單鋼輪壓路機防滑轉的試驗研究

王世旺　肖斌有　肖春

摘要：對單鋼輪壓路機防滑轉控制的原理加以闡述，并對現有單鋼輪壓路機的配置進行適當調整，采用先進的電液控制技術和防滑策略，在不大幅增加研發成本的前提下，有效提升了單鋼輪壓路機的爬坡能力。

關鍵詞：單鋼輪壓路機；防滑技術；附著力；爬坡能力

中圖分類號：U415.52 文獻標志碼：B

0引言

汽車在起步、加速或者在濕滑路面上行駛時，車輪容易打滑，這是因為當汽車發動機傳遞給車輪的最大驅動力超過輪胎與地面的附著力（輪胎和路面之間的附著系數與輪胎壓在地面上的法向作用力的乘積，即附著力）時，車輪就會發生打滑空轉，即滑轉。為了應對汽車的驅動輪滑轉，ASR系統應運而生。ASR在不同國家以不同的方式出現，但其核心思想是：在車輪開始滑轉時，通過降低發動機的輸出扭矩和控制制動系統的制動力，來減小傳遞給驅動車輪的驅動力，防止驅動輪滑轉，提高車輪的通過性，改善汽車的方向操控性和行駛的穩定性[12]。

國內的全液壓單鋼輪壓路機定位大多集中在中低端，出于經濟和成本上的考慮，一般都采用機械手推式變量泵和前后輪兩點驅動馬達。通過前后輪驅動馬達的最大排量和最小排量的排列組合，理論上可以獲得4個不同的擋位速度，但實際上，其中有2個擋位的速度變化基本一致，可以認為是一個擋位。所以采用這種配置的單鋼輪壓路機一般只有3個擋位，且在行駛過程中，馬達的排量只能在最大值和最小值之間變化，使其在打滑時，根本無法對滑轉輪進行有效調節，脫困能力及爬坡能力受到限制，在工況復雜的地面上表現一般。

為了提升這類單鋼輪壓路機的防滑轉性能，液壓部分將鋼輪和后輪上的兩個驅動馬達更換成電比例柱塞馬達；電氣部分增加一個鋼輪轉速傳感器和一個車身傾角傳感器，以滿足防滑轉試驗的控制需求。

1防滑轉控制原理與策略

沒有防滑控制的單鋼輪壓路機，其最大的爬坡能力受限于車輪或鋼輪的最小牽引力（附著力）[34]。車輪和鋼輪類似，都通過液壓馬達驅動，當地面的附著力很小，而鋼輪驅動馬達的排量很大時，鋼輪就會產生滑轉。在目前的狀況下，雖然駕駛員可以通過調節換擋開關減小排量來改變扭矩，但是驅動馬達在最大、最小排量之間沒有中間狀態，所以不能達到最佳爬坡能力。

增加防滑轉控制后，總的思想是：當發生滑轉時，自動調節馬達的排量，使排量在最小值與最大值之間變化，實現自動防滑轉控制，達到最佳爬坡能力。采用工況智能識別和模糊控制技術實現單鋼輪防滑轉控制。在不同擋位和不同坡度下，采用不同的防滑轉控制策略，使單鋼輪壓路機的防滑性能達到最佳。根據以上總的思路得到各擋的防滑策略。

1.1第一擋防滑控制策略

調節擋位，使單鋼輪壓路機的兩個驅動比例馬達均為最大排量，如果其中一個馬達所驅動部分開始打滑（例如鋼輪向前爬坡），壓路機控制器通過防滑控制程序，結合前后輪速度傳感器的反饋情況，給鋼輪的驅動馬達一個參考速度，通過PID對馬達排量進行相應控制，使實際速度與參考速度一致，達到最大的附著力狀態，消除打滑現象。在平地狀態、爬坡狀態等情況下，若發生打滑，防打滑程序均工作[5]。

