智能型瀝青灑布車灑布量控制算法研究

摘 要：智能型瀝青灑布車的灑布質量直接關系到路面的施工質量。本文圍繞智能型瀝青灑布車行駛速度與灑布量的關系進行研究，確立了灑布車檔位與灑布參數之間的關系，給出了自動灑布控制算法，并加入PID調節，從而實現對灑布量的精確控制。

關鍵詞：智能型瀝青灑布車；灑布量；控制

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

1 概述

智能型瀝青灑布車的控制指標有灑布質量和作業效率，其中灑布質量是首要控制指標。灑布質量主要從以下兩點衡量：灑布量橫向均勻性和灑布量縱向均勻性。在實際施工中，瀝青灑布車行駛速度和灑布管動作控制的精確性都會對灑布量的均勻性帶來影響。這就需要對智能型瀝青灑布車的灑布量控制算法進行分析和研究。

2 智能型瀝青灑布車行駛速度方案

瀝青灑布車同攤鋪機和壓路機等一樣屬于路面養護施工機械，這類機械的作業特點是邊行走邊作業。為保證作業質量，一般要對這類機械在作業過程中進行恒速控制。但是，由于這類機械多采用機械式底盤，受行走地面條件和自身負重等因素影響，實現恒速控制比較困難。因此，智能型瀝青灑布車需要根據車速不斷調節瀝青供應量，從而實現瀝青灑布量的恒定。

根據以上要求，特將灑布車的行駛速度方案設計如下。

灑布前，按照實際工況要求，通過人機界面輸入灑布厚度和灑布寬度，智能型瀝青灑布車會根據輸入值運算產生車輛的行駛速度，即推薦檔位。灑布過程中，灑布車對車輛行駛速度進行實時監控，并根據車速變化自動調節瀝青供應量，從而保證灑布量恒定。下面，分別對瀝青灑布車灑布前行駛速度與灑布量的控制算法及灑布過程中自動灑布控制算法進行研究。

3 智能型瀝青灑布車行駛速度與灑布量的控制算法

3.1 行駛速度與灑布參數的關系

瀝青灑布車的行駛速度和灑布量的理論關系如下：

（1）

式中，v為灑布車行駛速度（m/s），B為灑布寬度（m），λ為灑布量（L/m2），qB為瀝青泵的排量（L/r），nB為瀝青泵轉速值（r/min），ηB為瀝青泵的容積效率。

理想條件下，瀝青泵在額定轉速時，效率最高、流量最穩定。但實際工況中，瀝青種類、瀝青泵使用年限等因素，均會對灑布量計算帶來影響。因此，引入瀝青泵容積效率修正系數kB。此外，瀝青灑布車多為輪胎式，而輪胎滾動半徑是變化的，存在滑轉現象。所以，還需引入速度修正系數kV，修正車速檢測的偏差。將kB和kV帶入公式1，并整理，可得：

（2）

式中，λ和B的乘積稱為灑布參數。這樣，便得到了瀝青灑布車行駛速度和灑布參數之間的關系。

3.2 灑布檔位的確定

目前，瀝青灑布車多采用機械式底盤，有固定的檔位，不能無級變速。由公式2可知，如果灑布車的行駛速度在一個范圍內變化時（在某固定檔位速度變化是有限的），其灑布參數也隨之在一定范圍內變化。因此，灑布車行駛檔位、行駛速度和灑布參數之間存在著相對確定的對應關系，如圖1所示。

在實際操作中，操作人員只要通過人機界面輸入要求的灑布量λ和灑布寬度Β的值，控制器就會自動按照圖中對應關系給出匹配檔位，并計算出瀝青泵的轉速，即進入自動灑布狀態。

4 智能型瀝青灑布車自動灑布控制算法分析

瀝青灑布車的自動灑布控制，采用PLC中的PWM指令來實現。在PWM中，脈沖波的占空比和變量泵中比例電磁閥的控制電流存在函數關系，而控制電流和泵自身的排量有關。于是，可以推導出PWM波占空比y和變量泵排量Qb（單位：mL/r）的函數關系式：

（3）

發動機帶動變量泵轉動，為液壓馬達提供動力，液壓馬達再將動力傳遞給瀝青泵。由于變量泵與瀝青泵之間是一個閉式液壓系統，如不考慮效率損失，則可得：

（4）

nf為發動機轉速（r/min），qm為液壓馬達排量（mL/r），nm為液壓馬達轉速（r/min）。另根據多普勒效應可知，車輛行駛速度和測速雷達脈沖頻率存在函數關系：

（5）

式中，為測速雷達脈沖頻率。將公式2、3、4、5聯立得：

（6）

ηB、kB 和kV均為固定值，λ和Β為輸入值，發動機轉速nf在施工過程中變化量不大，可將其作為固定值處理，式中只有和y為動態變量。因此，當灑布車行駛速度發生變化，測速雷達脈沖頻率隨之變化，變化信號傳遞到控制器，控制器自動進行判斷，按照公式6對變量泵排量進行控制，調節瀝青泵轉速，實現恒定的灑布量。此式即為智能型瀝青灑布車自動灑布控制算法的核心式。

灑布車灑布過程中，行駛速度較高，瀝青泵調節過程不長，要求灑布車液壓系統動態響應要迅速。因此，在液壓系統中，加入PID調節，對變量泵排量進行控制，即在大的開環控制系統上外加一個控制精度較高、穩定性較好、具有良好的動態響應特性的小的閉環控制（如圖2），從而達到對灑布量的精確控制。

結論

智能型瀝青灑布車可以根據灑布作業要求的灑布量和灑布寬度，智能生成工作檔位和瀝青泵轉速，進入自動灑布狀態。并在灑布作業過程中，根據車速變化，由控制器按照自動灑布控制算法，結合PID動態控制，自行對瀝青泵的轉速進行調節，實現對瀝青灑布量的精確控制，有效提升瀝青灑布車的施工質量。

參考文獻

[1]李炯.瀝青灑布車速度誤差對灑布精度的影響[J].筑路機械與施工機械化，1992.