CN202743236U - 电动轮非公路自卸车坡起自动防倒滑系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电动轮非公路自卸车坡起自动防倒滑系统，属于非公路自卸车智能控制领域。控制系统采集来自倾角仪的坡道坡度值及来自称重系统的电动轮矿用卡车载重量，从而计算出电动轮矿用卡车在解除制动器的情况下能够不倒滑的安全力矩F₀，进而去控制力矩控制器不断地增加施加在轮马达电机上的力矩F，当F＞F₀时，松开制动器以实现平稳地坡道起步。有了该系统，驾驶员只需要直接使用油门踏板就可以实现电动轮矿用卡车在坡道上的自动防倒滑起步，而无需配合使用工作制动踏板。

Description

电动轮非公路自卸车坡起自动防倒滑系统

技术领域

本实用新型涉及一种电动轮非公路自卸车坡起自动防倒滑系统，属于非公路自卸车智能控制领域。

背景技术

电动轮非公路自卸车是一种大型运输设备，具有载重量大、效率高、运输成本低及使用寿命长等特点，以下简称为“电动轮矿用卡车”。随着露天矿向大型化发展，矿山用户对大型电动轮矿用卡车的需求量越来越多，同时对电动轮矿用卡车的操作要求也越来越高。特别地，在上坡时驾驶员由于某种因素刹车停车，再次起步时就会遇到倒滑现象。而且这种工况非常普遍，因为露天矿山的开采过程就决定每一次拉运都是重载上坡，目前矿山上使用的电动轮矿用卡车重载重量都在400吨以上，如此大吨位的电动轮矿用卡车如果在坡上发生倒滑现象是非常危险的。通过情况下，驾驶员一般都是通过配合工作制动踏板来实现坡道起步防倒滑。这种方法不仅操作困难，很大程度上增加了驾驶员驾驶的疲劳度，而且对卡车的制动器的损坏也很严重，最为重要的还是不可靠、不安全，仍然会出现倒滑现场，造成严重事故。所以，矿山用户都在强烈地要求主机厂解决坡起倒滑问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种电动轮非公路自卸车坡起自动防倒滑系统，该系统对电动轮矿用卡车坡道起步过程实现自动控制，自动控制轮马达电机的牵引力矩，严格避免坡道起步时的倒滑现象，实现电动轮矿用卡车在坡道上自动防倒滑平稳起步。技术解决方案：

本实用新型包括：油门踏板、换档选择器，还包括：轮马达驱动系统、制动系统、称重系统、倾角仪；其中：

轮马达驱动系统包括：速度传感器、力矩传感器和轮马达电机，轮马达电机输出端分别与速度传感器和力矩传感器输入端连接；

制动系统包括：力矩比较器、力矩控制器、油门比较器、加速度比较器、方向比较器、推进控制器，所述力矩比较器、加速度比较器、油门比较器、方向比较器的输出端分别与推进控制器的输入端连接，推进控制器的输出端与力矩控制器输入端连接，力矩控制器的输出端连接到轮马达电机的输入端；

轮马达驱动系统中的速度传感器输出端分别与加速度比较器、方向比较器输入端连接，力矩传感器的输出端与力矩比较器的输入端连接；

油门比较器的输入端与油门踏板的输出端连接，方向比较器的输入端还与换档选择器的输出端相连接；

称重系统输出端与推进控制器的输入端连接；

倾角仪输出端与推进控制器的输入端连接。

所述倾角仪为安装在电动轮矿用卡车内部的倾角传感器，倾角传感器通过导线与推进控制器连接，用于测量电动轮矿用卡车所在坡道的坡度值。

所述方向比较器实时采集换档选择器的档位信号和速度传感器的速度信号，通过方向比较器进行比较，保证在前进档时，电动轮矿用卡车的速度方向一定是向前。

所述称重系统是安装在电动轮矿用卡车的平台上，称重系统通过导线与推进控制器连接，用于测量电动轮矿用卡车的载重量。

本实用新型是在电动轮矿用卡车平台上安装了称重系统，用于测量电动轮矿用卡车的载重量，并且为控制系统配置了推进控制器、力矩比较器、加速度比较器、油门比较器、方向比较器和倾角仪。所述电动轮矿用卡车推进控制器实时采集来自称重系统的载重量和来自倾角仪的坡道值，并计算坡起防倒滑的安全力矩值F₀，然后将该值发送给力矩控制器，通过驾驶员加大油门的操作来增加施加在轮马达电机上的牵引力矩。当力矩传感器的反馈值F大于安全力矩F₀时，推进控制器才去控制制动系统松开制动器，最终实现电动轮矿用卡车的坡道防倒滑起步。