1.2第二擋防滑控制策略

在無防滑轉功能情況下，從表1的數據中可以看到，前輪驅動力大于附著力，前輪飛快空轉，液壓油都迅速流向前驅動馬達，消耗了大量功率，致使后輪的液壓馬達壓力下降，工作壓力低于啟動壓力，后驅動輪停止動作，驅動力為0，壓路機無法爬上40%的坡道（圖3），這和前面的理論計算結果一致。

前輪和整機運轉情況總驅動力大于總阻力，后輪速度升高，整體向上行駛。前驅動力大于附著力，前輪滑轉總驅動力大于總阻力，后輪速度升高，整體向上行駛。前驅動力大于附著力，前輪滑轉總驅動力大于總阻力，整體向上行駛。前后輪驅動力均小于附著力，前、后轉都沒滑轉打滑現象，但隨著電氣防滑轉控制程序的介入，前輪滑轉現象得到了遏制，前輪的驅動力始終保持在一定范圍，只要出現前輪驅動力大于附著力的情況，控制程序立刻對前馬達進行調節，使其發揮最大的驅動能力；而后輪的驅動力在程序的調節下，始終保持在30 kN左右，沒有出現驅動力中斷的情況，壓路機能順利爬上40%的坡道（圖5）。這相比于沒有防滑轉控制程序的情況，爬坡能力提升了21.17%，極大地提升了壓路機在爬坡能力上的技術指標。

4結語

單鋼輪壓路機的防滑轉控制主要關注前輪（鋼輪）的防滑控制，因為鋼輪與地面的附著系數較小，容易出現打滑現象，而后輪為橡膠輪胎，其與地面的接觸狀況良好，附著力遠遠大于前輪。但在本次試驗研究中，也將其納入防滑控制中。由于壓路機在作業的時候速度一般都很低，所以重點關注一擋的防滑控制研究，經過試驗研究得到以下結論。

（1） 鋼輪防滑采用程序監控鋼輪轉速和馬達排量，實時對馬達排量進行調節，其防滑轉功能實現得比較好，打滑現象得到比較明顯的遏制。

（2） 后輪在水泥坡道上的附著系數較大，且在坡道上行駛時，壓路機整機重心后移，壓在后輪上的質量大大增加，其附著力也隨之增大，因此驅動力超過附著力的可能性較小，沒出現打滑現象。

（3） 由于缺少壓路機絕對速度的參照作用（壓路機的參考速度以前、后輪的速度為參照計算），以參照速度來替代絕對速度，讓計算有一定的誤差，導致控制程序不會在剛打滑時就對驅動馬達進行調節，往往在打滑現象非常明顯的時候才能介入。建議在以后的研究中增加一個GPS信號，以監控壓路機的行駛速度，提升控制的準確性。

（4） 目前的防滑控制研究主要針對一擋，二擋和三擋的防滑效果還有非常大的改善空間，對驅動馬達不能做到精確的調節，由于只在最大和最小排量兩個擋位變化，沒有做到比例調節，主要原因是不能把握外部工況的準確性，例如道路情況、行進速度等信息欠缺，加上行駛速度較快，要求調節和反饋更加迅速。

參考文獻：

[1]葛郢漢.汽車驅動輪的防滑轉控制[J].南通航運職業技術學院學報，2006，5（2）：4750.

[2]尹安東，馬駿，趙虎，等.汽車驅動防滑控制系統的控制模式與技術[J].合肥工業大學學報：自然科學版，2004，27（3）：325329.

[3]顧海榮，王永奇，李昌明.雙鋼輪壓路機的最大制動減速度[J].筑路機械與施工機械化，2011，28（2）：7981.

[4]吳衛國，王良會，譚振東，等.全液壓單鋼輪振動壓路機驅動系統控制方案[J].筑路機械與施工機械化，2011，28（2）：8284.

[5]李冰，焦生杰.振動壓路機與振動壓實技術[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6]周寶剛.雙鋼輪垂直振動壓路機振動輪的設計[J].筑路機械與施工機械化，2012，29（3）：2932.

