单钢轮压路机防滑转的试验研究

摘要：对单钢轮压路机防滑转控制的原理加以阐述，并对现有单钢轮压路机的配置进行适当调整，采用先进的电液控制技术和防滑策略，在不大幅增加研发成本的前提下，有效提升了单钢轮压路机的爬坡能力。

关键词：单钢轮压路机；防滑技术；附着力；爬坡能力

中图分类号：U415.52 文献标志码：B

0引言

汽车在起步、加速或者在湿滑路面上行驶时，车轮容易打滑，这是因为当汽车发动机传递给车轮的最大驱动力超过轮胎与地面的附着力（轮胎和路面之间的附着系数与轮胎压在地面上的法向作用力的乘积，即附着力）时，车轮就会发生打滑空转，即滑转。为了应对汽车的驱动轮滑转，ASR系统应运而生。ASR在不同国家以不同的方式出现，但其核心思想是：在车轮开始滑转时，通过降低发动机的输出扭矩和控制制动系统的制动力，来减小传递给驱动车轮的驱动力，防止驱动轮滑转，提高车轮的通过性，改善汽车的方向操控性和行驶的稳定性[12]。

国内的全液压单钢轮压路机定位大多集中在中低端，出于经济和成本上的考虑，一般都采用机械手推式变量泵和前后轮两点驱动马达。通过前后轮驱动马达的最大排量和最小排量的排列组合，理论上可以获得4个不同的挡位速度，但实际上，其中有2个挡位的速度变化基本一致，可以认为是一个挡位。所以采用这种配置的单钢轮压路机一般只有3个挡位，且在行驶过程中，马达的排量只能在最大值和最小值之间变化，使其在打滑时，根本无法对滑转轮进行有效调节，脱困能力及爬坡能力受到限制，在工况复杂的地面上表现一般。

为了提升这类单钢轮压路机的防滑转性能，液压部分将钢轮和后轮上的两个驱动马达更换成电比例柱塞马达；电气部分增加一个钢轮转速传感器和一个车身倾角传感器，以满足防滑转试验的控制需求。

1防滑转控制原理与策略

没有防滑控制的单钢轮压路机，其最大的爬坡能力受限于车轮或钢轮的最小牵引力（附着力）[34]。车轮和钢轮类似，都通过液压马达驱动，当地面的附着力很小，而钢轮驱动马达的排量很大时，钢轮就会产生滑转。在目前的状况下，虽然驾驶员可以通过调节换挡开关减小排量来改变扭矩，但是驱动马达在最大、最小排量之间没有中间状态，所以不能达到最佳爬坡能力。

增加防滑转控制后，总的思想是：当发生滑转时，自动调节马达的排量，使排量在最小值与最大值之间变化，实现自动防滑转控制，达到最佳爬坡能力。采用工况智能识别和模糊控制技术实现单钢轮防滑转控制。在不同挡位和不同坡度下，采用不同的防滑转控制策略，使单钢轮压路机的防滑性能达到最佳。根据以上总的思路得到各挡的防滑策略。

1.1第一挡防滑控制策略

调节挡位，使单钢轮压路机的两个驱动比例马达均为最大排量，如果其中一个马达所驱动部分开始打滑（例如钢轮向前爬坡），压路机控制器通过防滑控制程序，结合前后轮速度传感器的反馈情况，给钢轮的驱动马达一个参考速度，通过PID对马达排量进行相应控制，使实际速度与参考速度一致，达到最大的附着力状态，消除打滑现象。在平地状态、爬坡状态等情况下，若发生打滑，防打滑程序均工作[5]。

1.2第二挡防滑控制策略

在无防滑转功能情况下，从表1的数据中可以看到，前轮驱动力大于附着力，前轮飞快空转，液压油都迅速流向前驱动马达，消耗了大量功率，致使后轮的液压马达压力下降，工作压力低于启动压力，后驱动轮停止动作，驱动力为0，压路机无法爬上40%的坡道（图3），这和前面的理论计算结果一致。

前轮和整机运转情况总驱动力大于总阻力，后轮速度升高，整体向上行驶。前驱动力大于附着力，前轮滑转总驱动力大于总阻力，后轮速度升高，整体向上行驶。前驱动力大于附着力，前轮滑转总驱动力大于总阻力，整体向上行驶。前后轮驱动力均小于附着力，前、后转都没滑转打滑现象，但随着电气防滑转控制程序的介入，前轮滑转现象得到了遏制，前轮的驱动力始终保持在一定范围，只要出现前轮驱动力大于附着力的情况，控制程序立刻对前马达进行调节，使其发挥最大的驱动能力；而后轮的驱动力在程序的调节下，始终保持在30 kN左右，没有出现驱动力中断的情况，压路机能顺利爬上40%的坡道（图5）。这相比于没有防滑转控制程序的情况，爬坡能力提升了21.17%，极大地提升了压路机在爬坡能力上的技术指标。

4结语

单钢轮压路机的防滑转控制主要关注前轮（钢轮）的防滑控制，因为钢轮与地面的附着系数较小，容易出现打滑现象，而后轮为橡胶轮胎，其与地面的接触状况良好，附着力远远大于前轮。但在本次试验研究中，也将其纳入防滑控制中。由于压路机在作业的时候速度一般都很低，所以重点关注一挡的防滑控制研究，经过试验研究得到以下结论。

（1） 钢轮防滑采用程序监控钢轮转速和马达排量，实时对马达排量进行调节，其防滑转功能实现得比较好，打滑现象得到比较明显的遏制。

（2） 后轮在水泥坡道上的附着系数较大，且在坡道上行驶时，压路机整机重心后移，压在后轮上的质量大大增加，其附着力也随之增大，因此驱动力超过附着力的可能性较小，没出现打滑现象。

（3） 由于缺少压路机绝对速度的参照作用（压路机的参考速度以前、后轮的速度为参照计算），以参照速度来替代绝对速度，让计算有一定的误差，导致控制程序不会在刚打滑时就对驱动马达进行调节，往往在打滑现象非常明显的时候才能介入。建议在以后的研究中增加一个GPS信号，以监控压路机的行驶速度，提升控制的准确性。

（4） 目前的防滑控制研究主要针对一挡，二挡和三挡的防滑效果还有非常大的改善空间，对驱动马达不能做到精确的调节，由于只在最大和最小排量两个挡位变化，没有做到比例调节，主要原因是不能把握外部工况的准确性，例如道路情况、行进速度等信息欠缺，加上行驶速度较快，要求调节和反馈更加迅速。

参考文献：

[1]葛郢汉.汽车驱动轮的防滑转控制[J].南通航运职业技术学院学报，2006，5（2）：4750.

[2]尹安东，马骏，赵虎，等.汽车驱动防滑控制系统的控制模式与技术[J].合肥工业大学学报：自然科学版，2004，27（3）：325329.

[3]顾海荣，王永奇，李昌明.双钢轮压路机的最大制动减速度[J].筑路机械与施工机械化，2011，28（2）：7981.

[4]吴卫国，王良会，谭振东，等.全液压单钢轮振动压路机驱动系统控制方案[J].筑路机械与施工机械化，2011，28（2）：8284.

[5]李冰，焦生杰.振动压路机与振动压实技术[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6]周宝刚.双钢轮垂直振动压路机振动轮的设计[J].筑路机械与施工机械化，2012，29（3）：2932.