CN106965743B - 一种应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置及控制方法 - Google Patents

一种应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置，包括霍尔传感器、前进比例电磁阀、后退比例电磁阀和PLC控制器，PLC控制器的输出端连接至前进比例电磁阀和后退比例电磁阀，PLC控制器的输出端还连接有继电器，还包括与供电电源连接的刹车灯，供电电源与刹车灯之间串联有继电器常开触点，刹车灯、继电器、前进比例电磁阀和后退比例电磁阀还分别安全接地；还公开了上述装置的控制方法，本发明实现了柔性快速制动，柔性工作制动可以最大限度地减小对液压系统的冲击，及发动机因马达制动造成转速升高，提高了机械制动的安全性，保证了车辆行驶的安全性，利用继电器代替了压力开关的使用，既简化了机械结构，减小了生产成本，又减少了故障点。

Description

一种应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置，还该控制装置的具体控制方法。
背景技术
现有技术中的农田作业机械，在每个作业循环中都需要起步加速和停车减速，且大多采用操作手柄的前进位置、中间位置及后退位置来控制车辆的前进、停止及后退。当驾驶员在车辆前进(或后退)过程中遇到紧急状况时，会猛然拉动手柄，意图使车辆紧急制动或加速，上述操作中存在由于用力过猛会把手柄拉过中间位置，造成车辆反向运动的风险，大大降低了机械制动的安全性。
再者农田作业机械在满载时，整机质量较大，其在起步加速和停车减速中都会产生较大的惯性。因此对液压系统带来较大的惯性负载，惯性负载不仅给液压系统带来冲击，也缩短了元件的使用寿命，也影响了农田作业机械的作业质量。
在刹车过程中，为了对周侧的其它机械设备或工作人员形成刹车预警，在作业机械上都安装有刹车灯。现有技术中一般采用在刹车液压回路上，安装压力开关的方式来控制刹车灯点亮，这种刹车灯的控制方式既增加了机械的结构和成本，又增加了故障点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种控制机械运行时防止用力过大造成手柄操作过度、简单可靠，有助于降低故障点和整车成本的应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置，包括安装在操作手柄内的霍尔传感器、用于调节液压泵前进摆角的前进比例电磁阀、用于调节液压泵后退摆角的后退比例电磁阀，所述霍尔传感器电连接有PLC控制器，所述PLC控制器的输出端连接至所述前进比例电磁阀和所述后退比例电磁阀，所述PLC控制器的输出端还连接有继电器，还包括与供电电源连接的刹车灯，所述供电电源与所述刹车灯之间串联有继电器常开触点，所述刹车灯、所述继电器、所述前进比例电磁阀和所述后退比例电磁阀还分别安全接地。
作为优选的技术方案，所述PLC控制器包括微处理器，所述微处理器连接有第一定时器、第二定时器、比较器和接口电路。
作为优选的技术方案，所述霍尔传感器的电压输入端连接至所述PLC控制器的VSS_2脚，所述霍尔传感器的电压信号输出端连接至所述PLC控制器的IN_1脚，所述霍尔传感器的接地端连接至所述PLC控制器的IN_39脚。
作为优选的技术方案，所述前进比例电磁阀连接至PLC控制器的out(1)脚，所述后退比例电磁阀连接至PLC控制器的out(3)脚；所述继电器连接至PLC控制器的out(32)脚。
作为优选的技术方案，所述刹车灯包括至少两个灯体，所述灯体并联设置于所述继电器常开触点和接地之间。
本发明还涉及上述刹车灯控制装置使用的控制方法，包括以下步骤，
步骤一、参数设定