[責任編輯：袁寶燕]endprint

摘要：對單鋼輪壓路機防滑轉控制的原理加以闡述，并對現有單鋼輪壓路機的配置進行適當調整，采用先進的電液控制技術和防滑策略，在不大幅增加研發成本的前提下，有效提升了單鋼輪壓路機的爬坡能力。

關鍵詞：單鋼輪壓路機；防滑技術；附著力；爬坡能力

中圖分類號：U415.52 文獻標志碼：B

0引言

汽車在起步、加速或者在濕滑路面上行駛時，車輪容易打滑，這是因為當汽車發動機傳遞給車輪的最大驅動力超過輪胎與地面的附著力（輪胎和路面之間的附著系數與輪胎壓在地面上的法向作用力的乘積，即附著力）時，車輪就會發生打滑空轉，即滑轉。為了應對汽車的驅動輪滑轉，ASR系統應運而生。ASR在不同國家以不同的方式出現，但其核心思想是：在車輪開始滑轉時，通過降低發動機的輸出扭矩和控制制動系統的制動力，來減小傳遞給驅動車輪的驅動力，防止驅動輪滑轉，提高車輪的通過性，改善汽車的方向操控性和行駛的穩定性[12]。

國內的全液壓單鋼輪壓路機定位大多集中在中低端，出于經濟和成本上的考慮，一般都采用機械手推式變量泵和前后輪兩點驅動馬達。通過前后輪驅動馬達的最大排量和最小排量的排列組合，理論上可以獲得4個不同的擋位速度，但實際上，其中有2個擋位的速度變化基本一致，可以認為是一個擋位。所以采用這種配置的單鋼輪壓路機一般只有3個擋位，且在行駛過程中，馬達的排量只能在最大值和最小值之間變化，使其在打滑時，根本無法對滑轉輪進行有效調節，脫困能力及爬坡能力受到限制，在工況復雜的地面上表現一般。

為了提升這類單鋼輪壓路機的防滑轉性能，液壓部分將鋼輪和后輪上的兩個驅動馬達更換成電比例柱塞馬達；電氣部分增加一個鋼輪轉速傳感器和一個車身傾角傳感器，以滿足防滑轉試驗的控制需求。

1防滑轉控制原理與策略

沒有防滑控制的單鋼輪壓路機，其最大的爬坡能力受限于車輪或鋼輪的最小牽引力（附著力）[34]。車輪和鋼輪類似，都通過液壓馬達驅動，當地面的附著力很小，而鋼輪驅動馬達的排量很大時，鋼輪就會產生滑轉。在目前的狀況下，雖然駕駛員可以通過調節換擋開關減小排量來改變扭矩，但是驅動馬達在最大、最小排量之間沒有中間狀態，所以不能達到最佳爬坡能力。

增加防滑轉控制后，總的思想是：當發生滑轉時，自動調節馬達的排量，使排量在最小值與最大值之間變化，實現自動防滑轉控制，達到最佳爬坡能力。采用工況智能識別和模糊控制技術實現單鋼輪防滑轉控制。在不同擋位和不同坡度下，采用不同的防滑轉控制策略，使單鋼輪壓路機的防滑性能達到最佳。根據以上總的思路得到各擋的防滑策略。

1.1第一擋防滑控制策略

調節擋位，使單鋼輪壓路機的兩個驅動比例馬達均為最大排量，如果其中一個馬達所驅動部分開始打滑（例如鋼輪向前爬坡），壓路機控制器通過防滑控制程序，結合前后輪速度傳感器的反饋情況，給鋼輪的驅動馬達一個參考速度，通過PID對馬達排量進行相應控制，使實際速度與參考速度一致，達到最大的附著力狀態，消除打滑現象。在平地狀態、爬坡狀態等情況下，若發生打滑，防打滑程序均工作[5]。

