CN106284179A - 基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制系统及其控制方法。包括行走驱动发动机（5）、滚刷工作装置（1）、传动驱动系统（3）、液压系统（2）、发动机转速传感器（4）、控制器（6）和转速传感器（7）；所述行走驱动发动机（5）输出动力给传动驱动系统（3），传动驱动系统（3）再将动力分为两部分，一路为除雪车行走系统提供动力，一路为滚刷工作装置（1）提供动力。本发明提供基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术，能够实现滚刷的转速与车辆底盘行走作业速度匹配，适应恶劣的作业环境，以满足滚扫式清雪车除雪作业效率的要求。

Description

基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术，特别是一种具有电喷发动机的底盘的滚扫式清雪车。

背景领域

高速公路、普通公路、市区道路上冬季路面冰雪的清除问题多年来一直是国内外关注的重点课题。路面积雪清除关系到人民生活、社会生产、交通安全、环境保护等一系列问题。在冬季北方区域来说，需要及时清除冰雪的道路面积将越来越大，道路交通形势越来越严峻。

交通路面上的积雪被称为交通安全的“白色杀手”，因此如何快速高效清除道路的积雪、冰以及冰雪混合物，保障道路、机场的正常运行、提高行车安全，成为目前冬季道路养护的主要问题。传统人工除雪法和污染较大融雪剂除雪法，已经不能满足需要，迫切需要性能良好、自动化程度较高的机械来替代。

清雪作业过程中所损耗的总功率及滚刷转动阻力矩需要合理匹配，使道路积雪及时而快速的清除。除雪前先选定发动机的最高转速，在连续除雪作业过程中，由于雪断面大小的变化，需要调整除雪速度。在作业过程中，一方面要保证清雪效率，同时还要照顾到行人和通行车辆的安全。实时调整除雪车的最适当的除雪速度，对操作者来说是很困难的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术，能够实现滚刷的转速与车辆底盘行走作业速度匹配，适应恶劣的作业环境，以满足滚扫式清雪车除雪作业效率的要求。

为此本发明采用的技术方案是：本发明包括行走驱动发动机（5）、滚刷工作装置（1）、传动驱动系统（3）、液压系统（2）、发动机转速传感器（4）、控制器（6）和转速传感器（7）；

所述行走驱动发动机（5）输出动力给传动驱动系统（3），传动驱动系统（3）再将动力分为两部分，一路为除雪车行走系统提供动力，一路为滚刷工作装置（1）提供动力。

所述滚刷工作装置（1）驱动采用液压传动，经液压系统（2）的液压马达将动力传递给滚刷工作装置（1）；

所述行走系统的工作状态监控通过发动机的转速监控实现，信号测取由转速传感器（4）完成，最终由控制器（6）完成信号转换和运算，输出控制信号给液压系统（2）的液压泵，液压泵按照车辆行驶驱动的发动机工作状态，实时控制滚刷工作装置（1）的转速，滚刷工作装置（1）的转速由转速传感器（7）测取，并将测取信号传至控制器（6）。

基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制方法，读出除雪状态下的发动机转速n_E，与预定转速n_o相比较：

1）如n_E>n_o说明负荷小，车辆应增速，即控制电流Iv=Iv+C×Is；

2）如n_E=n_o说明负荷适当，维持现状Iv=Iv；

3）如n_E<n_o说明负荷大，需减少电流，降低车速，Iv=Iv-C×Is；

然后检测Iv的最大、最小值来确定最终的输出功率，控制电流的大小驱动液压泵的电液比例阀，控制液压泵输出流量；

反复进行以上循环，随着除雪负荷的大小，增减发动机（5）的转速，能够自动控制除雪速度。

液压泵按照以下方式实现控制：

引入由滚刷液压系统的工作压力p_r反映的滚刷负荷信息，并将压力信息p_r 输入给控制器，转化为线位Dx；同时将驾驶员操纵信号的线位移x ， 输入给滚刷变量泵的排量控制，并与滚刷负荷压力线位移Dx求和后，将线位移Dx₁输入给滚刷变量泵的排量控制；排量控制信号转换为线位移Dx₁，使伺服阀的阀芯产生位移Dx₂，控制油经伺服阀进入伺服缸，伺服缸输出位移Dx₃，使液压泵斜盘产生偏角Dβ，这就改变了泵的排量q_p；伺服缸动作的同时，通过反馈装置使伺服阀芯回到中位，完成一次滚刷转速信号的随动控制。

