装载机防滑控制系统的研究

王润泽　丁强　胡传正

摘 要：装载机在雨雪天气、路面泥泞的情况下进行作业时，轮胎容易打滑而造成一定的安全问题。设计开发了装载机防滑控制系统，通过安装于驾驶室内的限扭开关激活装载机防滑限扭模式，驾驶员可根据当前路况的泥泞程度及装载机打滑情况手动调节电位计电压来设置最大输出扭矩，系统根据变矩器扭矩与变速箱档位信息自动计算轮胎实际扭矩，当轮胎实际扭矩大于设定的最大输出扭矩时，系统自动减小油门信号，降低轮胎输出扭矩，从而减少或避免轮胎打滑现象的发生，保障装载机作业的安全。

关键词：装载机;防滑控制;作业安全

装载机主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料。装载机在雨雪天气、路面泥泞的情况下进行循环作业时很容易出现轮胎打滑的情况，而在装载机作业过程中出现轮胎打滑会严重影响装载机的作业安全，降低装载机的施工效率。装载机长时间处于打滑工作状态下对车辆的轮胎使用寿命会造成很大的影响[1]。

为了提高装载机在易打滑路面的作业安全性、保障驾驶员的人身安全、有效减少轮胎因打滑造成的快速磨损、提高装载机作业效率，文章通过对装载机车轮打滑时车辆状态信息的研究，开发适用于装载机作业防滑控制系统的解决方法。

1    装载机防滑技术介绍

车辆防滑技术能够极大地保障车辆行驶的安全性，该技术伴随着汽车智能化控制技术的发展而不断更新换代。汽车防滑技术主要和发动机输出扭矩与车轮所受的驱动力有关，其中发动机输出扭矩可以通过发动机电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）获取，车轮所受的驱动力与路面的状况息息相关[2]。装载机作为一种特殊的汽车，因其作业工况的特殊性，对于整车防滑控制技术就会有更加特殊的需求。

装载机在雨雪路滑的情况下进行施工时极易出现打滑现象，此时，驾驶员基本上依靠刹车制动。长时间通过刹车制动，当路面与轮胎间的摩擦系数较低时，很容易出现刹车打滑，对装载机施工过程会造成安全隐患，严重影响驾驶员及装载机的安全，采用这种制动方式对装载机轮胎的使用寿命影响也很大。

通过在易打滑路面工作中的装载机工况信息的采集，在智能控制系统中，控制器依据驾驶员设定的防滑控制输出扭矩，整车控制系统能够减少扭矩输出，从而可以避免或减少轮胎持续打滑现象的发生。

2    系统硬件设计

装载机防滑控制系统包括限扭开关、电位计、控制器、变速箱自动变速箱控制单元（Transmission Control Unit，TCU）、发动机ECU、油门踏板構成，其中控制器与限扭开关、电位计、变速箱TCU、发动机ECU、油门踏板相连，控制器接收限扭开关、电位计、油门踏板、变速箱档位与变矩器扭矩的信号来控制发动机的转速。

控制器作为装载机防滑控制系统的核心控制单元，具有多路不同类型的输入输出接口，其中限扭开关接入数字量接口，电位计、油门踏板接入模拟量接口，变速箱TCU与发动机ECU通过控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）总线与控制器连接。限扭开关为多档位的旋钮开关，可以根据控制需要在不同的档位处设定不同的控制模式。电位计为单圈电阻，通过旋转电位计可以设定装载机输出的最大扭矩值。油门踏板可以用来控制发动机转速，本系统通过控制器读取油门踏板的信号，根据装载机防滑控制系统的要求，控制器通过CAN总线控制发动机转速。系统结构如图1所示。

3    系统软件设计

为了实现装载机的防滑控制系统，根据装载机在湿滑工况下的状态信息，设计装载机防滑控制系统主要包括以下步骤。

（1）驾驶人员根据当前装载机作业环境判断是否易打滑，当装载机要在雨雪及泥泞环境等易打滑路面工作时，驾驶员通过限扭开关激活装载机防滑控制系统;（2）装载机防滑系统激活后，控制器通过CAN总线读取到变速箱内部变矩器的扭矩T变以及档位信息（即当前档位的传动比i），然后控制器通过计算可得到轮胎上的实际扭矩T实际。（3）驾驶人员根据经验手动调节电位计P的输出电压，以此来设置轮胎的最大输出扭矩T设定，将轮胎的实际输出扭矩T实际作为反馈与轮胎所设置的最大输出扭矩T设定进行比较，运用比例-积分-导数（Proportion-Integral-Derivative，PID算法进行处理，得到的差值（T实际-T设定）通过CAN总线调节发动机油门信号的大小来防止轮胎继续打滑。装载机防滑控制系统的控制流程如图2所示。

装载机防滑控制系统通过安装于驾驶室内的限扭开关激活该系统，驾驶员可以根据装载机作业路况的泥泞程度及装载机打滑情况手动调节电位计电压来设置最大输出扭矩，控制器根据变矩器扭矩与变速箱档位信息自动计算轮胎输出扭矩，当出现轮胎实际扭矩大于轮胎设置扭矩的情况时，控制器自动减小油门信号、降低轮胎输出扭矩。

4    结语

装载机防滑控制系统可以有效避免装载机施工过程中的轮胎打滑现象，提高了装载机作业的安全性，保证了驾驶员的人身安全，还可以延长轮胎的使用寿命，除此之外，也节省了因扭矩过大发生打滑现象引起的燃油损问题。装载机作为使用比较广泛的土石施工机械，市场竞争激烈，装载机作业过程的防滑技术作为装载机智能化水平的重要环节，可以有效地提高市场的竞争力。

[参考文献]

[1]刘艳，陈燕峰，吴跃成，等.客车盘式制动器温度场仿真分析[J].浙江理工大学学报，2017（3）：389-393.

[2]岳惊涛.越野汽车驱动防滑控制逻辑与算法研究[D].天津：天津大学，2005.

作者简介：王润泽（1986— ），男，山东枣庄人，工程师，硕士;研究方向：工程机械电控系统开发与应用。