在所述PLC控制器内设定电流差常数、设定相邻两次所述PLC控制器检测所述前进比例电磁阀电流变化的间隔时间为t、设定所述第一定时器和所述第二定时器的定时时间段分别为T；
步骤二、电流差值判断函数
在时间段T内检测到所述前进比例电磁阀的电流减小量△I，将所述电流减小量△I传送至所述PLC控制器内与所述电流差常数Icons进行比较，
△I<0时，所述PLC控制器输出控制信号，即刹车灯熄灭结果Q；
0<△I<Icons时，继续下一时间段T内的所述电流减小量△I的检测、传送和比较；
△I>Icons时，自动进入步骤三；
步骤三、定时器函数
a、通过所述PLC控制器，设定所述第一定时器和所述第二定时器的切换次数限制常数m；
b、所述PLC控制器开启所述第一定时器，定时时间为T，根据所述PLC控制器内所述电流减小量△I与所述电流差常数Icons的比较结果：
△I>Icons时，输出结果Q1，并进入c步，否则进入e步；
c、超过间隔时间为t、未达到定时时间段T，所述PLC控制器开启所述第二定时器，所述第一定时器和所述第二定时器循环切换检测使用，切换次数为x，x≤m；
d、在所述第二定时器的定时时间T内，根据所述PLC控制器内所述电流减小量△I与所述电流差常数Icons的比较结果：继续为△I>Icons时，输出结果Q2，并进入e步，否则返回至b步；
e、根据所述第一定时器和所述第二定时器各定时时间T的检测结果，将检测结果进行函数计算，函数式为：(Q1OR Q2OR Q3……OR Qx)AND NOT Q控制刹车灯工作信号输出。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：采用霍尔传感器的电信号来控制动力或制动系统的油液输送，实现了电-液控制，避免了驾驶员在车辆前进(或后退)过程中遇到紧急状况猛然拉动手柄过度的现象，实现了柔性快速制动，柔性工作制动可以最大限度地减小对液压系统的冲击，及发动机因马达制动造成转速升高，有助于保证发动机的使用寿命，杜绝了造成车辆反向运动的风险，提高了机械制动的安全性，保证了车辆行驶的安全性，本发明利用继电器代替了压力开关的使用，既简化了机械结构，减小了生产成本，又减少了故障点。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例的电路原理图；
图2是本发明实施例电流差值判断函数的流程图；
图3是本发明实施例定时器函数的流程图；
图中：1-操作手柄；2-霍尔传感器；3-PLC控制器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
如图1所示，一种应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置，包括安装在操作手柄1内的霍尔传感器2、用于调节液压泵前进摆角的前进比例电磁阀Q4、用于调节液压泵后退摆角的后退比例电磁阀Q5，所述前进比例电磁阀Q4与所述后退比例电磁阀Q5配合所述操作手柄1，通过操作所述操作手柄1，可以控制所述调节液压泵的摆角，进而调节控制系统内的液压，实现机械的前进或后退的控制。利用所述霍尔传感器2检测所述操作手柄1的操控位置的远离和具体方法，为本技术领域内普通技术人员所熟知的内容，在此不再详细说明。所述霍尔传感器2电连接有PLC控制器3，所述PLC控制器3的输出端连接至所述前进比例电磁阀Q4和所述后退比例电磁阀Q5，所述PLC控制器3的输出端还连接有继电器KM，还包括与供电电源V连接的刹车灯，所述供电电源V与所述刹车灯之间串联有继电器常开触点KM-1，所述刹车灯、所述继电器KM、所述前进比例电磁阀Q4和所述后退比例电磁阀Q5还分别安全接地。
所述PLC控制器3包括微处理器，所述微处理器连接有第一定时器、第二定时器、比较器和接口电路，且PLC控制器3的具体结构、内部连接方式和工作原理，为本技术领域内普通技术人员所熟知的内容，在此不再详细说明。
