一種雙鋼輪壓路機驅動力動態分配控制方法

向 亮 ， 高會鮮 ， 張仕吉

（1.武昌工學院智能制造學院，湖北 武漢 430065；2.武漢船舶職業技術學院，湖北 武漢 430050）

0 引言

壓實機械是各類壓路機和夯實機械的統稱。根據作業時壓實原理的不同，壓路機由靜作用式壓路機、振動壓路機和沖擊壓路機三大系列組成。振動壓路機是在靜作用式壓路機的滾輪軸上安裝激振機構，從而產生激振力，發出的振動載荷使土壤顆粒處于高頻振動狀態，使顆粒間喪失內摩擦力；同時，由于壓路機自身重力的作用，會對土壤產生剪切力和壓實力，導致土壤顆粒重新排列，使被作用土壤受到振動輪的靜作用力和激振力的共同作用，有利于提高壓實效果。振動壓路機由于具有壓實效果好、生產效率高、適應能力強、使用范圍廣等特點，被廣泛應用于各種非黏性土壤、黏性土壤、碎石以及碎石混合料、水泥混合土和瀝青混凝土等的壓實工作中[1-7]。雙鋼輪壓路機是一種主要用于壓實瀝青混凝土路面的壓實機械，如圖1所示。

圖1 雙鋼輪壓路機

近年來，由于液壓技術的發展以及液壓零部件成本的降低，越來越多的雙鋼輪壓路機開始使用雙排量的液壓馬達來驅動壓路機行走，大、小排量的選用，就顯得尤為關鍵。

1 行駛速度情況

與以往的定量馬達相比，雙排量馬達在使用大排量時可以提供較大的驅動扭矩，但車速較低；在使用小排量時可以提供較高的車速，但驅動扭矩小。使用雙速馬達以后通常可以設置兩擋車速，即高速擋與低速擋，高速擋時兩個馬達都是小排量，用于行走及短距離轉運。按照國家標準的要求并考慮安全性因素，雙鋼輪壓路機的最高車速一般在10 km/h左右，也就是高速擋的最大車速，由于雙速馬達的小排量一般為大排量的一半，所以低速擋的最大車速在5 km/h左右。而一般也可以分出三擋車速，即高速擋、中速擋與低速擋，中速擋時一個馬達為大排量，另一個馬達為小排量，中速擋的最大車速在7.5 km/h左右[5,7-10]。對于車速的控制，使用兩擋或三擋電氣開關控制，中速擋為后輪大排量，正向爬坡時可提高爬坡能力。

由于坡道行車并不一定都是后輪處于坡道下方，當前輪處于坡道下方時，重心在前輪上。而前輪的驅動馬達為小排量，驅動力不足，需手動進行擋位變換，在使用高速擋行走時，如遇泥濘路段，驅動力不足時，同樣也需要手動進行擋位變換。本文研究一種可以根據當前路況自動進行驅動力分配的方法，無需人工干預，使得雙鋼輪壓路機操作更簡單方便，同時雙鋼輪壓路機在行駛過程中動態地分配驅動力，避免因驅動力不足而產生的停車以及滑坡現象，提高壓路機的行駛安全性，并提高施工質量。

2 動態分配驅動力的方法

2.1 行駛方向后方的輪子、雙鋼輪壓路機處于坡道下方的輪子的定義

由于雙鋼輪壓路機既可以前進也可以后退，所以沿著雙鋼輪壓路機行駛的方向，后面的那個輪子，被稱之為行駛方向后方的輪子。如圖2所示，行駛方向水平向右，此時行駛方向后方的輪子指的就是雙鋼輪壓路機的前輪。當然，如果此時的行駛方向是水平向左，那行駛方向后方的輪子指的就是雙鋼輪壓路機的后輪。

雙鋼輪壓路機處于坡道下方的輪子，指的是無論雙鋼輪壓路機是前進還是后退，只要是處于坡道低位的那個輪子，就稱之為雙鋼輪壓路機處于坡道下方的輪子。如圖3所示，雙鋼輪壓路機處于坡道下方的輪子指的就是前輪，而如圖4所示，雙鋼輪壓路機處于坡道下方的輪子指的就是后輪。

圖3 處于坡道下方的輪子為壓路機前輪

圖4 處于坡道下方的輪子為壓路機后輪

2.2 動態分配驅動力的控制方法

在前車架和后車架鉸接的地方安裝傾角傳感器，用以判斷車架是否處于前后傾斜狀態。

由于壓路機液壓驅動系統的壓力與驅動扭矩成正比關系，故利用壓路機液壓系統的壓力值，以及安裝在車身上的傾角傳感器，實現動態分配雙鋼輪壓路機驅動力的功能。

由于低速擋行駛時或施工工況下，前后兩輪的馬達都處于大排量工況下，均是最大驅動力狀態，無需進行動態控制，所以僅有中速擋和高速擋才需要對驅動力進行動態分配。

中速擋時，兩輪子中一個馬達是大排量，一個馬達是小排量，如果車架處于水平狀態（傾斜角度小于5°時，坡度比較小，故將其視為水平狀態），則將處于行駛方向上后方的輪子置于大排量（另一個輪子置于小排量），以提供更好的驅動力；如果車架處于前后傾斜狀態，且傾斜角度大于5°時，則將處于坡道下方的輪子置于大排量，同時開始監控液壓系統壓力，如果超出壓力預設的閾值并持續3 s，則將兩個行走馬達同時置于大排量，使前后兩輪均處于最大驅動力狀態。

高速擋時，兩輪子的馬達都是小排量，如果液壓系統壓力超出閾值并持續3 s，且車架處于水平狀態，則將處于行駛方向上后方的輪子置于大排量，以提供更大的驅動力；如果車架處于前后傾斜狀態，且傾斜角度大于5°時，則將處于坡道下方的輪子置于大排量，以提供更大的驅動力；如果經過以上調節控制，系統壓力仍然超過閾值并持續3 s，則將兩個行走馬達同時置于大排量，使前后兩輪均處于最大驅動力狀態。

中速擋、高速擋的詳細動態分配控制的流程圖如圖5所示。

圖5 驅動力動態分配控制的流程圖

3 結語

當壓路機在行駛時，非壓實工作工況下，可以根據當前的路況自動進行驅動力分配，無需人工干預，使得雙鋼輪壓路機的操作更簡單方便，同時也很好地避免了由于驅動力不足而產生的停車以及滑坡現象，提高了壓路機的行駛安全性，并提高了施工質量。

自動進行驅動力分配的具體控制方法總結如下。

1）雙鋼輪壓路機在使用低速擋行駛或施工時，前后兩輪都是采用的大排量馬達，此時兩個輪子均處于最大驅動力狀態，不參與控制。

2）在使用中速擋行駛時，如果車架處于水平狀態，則將處于行駛方向上后方的輪子置于大排量；如果車架處于前后傾斜狀態，則將處于坡道下方的輪子置于大排量，同時開始監控液壓系統壓力，如果壓力超出閾值并持續3 s，則將兩個行走馬達同時置于大排量，使前后兩輪均處于最大驅動力狀態。

3）在使用高速擋行駛時，開始監控液壓系統壓力，如果超出閾值并持續3 s，且車架處于水平狀態，則將處于行駛方向上后方的輪子置于大排量；如果車架處于前后傾斜狀態，則將處于坡道下方的輪子置于大排量；如果系統壓力仍然超過閾值并持續3 s，則將兩個行走馬達同時置于大排量，使前后兩輪均處于最大驅動力狀態。