青混凝土摊铺机国内外发展与研究现状［J］. 建筑机械，2003，（5）：21-22.

［2］ 白志强. 轮式摊铺机前轮驱动液压系统方案研究［J］. 筑路道路与施工机械化，2014，31（4）：95-97.

［3］ 郝守庆，王晓璐，等. 一种全液压轮胎式摊铺机行驶控制系统［P］. 中国：ZL201520170733.X，2015，7.

［4］ 朱涛，周天沛，等. 新型轮胎式摊铺机行驶控制系统的设计［J］. 价值工程，2015，（29）：157-158.

［5］ 郝守庆，王晓璐，等. 轮胎摊铺机及其行走控制系统［P］. 中国：ZL201410715573.2，2016，9.