附图说明

图1为系统示意图；

图2为系统原理图；

图3为控制系统流程图。

具体实施方式

本实用新型包括：电动轮矿用卡车1、油门踏板15、换档选择器16，轮马达驱动系统3、制动系统2、称重系统14、倾角仪13，其中：

轮马达驱动系统3包括：速度传感器5、力矩传感器6和轮马达电机7，轮马达电机7输出端分别与速度传感器5和力矩传感器6的输入端连接；

制动系统2包括：力矩比较器9、力矩控制器8、油门比较器11、加速度比较器10、方向比较器17、推进控制器12，所述力矩比较器9、加速度比较器10、油门比较器11、方向比较器17的输出端分别与推进控制器12的输入端连接，推进控制器12的输出端与力矩控制器8的输入端连接，力矩控制器8的输出端连接到轮马达电机7的输入端；

轮马达驱动系统3中的速度传感器5输出端分别与加速度比较器10、方向比较器17输入端连接，力矩传感器6的输出端与力矩比较器9的输入端连接；

油门比较器11的输入端与油门踏板15的输出端连接，方向比较器17的输入端还与换档选择器16的输出端相连接；

称重系统14输出端与推进控制器12的输入端连接；

倾角仪13输出端与推进控制器12的输入端连接。

所述倾角仪13为安装在电动轮矿用卡车1内部的倾角传感器，倾角传感器通过导线与推进控制器12连接，用于测量电动轮矿用卡车1所在坡道的坡度值。

所述方向比较器17实时采集换档选择器16的档位信号和速度传感器5的速度信号，通过方向比较器17进行比较，保证在前进档时，电动轮矿用卡车1的速度方向一定是向前。

所述称重系统14安装在电动轮矿用卡车1的平台上，称重系统14通过导线与推进控制器12连接，用于测量电动轮矿用卡车1的载重量。

本实用新型图1为系统示意图，定义：G为电动轮矿用卡车1总重量、G_truck为电动轮矿用卡车1自重、G_Weitht为来自称重系统14的电动轮矿用卡车1载重量、μ为坡道的滚动摩擦系数、a为电动轮矿用卡车1所在坡道的坡度值、F₀为电动轮矿用卡车1不借助制动器，能够在坡道上平稳停住的轮马达电机7的安全力矩、F为施加在轮马达电机7上的力矩反馈值。

如图所示，可得：

G＝G_truck+G_Weight          G2＝G cosa

G1＝Gsina                  f＝μGcosa

所以安全力矩F₀的计算公式如下：

F₀＝G1+f

＝Gsina+μG2

＝Gsina+μGcosa                     公式(一)

＝G(sina+μcosa)

＝(G_truck+G_weight)(sina+μcosa)

从图1中可以看出，坡道防倒滑平稳起步的条件为：

F＞F₀＝(G_truck+G_weight)(sina+μcosa)公式(二)

图2为系统原理图，如图所示：轮马达电机7为电动轮矿用卡车1推进的执行元件，在轮马达驱动系统3上安装了速度传感器5用于实时监控轮马达电机7的速度，安装了力矩传感器6用于实时监控轮马达电机7的力矩值；安装在电动轮矿用卡车1平台上的称重系统14用于测量电动轮矿用卡车当前的载重量G_Weight；安装在电动轮矿用卡车1上的倾角仪13用于测量电动轮矿用卡车1所在坡道的坡度值a；推进控制器8为该系统的控制中心，它的输入端同时与称重系统14、倾角仪13、力矩比较器9、加速度比较器10、油门比较器11及方向比较器17的输出端连接，并实时地接收它们发送过来的数据，其输出端则与力矩控制器8连接，并将处理完的数据指令发送给力矩控制器8，而力矩控制器8则为轮马达电机7的直接控制单元，它按照推进控制器12的指令实时向轮马达电机7施加力矩；油门比较器11的输入端与油门踏板15连接，实时采集驾驶员通过油门踏板15的加速信号；方向比较器17的输入端则分别与换档选择器16和速度传感器5的输出端相连接，用以确保方向和速度一致，严格防止倒滑。

