裝載機防滑控制系統的研究

王潤澤　丁強　胡傳正

摘 要：裝載機在雨雪天氣、路面泥濘的情況下進行作業時，輪胎容易打滑而造成一定的安全問題。設計開發了裝載機防滑控制系統，通過安裝于駕駛室內的限扭開關激活裝載機防滑限扭模式，駕駛員可根據當前路況的泥濘程度及裝載機打滑情況手動調節電位計電壓來設置最大輸出扭矩，系統根據變矩器扭矩與變速箱檔位信息自動計算輪胎實際扭矩，當輪胎實際扭矩大于設定的最大輸出扭矩時，系統自動減小油門信號，降低輪胎輸出扭矩，從而減少或避免輪胎打滑現象的發生，保障裝載機作業的安全。

關鍵詞：裝載機;防滑控制;作業安全

裝載機主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料。裝載機在雨雪天氣、路面泥濘的情況下進行循環作業時很容易出現輪胎打滑的情況，而在裝載機作業過程中出現輪胎打滑會嚴重影響裝載機的作業安全，降低裝載機的施工效率。裝載機長時間處于打滑工作狀態下對車輛的輪胎使用壽命會造成很大的影響[1]。

為了提高裝載機在易打滑路面的作業安全性、保障駕駛員的人身安全、有效減少輪胎因打滑造成的快速磨損、提高裝載機作業效率，文章通過對裝載機車輪打滑時車輛狀態信息的研究，開發適用于裝載機作業防滑控制系統的解決方法。

1 ? ?裝載機防滑技術介紹

車輛防滑技術能夠極大地保障車輛行駛的安全性，該技術伴隨著汽車智能化控制技術的發展而不斷更新換代。汽車防滑技術主要和發動機輸出扭矩與車輪所受的驅動力有關，其中發動機輸出扭矩可以通過發動機電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）獲取，車輪所受的驅動力與路面的狀況息息相關[2]。裝載機作為一種特殊的汽車，因其作業工況的特殊性，對于整車防滑控制技術就會有更加特殊的需求。

裝載機在雨雪路滑的情況下進行施工時極易出現打滑現象，此時，駕駛員基本上依靠剎車制動。長時間通過剎車制動，當路面與輪胎間的摩擦系數較低時，很容易出現剎車打滑，對裝載機施工過程會造成安全隱患，嚴重影響駕駛員及裝載機的安全，采用這種制動方式對裝載機輪胎的使用壽命影響也很大。

通過在易打滑路面工作中的裝載機工況信息的采集，在智能控制系統中，控制器依據駕駛員設定的防滑控制輸出扭矩，整車控制系統能夠減少扭矩輸出，從而可以避免或減少輪胎持續打滑現象的發生。

2 ? ?系統硬件設計

裝載機防滑控制系統包括限扭開關、電位計、控制器、變速箱自動變速箱控制單元（Transmission Control Unit，TCU）、發動機ECU、油門踏板構成，其中控制器與限扭開關、電位計、變速箱TCU、發動機ECU、油門踏板相連，控制器接收限扭開關、電位計、油門踏板、變速箱檔位與變矩器扭矩的信號來控制發動機的轉速。

控制器作為裝載機防滑控制系統的核心控制單元，具有多路不同類型的輸入輸出接口，其中限扭開關接入數字量接口，電位計、油門踏板接入模擬量接口，變速箱TCU與發動機ECU通過控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）總線與控制器連接。限扭開關為多檔位的旋鈕開關，可以根據控制需要在不同的檔位處設定不同的控制模式。電位計為單圈電阻，通過旋轉電位計可以設定裝載機輸出的最大扭矩值。油門踏板可以用來控制發動機轉速，本系統通過控制器讀取油門踏板的信號，根據裝載機防滑控制系統的要求，控制器通過CAN總線控制發動機轉速。系統結構如圖1所示。

3 ? ?系統軟件設計

為了實現裝載機的防滑控制系統，根據裝載機在濕滑工況下的狀態信息，設計裝載機防滑控制系統主要包括以下步驟。

（1）駕駛人員根據當前裝載機作業環境判斷是否易打滑，當裝載機要在雨雪及泥濘環境等易打滑路面工作時，駕駛員通過限扭開關激活裝載機防滑控制系統;（2）裝載機防滑系統激活后，控制器通過CAN總線讀取到變速箱內部變矩器的扭矩T變以及檔位信息（即當前檔位的傳動比i），然后控制器通過計算可得到輪胎上的實際扭矩T實際。（3）駕駛人員根據經驗手動調節電位計P的輸出電壓，以此來設置輪胎的最大輸出扭矩T設定，將輪胎的實際輸出扭矩T實際作為反饋與輪胎所設置的最大輸出扭矩T設定進行比較，運用比例-積分-導數（Proportion-Integral-Derivative，PID算法進行處理，得到的差值（T實際-T設定）通過CAN總線調節發動機油門信號的大小來防止輪胎繼續打滑。裝載機防滑控制系統的控制流程如圖2所示。

裝載機防滑控制系統通過安裝于駕駛室內的限扭開關激活該系統，駕駛員可以根據裝載機作業路況的泥濘程度及裝載機打滑情況手動調節電位計電壓來設置最大輸出扭矩，控制器根據變矩器扭矩與變速箱檔位信息自動計算輪胎輸出扭矩，當出現輪胎實際扭矩大于輪胎設置扭矩的情況時，控制器自動減小油門信號、降低輪胎輸出扭矩。

4 ? ?結語

裝載機防滑控制系統可以有效避免裝載機施工過程中的輪胎打滑現象，提高了裝載機作業的安全性，保證了駕駛員的人身安全，還可以延長輪胎的使用壽命，除此之外，也節省了因扭矩過大發生打滑現象引起的燃油損問題。裝載機作為使用比較廣泛的土石施工機械，市場競爭激烈，裝載機作業過程的防滑技術作為裝載機智能化水平的重要環節，可以有效地提高市場的競爭力。

[參考文獻]

[1]劉艷，陳燕峰，吳躍成，等.客車盤式制動器溫度場仿真分析[J].浙江理工大學學報，2017（3）：389-393.

[2]岳驚濤.越野汽車驅動防滑控制邏輯與算法研究[D].天津：天津大學，2005.

作者簡介：王潤澤（1986— ），男，山東棗莊人，工程師，碩士;研究方向：工程機械電控系統開發與應用。