所述除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术采用闭环控制，信号测取为发动机转速传感器和滚刷驱动的液压系统压力传感器。

本发明基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术，包括行走驱动发动机、除雪工作装置、传动驱动系统、液压系统、转速传感器、控制器等构件。车上装有一台发动机，通过传动驱动系统，将动力分为除雪动力和行走动力两部分。除雪动力又通过传动轴、齿轮箱，通过除雪工作装置将雪清扫出去，行走动力是通过车辆传动系统驱动前后车轮。所述的除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术针对电喷发动机的车辆底盘和电液控制的液压驱动的工作装置，通过设定的发动机的工况来控制液压系统。在除雪的工作过程中，如突遇雪层厚度增大，行车阻力增大，通过降低车速，适当提高液压油泵的转速，维持除雪工作装置的转速，控制技术优先保证专业质量。反之，在遇薄雪层时，适当提高车速，并降低液压泵的转速。

本发明在车辆起步和制动工况时，可控制发动机的工作转速范围在最佳的燃油经济区域，降低发动机的排放，同时实现保证工作装置的优先转速控制保证作业质量。

由于采用上述结构，本发明除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术具有以下效果：

1.除雪工作装置的电液比例控制

本发明的除雪车工作装置的控制采用电液比例控制，滚刷转速与除雪功率和轴扭矩呈近似直线的递增关系，而与比功耗呈近似直线的递减关系。在进距不变情况下，除雪功率、轴扭矩和比功耗均与线速度成二次函数式递增关系，在液压系统中添加电控元件，通过电路来控制液压系统的各种动作，以适应发动机负载的变化，有利用降低油耗，能够实现滚刷的转速与车辆底盘行走作业速度匹配，适应恶劣的作业环境，以满足滚扫式清雪车除雪作业效率的要求。在国内大型除雪车具有较好的市场前景。

2.功率匹配合理

（1）本发明的除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术采用功率—载荷自适应调节方法。发动机输出功率随着油门位置的变化而变化，液压泵的输入功率也在不断变化。可以根据外负荷的变化，来确定液压泵的最大允许排量从而实现功率调节。由于压力是由负载决定的，负荷的变化直接引起压力的变化。在工作过程中，控制系统利用压力传感器监测压力信号，同时实时采集发动机转速信号，通过发动机的外特性曲线得到发动机当前输出功率。在当前的功率值中扣除系统损失消耗的功率，便可得到液压泵的输入功率。根据这个功率值得到当前泵的最大允许排量，实现自适应控制。

（2）本发明的除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术包括工作装置转速传感器，当车辆作业行驶时，转速传感器将检测到的信号传输给控制器，经过运算并发出指令，通过调节液压系统的液压泵流量，控制滚刷转速，以适应发动机负载的变化。

下面结合附图和实施例对本发明之除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术特征进一步说明。

附图说明：

图1：本发明之除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术示意图。

图2：本发明之除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术软件程序流程图。

图3：本发明之滚刷液压泵控制流程图。

图中各主要元件的标号说明如下：

1—除雪工作装置、2—液压系统、3—传动驱动系统、4—发动机转速传感器、5—发动机、6—控制器总成、7—液压系统压力传感器。

具体实施方式：

一种除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术，其具体结构如图1所示，包括行走驱动发动机5、滚刷工作装置1、传动驱动系统3、液压系统2、发动机转速传感器4、控制器总成6和滚刷传感器7等构件。

如图1所示的行走驱动发动机5输出动力给传动驱动系统3，传动驱动系统3再将动分为两部分，一路为行走驱动动力，一路为除雪工作装置驱动动力。除雪工作装置驱动采用液压传动，经液压系统2的液压马达将动力传递给除雪工作装置1。行走系统的工作状态监控通过发动机的转速监控实现，信号测取由转速传感器4完成，最终由控制器6完成信号转换和运算，输出控制信号给液压系统2的液压泵，液压泵按照车辆行驶驱动的发动机工作状态，实时控制除雪工作装置液压系统的压力，除雪工作装置的液压系统的压力由传感器7测取，并将测取信号传至控制器6，这样保证除雪车功率的合理匹配。