本实施例中的所述PLC控制器3设置为力士乐RC28-14，所述霍尔传感器2的电压输入端连接至所述PLC控制器3的VSS_2脚，即所述PLC控制器3的232针脚，该针脚用来为所述霍尔传感器2提供10V的工作电压；所述霍尔传感器2的电压信号输出端连接至所述PLC控制器3的IN_1脚，即所述PLC控制器3的250针脚，该脚将所述霍尔传感器2检测产生的模拟电压信号输送至所述PLC控制器3内；所述霍尔传感器2的接地端连接至所述PLC控制器3的IN_39脚，即所述PLC控制器3的146针脚，该脚使所述霍尔传感器2进行安全接地。
所述前进比例电磁阀Q4连接至PLC控制器3的out(1)脚，即所述PLC控制器3的153针脚，所述后退比例电磁阀Q5连接至PLC控制器3的out(3)脚，即所述PLC控制器3的177针脚，所述继电器KM连接至PLC控制器3的out(32)脚，即所述PLC控制器3的257针脚，所述PLC控制器3的153针脚和所述PLC控制器3的177针脚均为所述PLC控制器3PWM脉冲信号输出端子，用来输出PWM脉冲控制信号，从而驱动相应的电磁阀进行定量动作。
本实施例的工作原理如下所述：
控制农田作业机械行走的所述操作手柄1，从前进位置拉到中间位置，所述PLC控制器3的PWM信号在输出之前，首先经过一个时间常数τ可变的数字一阶低通滤波器，使输出按照一阶惯性的形式输出，驱动所述前进比例电磁阀Q4的电流，电流按一阶惯性形式减小，直至电流变成零，产生制动。
控制农田作业机械行走的所述操作手柄1，拉到中间位置过程中，需要给出一个时间范围t，时间范围t可以根据实际情况进行调整，如果在时间范围t内，所述操作手柄1的位移量大于系统设定的临界值，则认为满足触发快速制动的条件，在此条件下减小数字一阶低通滤波器的时间常数τ，获得减小速率更大的所述前进比例电磁阀Q4的电流，以获得比工作制动更显著的制动效果。
当把控制农田作业机械行走的所述操作手柄1，从前进位置拉过中间位置，到达后退位置时，判断所述操作手柄1从前进位置到后退位置的换向时间，若换向时间小于1s，所述PLC控制器3的PWM输出端口控制所述前进比例电磁阀Q4的电流减小，直至电流变成零，从而控制车辆制动，若换向时间大于1s，所述前进比例电磁阀Q4的电流减小至电流变成零后，待车辆静止后，所述PLC控制器3会根据所述操作手柄1在后退位置的位移量，计算所述后退比例电磁阀Q5的驱动电流值，继而以一阶惯性形式驱动后退比例电磁阀Q5，使车辆倒车。
本实施例采用霍尔传感器2的电信号来控制动力或制动系统的油液输送，实现了电-液控制，避免了驾驶员在车辆前进(或后退)过程中遇到紧急状况猛然拉动手柄过度的现象，实现了柔性快速制动，柔性工作制动可以最大限度地减小对液压系统的冲击，及发动机因马达制动造成转速升高，有助于保证发动机的使用寿命，杜绝了造成车辆反向运动的风险，提高了机械制动的安全性，保证了车辆行驶的安全性。
本实施例为了达到较好的刹车警示效果，所述刹车灯包括至少两个灯体，即灯体L1和灯体L2，所述灯体并联设置于所述继电器常开触点KM-1和接地之间，当所述PLC控制器3控制所述继电器KM动作时，所述继电器常开触点KM-1闭合，所述刹车灯与所述供电电源V接通，所述刹车灯得电点亮，进行刹车警示。所述供电电源V可以设置为机械上的蓄电瓶等电量存储装置。
如图2和图3所示，本实施例还涉及上述刹车灯控制装置使用的控制方法，包括以下步骤，
步骤一、参数设定
在所述PLC控制器3内设定电流差常数、设定相邻两次所述PLC控制器3检测所述前进比例电磁阀Q4电流变化的间隔时间为t、设定所述第一定时器和所述第二定时器的定时时间段分别为T；
步骤二、电流差值判断函数
在时间段T内检测到所述前进比例电磁阀Q4的电流减小量△I，将所述电流减小量△I传送至所述PLC控制器3内与所述电流差常数Icons进行比较，