图3为控制系统流程图，如图所示，首先通过方向比较器17和加速度比较器10采集速度传感器5和换档选择器16的信号，并确保电动轮矿用卡车1在坡道上挂前进档时其速度方向一定是向前的。然后通过安装在电动轮矿用卡车1上的称重系统14测得电动轮矿用卡车当前的载重量G_Weight，通过安装在电动轮矿用卡车上的倾角仪13测得电动轮矿用卡车1所在坡道的坡度值a，而电动轮矿用卡车1的自重G_truck是已知的。那么，推进控制器12就可以根据公式(一)计算出电动轮矿用卡车1轮马达电机7的安全力矩F₀。与此同时，驾驶员通过油门踏板15的将加速信号传送至油门比较器11，油门比较器11将送至推进控制器12，推进控制器12计算出施加在轮马达电机7上的牵引力矩值，并且通过力矩控制器8将该力矩值施加在轮马达电机7上，再通过力矩传感器6测得轮马达电机7的力矩反馈值F。根据公式(二)，如果F＜F₀，则通过驾驶员继续加大油门的操作来实现增加施加在轮马达电机7上的力矩值，从而增大轮马达电机7的力矩反馈值F；如果F＞F₀，则通过推进控制器12控制制动系统2松开制动器，并且通过驾驶员连续加大油门的操作逐步增加施加在轮马达电机7上的力矩值，实现电动轮矿用卡车在坡道上自动防倒滑平稳起步。

Claims (4)

1.电动轮非公路自卸车坡起自动防倒滑系统，包括：电动轮矿用卡车(1)、油门踏板(15)、换档选择器(16)。其特征在于，还包括：轮马达驱动系统(3)、制动系统(2)、称重系统(14)、倾角仪(13)，其中：

轮马达驱动系统(3)包括：速度传感器(5)、力矩传感器(6)和轮马达电机(7)，轮马达电机(7)输出端分别与速度传感器(5)和力矩传感器(6)的输入端连接；

制动系统(2)包括：力矩比较器(9)、力矩控制器(8)、油门比较器(11)、加速度比较器(10)、方向比较器(17)、推进控制器(12)，所述力矩比较器(9)、加速度比较器(10)、油门比较器(11)、方向比较器(17)的输出端分别与推进控制器(12)的输入端连接，推进控制器(12)的输出端与力矩控制器(8)的输入端连接，力矩控制器(8)的输出端连接到轮马达电机(7)的输入端；

轮马达驱动系统(3)中的速度传感器(5)输出端分别与加速度比较器(10)、方向比较器(17)输入端连接，力矩传感器(6)的输出端与力矩比较器(9)的输入端连接；

油门比较器(11)的输入端与油门踏板(15)的输出端连接，方向比较器(17)的输入端还与换档选择器(16)的输出端相连接；

称重系统(14)输出端与推进控制器(12)的输入端连接；

倾角仪(13)输出端与推进控制器(12)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的电动轮非公路自卸车坡起自动防倒滑系统，其特征在于：倾角仪(13)为安装在电动轮矿用卡车(1)内部的倾角传感器，倾角传感器通过导线与推进控制器(12)连接，用于测量电动轮矿用卡车(1)所在坡道的坡度值。

3.根据权利要求1所述的电动轮非公路自卸车坡起自动防倒滑系统，其特征在于：方向比较器(17)实时采集换档选择器(16)的档位信号和速度传感器(5)的速度信号，通过方向比较器(17)进行比较，保证在前进档时，电动轮矿用卡车(1)的速度方向一定是向前。

4.根据权利要求1所述的电动轮非公路自卸车坡起自动防倒滑系统，其特征在于：称重系统(14)安装在电动轮矿用卡车(1)的平台上，称重系统(14)通过导线与推进控制器(12)连接，用于测量电动轮矿用卡车(1)的载重量。

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