1.2第二擋防滑控制策略

在無防滑轉功能情況下，從表1的數據中可以看到，前輪驅動力大于附著力，前輪飛快空轉，液壓油都迅速流向前驅動馬達，消耗了大量功率，致使后輪的液壓馬達壓力下降，工作壓力低于啟動壓力，后驅動輪停止動作，驅動力為0，壓路機無法爬上40%的坡道（圖3），這和前面的理論計算結果一致。

前輪和整機運轉情況總驅動力大于總阻力，后輪速度升高，整體向上行駛。前驅動力大于附著力，前輪滑轉總驅動力大于總阻力，后輪速度升高，整體向上行駛。前驅動力大于附著力，前輪滑轉總驅動力大于總阻力，整體向上行駛。前后輪驅動力均小于附著力，前、后轉都沒滑轉打滑現象，但隨著電氣防滑轉控制程序的介入，前輪滑轉現象得到了遏制，前輪的驅動力始終保持在一定范圍，只要出現前輪驅動力大于附著力的情況，控制程序立刻對前馬達進行調節，使其發揮最大的驅動能力；而后輪的驅動力在程序的調節下，始終保持在30 kN左右，沒有出現驅動力中斷的情況，壓路機能順利爬上40%的坡道（圖5）。這相比于沒有防滑轉控制程序的情況，爬坡能力提升了21.17%，極大地提升了壓路機在爬坡能力上的技術指標。

4結語

單鋼輪壓路機的防滑轉控制主要關注前輪（鋼輪）的防滑控制，因為鋼輪與地面的附著系數較小，容易出現打滑現象，而后輪為橡膠輪胎，其與地面的接觸狀況良好，附著力遠遠大于前輪。但在本次試驗研究中，也將其納入防滑控制中。由于壓路機在作業的時候速度一般都很低，所以重點關注一擋的防滑控制研究，經過試驗研究得到以下結論。

（1） 鋼輪防滑采用程序監控鋼輪轉速和馬達排量，實時對馬達排量進行調節，其防滑轉功能實現得比較好，打滑現象得到比較明顯的遏制。

（2） 后輪在水泥坡道上的附著系數較大，且在坡道上行駛時，壓路機整機重心后移，壓在后輪上的質量大大增加，其附著力也隨之增大，因此驅動力超過附著力的可能性較小，沒出現打滑現象。

（3） 由于缺少壓路機絕對速度的參照作用（壓路機的參考速度以前、后輪的速度為參照計算），以參照速度來替代絕對速度，讓計算有一定的誤差，導致控制程序不會在剛打滑時就對驅動馬達進行調節，往往在打滑現象非常明顯的時候才能介入。建議在以后的研究中增加一個GPS信號，以監控壓路機的行駛速度，提升控制的準確性。

（4） 目前的防滑控制研究主要針對一擋，二擋和三擋的防滑效果還有非常大的改善空間，對驅動馬達不能做到精確的調節，由于只在最大和最小排量兩個擋位變化，沒有做到比例調節，主要原因是不能把握外部工況的準確性，例如道路情況、行進速度等信息欠缺，加上行駛速度較快，要求調節和反饋更加迅速。

參考文獻：

[1]葛郢漢.汽車驅動輪的防滑轉控制[J].南通航運職業技術學院學報，2006，5（2）：4750.

[2]尹安東，馬駿，趙虎，等.汽車驅動防滑控制系統的控制模式與技術[J].合肥工業大學學報：自然科學版，2004，27（3）：325329.

[3]顧海榮，王永奇，李昌明.雙鋼輪壓路機的最大制動減速度[J].筑路機械與施工機械化，2011，28（2）：7981.

[4]吳衛國，王良會，譚振東，等.全液壓單鋼輪振動壓路機驅動系統控制方案[J].筑路機械與施工機械化，2011，28（2）：8284.

[5]李冰，焦生杰.振動壓路機與振動壓實技術[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6]周寶剛.雙鋼輪垂直振動壓路機振動輪的設計[J].筑路機械與施工機械化，2012，29（3）：2932.