△I<0时，所述PLC控制器3输出控制信号，即刹车灯熄灭结果Q；
0<△I<Icons时，继续下一时间段T内的所述电流减小量△I的检测、传送和比较；
△I>Icons时，自动进入步骤三；
步骤三、定时器函数
a、通过所述PLC控制器3，设定所述第一定时器和所述第二定时器的切换次数限制常数m；
b、所述PLC控制器3开启所述第一定时器，定时时间为T，根据所述PLC控制器3内所述电流减小量△I与所述电流差常数Icons的比较结果：
△I>Icons时，输出结果Q1，即所述PLC控制器3控制所述继电器KM接通，所述刹车灯通电工作，并进入c步，否则进入e步；
c、超过间隔时间为t、未达到定时时间段T，所述PLC控制器3开启所述第二定时器，所述第一定时器和所述第二定时器循环切换检测使用，切换次数为x，x≤m；
d、在所述第二定时器的定时时间T内，根据所述PLC控制器3内所述电流减小量△I与所述电流差常数Icons的比较结果：继续为△I>Icons时，输出结果Q2，即所述PLC控制器3控制所述继电器KM接通，所述刹车灯通电工作，并进入e步，否则返回至b步；
e、根据所述第一定时器和所述第二定时器各定时时间T的检测结果，将检测结果进行函数计算，函数式为：(Q1OR Q2OR Q3……OR Qx)AND NOT Q控制刹车灯工作信号输出。
也就是说，车辆正常行驶后，所述PLC控制器3每隔一定时间段t，该时间段t的长短可以根据实际情况进行调整，检测在第一定时器或第二定时器的定时时间T内，所述前进比例电磁阀Q4的所述电流减小量△I，若通过往后拉动控制车辆行走的所述操作手柄1，使车辆减速的幅度超过一定的范围，所述电流减小量△I会大于设定值Icons，所述PLC控制器3开启所述第一定时器(定时时间为T)，该定时器的输出信号控制所述继电器KM接通，继而控制所述刹车灯点亮；时间超过t后，若未到定时器的定时时间T，而所述前进比例电磁阀Q4的电流的减小量又大于一定值Icons，则再开启第二定时器(定时时间也为T)，该定时器的输出使所述继电器KM的输出维持接通状态。
由此可见，通过所述第一定时器和所述第二定时器的交替控制，使车辆持续刹车期间保持所述刹车灯持续点亮。若t时间内主泵电流减小量为0，则继续进行判断电流减小量的循环，若t时间所述内调节液压泵电流减小量为负，立即输出信号控制所述刹车灯熄灭。
通过上述结构和控制方法，本实施例利用继电器KM代替了压力开关的使用，既简化了机械结构，减小了生产成本，又减少了故障点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置，其特征在于：包括安装在操作手柄内的霍尔传感器、用于调节液压泵前进摆角的前进比例电磁阀、用于调节液压泵后退摆角的后退比例电磁阀，所述霍尔传感器电连接有PLC控制器，所述PLC控制器的输出端连接至所述前进比例电磁阀和所述后退比例电磁阀，所述PLC控制器的输出端还连接有继电器，还包括与供电电源连接的刹车灯，所述供电电源与所述刹车灯之间串联有继电器常开触点，所述刹车灯、所述继电器、所述前进比例电磁阀和所述后退比例电磁阀还分别安全接地；
控制农田作业机械行走的所述操作手柄，从前进位置拉到中间位置，所述PLC控制器的PWM信号在输出之前，首先经过一个时间常数τ可变的数字一阶低通滤波器，使输出按照一阶惯性的形式输出，驱动所述前进比例电磁阀的电流，电流按一阶惯性形式减小，直至电流变成零，产生制动；
控制农田作业机械行走的所述操作手柄，拉到中间位置过程中，需要给出一个时间范围t，时间范围t可以根据实际情况进行调整，如果在时间范围t内，所述操作手柄的位移量大于系统设定的临界值，则认为满足触发快速制动的条件，在此条件下减小数字一阶低通滤波器的时间常数τ，获得减小速率更大的所述前进比例电磁阀的电流，以获得比工作制动更显著的制动效果；
