一种双钢轮压路机驱动力动态分配控制方法

向 亮 ， 高会鲜 ， 张仕吉

（1.武昌工学院智能制造学院，湖北 武汉 430065；2.武汉船舶职业技术学院，湖北 武汉 430050）

0 引言

压实机械是各类压路机和夯实机械的统称。根据作业时压实原理的不同，压路机由静作用式压路机、振动压路机和冲击压路机三大系列组成。振动压路机是在静作用式压路机的滚轮轴上安装激振机构，从而产生激振力，发出的振动载荷使土壤颗粒处于高频振动状态，使颗粒间丧失内摩擦力；同时，由于压路机自身重力的作用，会对土壤产生剪切力和压实力，导致土壤颗粒重新排列，使被作用土壤受到振动轮的静作用力和激振力的共同作用，有利于提高压实效果。振动压路机由于具有压实效果好、生产效率高、适应能力强、使用范围广等特点，被广泛应用于各种非黏性土壤、黏性土壤、碎石以及碎石混合料、水泥混合土和沥青混凝土等的压实工作中[1-7]。双钢轮压路机是一种主要用于压实沥青混凝土路面的压实机械，如图1所示。

图1 双钢轮压路机

近年来，由于液压技术的发展以及液压零部件成本的降低，越来越多的双钢轮压路机开始使用双排量的液压马达来驱动压路机行走，大、小排量的选用，就显得尤为关键。

1 行驶速度情况

与以往的定量马达相比，双排量马达在使用大排量时可以提供较大的驱动扭矩，但车速较低；在使用小排量时可以提供较高的车速，但驱动扭矩小。使用双速马达以后通常可以设置两挡车速，即高速挡与低速挡，高速挡时两个马达都是小排量，用于行走及短距离转运。按照国家标准的要求并考虑安全性因素，双钢轮压路机的最高车速一般在10 km/h左右，也就是高速挡的最大车速，由于双速马达的小排量一般为大排量的一半，所以低速挡的最大车速在5 km/h左右。而一般也可以分出三挡车速，即高速挡、中速挡与低速挡，中速挡时一个马达为大排量，另一个马达为小排量，中速挡的最大车速在7.5 km/h左右[5,7-10]。对于车速的控制，使用两挡或三挡电气开关控制，中速挡为后轮大排量，正向爬坡时可提高爬坡能力。

由于坡道行车并不一定都是后轮处于坡道下方，当前轮处于坡道下方时，重心在前轮上。而前轮的驱动马达为小排量，驱动力不足，需手动进行挡位变换，在使用高速挡行走时，如遇泥泞路段，驱动力不足时，同样也需要手动进行挡位变换。本文研究一种可以根据当前路况自动进行驱动力分配的方法，无需人工干预，使得双钢轮压路机操作更简单方便，同时双钢轮压路机在行驶过程中动态地分配驱动力，避免因驱动力不足而产生的停车以及滑坡现象，提高压路机的行驶安全性，并提高施工质量。

2 动态分配驱动力的方法

2.1 行驶方向后方的轮子、双钢轮压路机处于坡道下方的轮子的定义

由于双钢轮压路机既可以前进也可以后退，所以沿着双钢轮压路机行驶的方向，后面的那个轮子，被称之为行驶方向后方的轮子。如图2所示，行驶方向水平向右，此时行驶方向后方的轮子指的就是双钢轮压路机的前轮。当然，如果此时的行驶方向是水平向左，那行驶方向后方的轮子指的就是双钢轮压路机的后轮。

双钢轮压路机处于坡道下方的轮子，指的是无论双钢轮压路机是前进还是后退，只要是处于坡道低位的那个轮子，就称之为双钢轮压路机处于坡道下方的轮子。如图3所示，双钢轮压路机处于坡道下方的轮子指的就是前轮，而如图4所示，双钢轮压路机处于坡道下方的轮子指的就是后轮。

图3 处于坡道下方的轮子为压路机前轮

图4 处于坡道下方的轮子为压路机后轮

2.2 动态分配驱动力的控制方法

在前车架和后车架铰接的地方安装倾角传感器，用以判断车架是否处于前后倾斜状态。

由于压路机液压驱动系统的压力与驱动扭矩成正比关系，故利用压路机液压系统的压力值，以及安装在车身上的倾角传感器，实现动态分配双钢轮压路机驱动力的功能。

由于低速挡行驶时或施工工况下，前后两轮的马达都处于大排量工况下，均是最大驱动力状态，无需进行动态控制，所以仅有中速挡和高速挡才需要对驱动力进行动态分配。

中速挡时，两轮子中一个马达是大排量，一个马达是小排量，如果车架处于水平状态（倾斜角度小于5°时，坡度比较小，故将其视为水平状态），则将处于行驶方向上后方的轮子置于大排量（另一个轮子置于小排量），以提供更好的驱动力；如果车架处于前后倾斜状态，且倾斜角度大于5°时，则将处于坡道下方的轮子置于大排量，同时开始监控液压系统压力，如果超出压力预设的阈值并持续3 s，则将两个行走马达同时置于大排量，使前后两轮均处于最大驱动力状态。

高速挡时，两轮子的马达都是小排量，如果液压系统压力超出阈值并持续3 s，且车架处于水平状态，则将处于行驶方向上后方的轮子置于大排量，以提供更大的驱动力；如果车架处于前后倾斜状态，且倾斜角度大于5°时，则将处于坡道下方的轮子置于大排量，以提供更大的驱动力；如果经过以上调节控制，系统压力仍然超过阈值并持续3 s，则将两个行走马达同时置于大排量，使前后两轮均处于最大驱动力状态。

中速挡、高速挡的详细动态分配控制的流程图如图5所示。

图5 驱动力动态分配控制的流程图

3 结语

当压路机在行驶时，非压实工作工况下，可以根据当前的路况自动进行驱动力分配，无需人工干预，使得双钢轮压路机的操作更简单方便，同时也很好地避免了由于驱动力不足而产生的停车以及滑坡现象，提高了压路机的行驶安全性，并提高了施工质量。

自动进行驱动力分配的具体控制方法总结如下。

1）双钢轮压路机在使用低速挡行驶或施工时，前后两轮都是采用的大排量马达，此时两个轮子均处于最大驱动力状态，不参与控制。

2）在使用中速挡行驶时，如果车架处于水平状态，则将处于行驶方向上后方的轮子置于大排量；如果车架处于前后倾斜状态，则将处于坡道下方的轮子置于大排量，同时开始监控液压系统压力，如果压力超出阈值并持续3 s，则将两个行走马达同时置于大排量，使前后两轮均处于最大驱动力状态。

3）在使用高速挡行驶时，开始监控液压系统压力，如果超出阈值并持续3 s，且车架处于水平状态，则将处于行驶方向上后方的轮子置于大排量；如果车架处于前后倾斜状态，则将处于坡道下方的轮子置于大排量；如果系统压力仍然超过阈值并持续3 s，则将两个行走马达同时置于大排量，使前后两轮均处于最大驱动力状态。