[責任編輯：袁寶燕]endprint

摘要：對單鋼輪壓路機防滑轉控制的原理加以闡述，并對現有單鋼輪壓路機的配置進行適當調整，采用先進的電液控制技術和防滑策略，在不大幅增加研發成本的前提下，有效提升了單鋼輪壓路機的爬坡能力。

關鍵詞：單鋼輪壓路機；防滑技術；附著力；爬坡能力

中圖分類號：U415.52 文獻標志碼：B

0引言

汽車在起步、加速或者在濕滑路面上行駛時，車輪容易打滑，這是因為當汽車發動機傳遞給車輪的最大驅動力超過輪胎與地面的附著力（輪胎和路面之間的附著系數與輪胎壓在地面上的法向作用力的乘積，即附著力）時，車輪就會發生打滑空轉，即滑轉。為了應對汽車的驅動輪滑轉，ASR系統應運而生。ASR在不同國家以不同的方式出現，但其核心思想是：在車輪開始滑轉時，通過降低發動機的輸出扭矩和控制制動系統的制動力，來減小傳遞給驅動車輪的驅動力，防止驅動輪滑轉，提高車輪的通過性，改善汽車的方向操控性和行駛的穩定性[12]。

國內的全液壓單鋼輪壓路機定位大多集中在中低端，出于經濟和成本上的考慮，一般都采用機械手推式變量泵和前后輪兩點驅動馬達。通過前后輪驅動馬達的最大排量和最小排量的排列組合，理論上可以獲得4個不同的擋位速度，但實際上，其中有2個擋位的速度變化基本一致，可以認為是一個擋位。所以采用這種配置的單鋼輪壓路機一般只有3個擋位，且在行駛過程中，馬達的排量只能在最大值和最小值之間變化，使其在打滑時，根本無法對滑轉輪進行有效調節，脫困能力及爬坡能力受到限制，在工況復雜的地面上表現一般。

為了提升這類單鋼輪壓路機的防滑轉性能，液壓部分將鋼輪和后輪上的兩個驅動馬達更換成電比例柱塞馬達；電氣部分增加一個鋼輪轉速傳感器和一個車身傾角傳感器，以滿足防滑轉試驗的控制需求。

1防滑轉控制原理與策略

沒有防滑控制的單鋼輪壓路機，其最大的爬坡能力受限于車輪或鋼輪的最小牽引力（附著力）[34]。車輪和鋼輪類似，都通過液壓馬達驅動，當地面的附著力很小，而鋼輪驅動馬達的排量很大時，鋼輪就會產生滑轉。在目前的狀況下，雖然駕駛員可以通過調節換擋開關減小排量來改變扭矩，但是驅動馬達在最大、最小排量之間沒有中間狀態，所以不能達到最佳爬坡能力。

增加防滑轉控制后，總的思想是：當發生滑轉時，自動調節馬達的排量，使排量在最小值與最大值之間變化，實現自動防滑轉控制，達到最佳爬坡能力。采用工況智能識別和模糊控制技術實現單鋼輪防滑轉控制。在不同擋位和不同坡度下，采用不同的防滑轉控制策略，使單鋼輪壓路機的防滑性能達到最佳。根據以上總的思路得到各擋的防滑策略。

1.1第一擋防滑控制策略

調節擋位，使單鋼輪壓路機的兩個驅動比例馬達均為最大排量，如果其中一個馬達所驅動部分開始打滑（例如鋼輪向前爬坡），壓路機控制器通過防滑控制程序，結合前后輪速度傳感器的反饋情況，給鋼輪的驅動馬達一個參考速度，通過PID對馬達排量進行相應控制，使實際速度與參考速度一致，達到最大的附著力狀態，消除打滑現象。在平地狀態、爬坡狀態等情況下，若發生打滑，防打滑程序均工作[5]。