当把控制农田作业机械行走的所述操作手柄，从前进位置拉过中间位置，到达后退位置时，判断所述操作手柄从前进位置到后退位置的换向时间，若换向时间小于1s，所述PLC控制器的PWM输出端口控制所述前进比例电磁阀的电流减小，直至电流变成零，从而控制车辆制动，若换向时间大于1s，所述前进比例电磁阀的电流减小至电流变成零后，待车辆静止后，所述PLC控制器会根据所述操作手柄在后退位置的位移量，计算所述后退比例电磁阀的驱动电流值，继而以一阶惯性形式驱动后退比例电磁阀，使车辆倒车。
2.如权利要求1所述的一种应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置，其特征在于：所述PLC控制器包括微处理器，所述微处理器连接有第一定时器、第二定时器、比较器和接口电路。
3.如权利要求2所述的一种应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置，其特征在于：所述霍尔传感器的电压输入端连接至所述PLC控制器的VSS_2脚，所述霍尔传感器的电压信号输出端连接至所述PLC控制器的IN_1脚，所述霍尔传感器的接地端连接至所述PLC控制器的IN_39脚。
4.如权利要求1、2或3所述的一种应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置，其特征在于：所述前进比例电磁阀连接至PLC控制器的out(1)脚，所述后退比例电磁阀连接至PLC控制器的out(3)脚；所述继电器连接至PLC控制器的out(32)脚。
5.如权利要求4所述的一种应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置，其特征在于：所述刹车灯包括至少两个灯体，所述灯体并联设置于所述继电器常开触点和接地之间。
6.如权利要求2所述的应用于静液压自走农机的刹车灯控制装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一、参数设定
在所述PLC控制器内设定电流差常数、设定相邻两次所述PLC控制器检测所述前进比例电磁阀电流变化的间隔时间为t、设定所述第一定时器和所述第二定时器的定时时间段分别为T；
步骤二、电流差值判断函数
在时间段T内检测到所述前进比例电磁阀的电流减小量△I，将所述电流减小量△I传送至所述PLC控制器内与所述电流差常数Icons进行比较，
△I<0时，所述PLC控制器输出控制信号，即刹车灯熄灭结果Q；
0<△I<Icons时，继续下一时间段T内的所述电流减小量△I的检测、传送和比较；
△I>Icons时，自动进入步骤三；
步骤三、定时器函数
a、通过所述PLC控制器，设定所述第一定时器和所述第二定时器的切换次数限制常数m；
b、所述PLC控制器开启所述第一定时器，定时时间为T，根据所述PLC控制器内所述电流减小量△I与所述电流差常数Icons的比较结果：
△I>Icons时，输出结果Q1，并进入c步，否则进入e步；
c、超过间隔时间为t、未达到定时时间段T，所述PLC控制器开启所述第二定时器，所述第一定时器和所述第二定时器循环切换检测使用，切换次数为x，x≤m；
d、在所述第二定时器的定时时间T内，根据所述PLC控制器内所述电流减小量△I与所述电流差常数Icons的比较结果：继续为△I>Icons时，输出结果Q2，并进入e步，否则返回至b步；
e、根据所述第一定时器和所述第二定时器各定时时间T的检测结果，将检测结果进行函数计算，函数式为：(Q1 OR Q2 OR Q3……OR Qx)AND NOT Q控制刹车灯工作信号输出。
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