如图2所示的本发明的除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术的软件程序流程图。自动控制的程序为：读出除雪状态下的发动机转速n_E，与预定转速n_o相比较，如n_E>n_o说明负荷小，车辆应增速，即控制电流Iv=Iv+C×Is；如n_E=n_o说明负荷适当，维持现状Iv=Iv；如n_E<n_o说明负荷大，需减少电流，降低车速，Iv=Iv-C×Is，然后检测Iv的最大、最小值来确定最终的输出功率。控制电流的大小驱动液压泵的电液随动阀，来控制液压泵输出流量。反复进行以上循环，随着除雪负荷的大小，增减发动机的转速，能够自动控制除雪工作装置的工作转速。

如图3所示的本发明的滚刷液压泵控制流程图。该装置引入由滚刷液压系统的工作压力p_r反映的滚刷负荷信息，并将压力信息p_r 输入给控制器，转化为线位Dx。同时该装置还可以将驾驶员操纵信号的线位移x , 输入给滚刷变量泵的排量控制，并与滚刷负荷压力线位移Dx求和后，将线位移Dx₁输入给滚刷变量泵的排量控制。排量控制信号转换为线位移Dx₁，使伺服阀的阀芯产生位移Dx₂，控制油经伺服阀进入伺服缸，伺服缸输出位移Dx₃，使液压泵斜盘产生偏角Dβ，这就改变了泵的排量q_p。伺服缸动作的同时，通过反馈装置使伺服阀芯回到中位，完成一次滚刷转速信号的随动控制。

所述的信号测取位置如图1所示，除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术采用闭环控制，信号测取为发动机转速传感器4和滚刷驱动的液压系统压力传感器7。

Claims (5)

1.基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制系统，其特征在于，包括行走驱动发动机（5）、滚刷工作装置（1）、传动驱动系统（3）、液压系统（2）、发动机转速传感器（4）、控制器（6）和转速传感器（7）；

所述行走驱动发动机（5）输出动力给传动驱动系统（3），传动驱动系统（3）再将动力分为两部分，一路为除雪车行走系统提供动力，一路为滚刷工作装置（1）提供动力。

2.根据权利要求1所述的基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制系统，其特征在于，所述滚刷工作装置（1）驱动采用液压传动，经液压系统（2）的液压马达将动力传递给滚刷工作装置（1）；

所述行走系统的工作状态监控通过发动机的转速监控实现，信号测取由转速传感器（4）完成，最终由控制器（6）完成信号转换和运算，输出控制信号给液压系统（2）的液压泵，液压泵按照车辆行驶驱动的发动机工作状态，实时控制滚刷工作装置（1）的转速，滚刷工作装置（1）的转速由转速传感器（7）测取，并将测取信号传至控制器（6）。

3.基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制方法，其特征在于，读出除雪状态下的发动机转速n_E，与预定转速n_o相比较：

1）如n_E>n_o说明负荷小，车辆应增速，即控制电流Iv=Iv+C×Is；

2）如n_E=n_o说明负荷适当，维持现状Iv=Iv；

3）如n_E<n_o说明负荷大，需减少电流，降低车速，Iv=Iv-C×Is；

然后检测Iv的最大、最小值来确定最终的输出功率，控制电流的大小驱动液压泵的电液比例阀，控制液压泵输出流量；

反复进行以上循环，随着除雪负荷的大小，增减发动机（5）的转速，能够自动控制除雪速度。

4.根据权利要求3所述的基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制方法，其特征在于，液压泵按照以下方式实现控制：

引入由滚刷液压系统的工作压力p_r反映的滚刷负荷信息，并将压力信息p_r 输入给控制器，转化为线位Dx；同时将驾驶员操纵信号的线位移x ， 输入给滚刷变量泵的排量控制，并与滚刷负荷压力线位移Dx求和后，将线位移Dx₁输入给滚刷变量泵的排量控制；排量控制信号转换为线位移Dx₁，使伺服阀的阀芯产生位移Dx₂，控制油经伺服阀进入伺服缸，伺服缸输出位移Dx₃，使液压泵斜盘产生偏角Dβ，这就改变了泵的排量q_p；伺服缸动作的同时，通过反馈装置使伺服阀芯回到中位，完成一次滚刷转速信号的随动控制。

5.根据权利要求4所述的基于除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制方法，其特征在于，

所述除雪车工作速度的滚刷转速跟随控制技术采用闭环控制，信号测取为发动机转速传感器和滚刷驱动的液压系统压力传感器。