1.2第二擋防滑控制策略

在無防滑轉功能情況下，從表1的數據中可以看到，前輪驅動力大于附著力，前輪飛快空轉，液壓油都迅速流向前驅動馬達，消耗了大量功率，致使后輪的液壓馬達壓力下降，工作壓力低于啟動壓力，后驅動輪停止動作，驅動力為0，壓路機無法爬上40%的坡道（圖3），這和前面的理論計算結果一致。

前輪和整機運轉情況總驅動力大于總阻力，后輪速度升高，整體向上行駛。前驅動力大于附著力，前輪滑轉總驅動力大于總阻力，后輪速度升高，整體向上行駛。前驅動力大于附著力，前輪滑轉總驅動力大于總阻力，整體向上行駛。前后輪驅動力均小于附著力，前、后轉都沒滑轉打滑現象，但隨著電氣防滑轉控制程序的介入，前輪滑轉現象得到了遏制，前輪的驅動力始終保持在一定范圍，只要出現前輪驅動力大于附著力的情況，控制程序立刻對前馬達進行調節，使其發揮最大的驅動能力；而后輪的驅動力在程序的調節下，始終保持在30 kN左右，沒有出現驅動力中斷的情況，壓路機能順利爬上40%的坡道（圖5）。這相比于沒有防滑轉控制程序的情況，爬坡能力提升了21.17%，極大地提升了壓路機在爬坡能力上的技術指標。

4結語

單鋼輪壓路機的防滑轉控制主要關注前輪（鋼輪）的防滑控制，因為鋼輪與地面的附著系數較小，容易出現打滑現象，而后輪為橡膠輪胎，其與地面的接觸狀況良好，附著力遠遠大于前輪。但在本次試驗研究中，也將其納入防滑控制中。由于壓路機在作業的時候速度一般都很低，所以重點關注一擋的防滑控制研究，經過試驗研究得到以下結論。

（1） 鋼輪防滑采用程序監控鋼輪轉速和馬達排量，實時對馬達排量進行調節，其防滑轉功能實現得比較好，打滑現象得到比較明顯的遏制。

（2） 后輪在水泥坡道上的附著系數較大，且在坡道上行駛時，壓路機整機重心后移，壓在后輪上的質量大大增加，其附著力也隨之增大，因此驅動力超過附著力的可能性較小，沒出現打滑現象。

（3） 由于缺少壓路機絕對速度的參照作用（壓路機的參考速度以前、后輪的速度為參照計算），以參照速度來替代絕對速度，讓計算有一定的誤差，導致控制程序不會在剛打滑時就對驅動馬達進行調節，往往在打滑現象非常明顯的時候才能介入。建議在以后的研究中增加一個GPS信號，以監控壓路機的行駛速度，提升控制的準確性。

（4） 目前的防滑控制研究主要針對一擋，二擋和三擋的防滑效果還有非常大的改善空間，對驅動馬達不能做到精確的調節，由于只在最大和最小排量兩個擋位變化，沒有做到比例調節，主要原因是不能把握外部工況的準確性，例如道路情況、行進速度等信息欠缺，加上行駛速度較快，要求調節和反饋更加迅速。

參考文獻：

[1]葛郢漢.汽車驅動輪的防滑轉控制[J].南通航運職業技術學院學報，2006，5（2）：4750.

[2]尹安東，馬駿，趙虎，等.汽車驅動防滑控制系統的控制模式與技術[J].合肥工業大學學報：自然科學版，2004，27（3）：325329.

[3]顧海榮，王永奇，李昌明.雙鋼輪壓路機的最大制動減速度[J].筑路機械與施工機械化，2011，28（2）：7981.

[4]吳衛國，王良會，譚振東，等.全液壓單鋼輪振動壓路機驅動系統控制方案[J].筑路機械與施工機械化，2011，28（2）：8284.

[5]李冰，焦生杰.振動壓路機與振動壓實技術[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6]周寶剛.雙鋼輪垂直振動壓路機振動輪的設計[J].筑路機械與施工機械化，2012，29（3）：2932.

[責任編輯：袁寶燕]endprint