平地机前轮驱动控制系统的制作方法

本发明涉及一种平地机驱动，更具体地说，涉及一种平地机前轮驱动控制系统。

背景技术：

现有平地机前轮驱动控制系统为一个驱动泵带两个马达的前轮助力开式液压系统，驱动泵从液压油箱吸油，出口压力油经控制阀后直接接入两并联的马达，再经控制阀回到液压油箱的一种开式液压系统。驱动泵为负荷传感变量泵，进入马达的液压油流量大小由控制阀内部三位四通换向阀的阀芯开口决定，也即前轮马达的转速是通过控制阀内部换向阀的阀芯开口来控制。

系统的工作压力由前轮地面附着力决定，系统的最大压力由驱动泵切断阀切断压力决定。

因前轮马达为并联关系，由一个换向阀控制，泵根据换向阀的阀芯开口输出相应的流量，当左右前轮马达受到相同的地面附着力时，左右前轮的速度一致，当左右前轮马达的地面附着力不一致时，附着力小的马达会得到更多的流量使前轮转速增加，附着力大的马达得到的流量减小甚至没有流量使前轮转速减小甚至不转，出现前轮单边打滑的现象，影响前轮助力作用，同时，马达高转速运转使其寿命大为降低甚至直接损坏。

再者，在转向时，两个前轮的转弯半径不同，如果两个前轮以相同的转速转动，那么会造成转向内侧轮打滑，转向外侧轮被拖拽，加重车轮的磨损。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有平地机转向时左右前轮出现滑转的问题，而提供一种平地机前轮驱动控制系统，使得平地机前轮驱动时，左右前轮的转速跟随转弯半径作变化并与整机车速匹配一致。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种平地机前轮驱动控制系统，包括左液压马达、右液压马达、均为变量泵的左驱动泵和右驱动泵、控制器，左驱动泵和右驱动泵与对应左液压马达和右液压马达连接形成闭式回路，所述左驱动泵和右驱动泵中用于控制流量的电磁控制端与控制器连接，其特征在于还包括用于检测前轮转向偏转角度且与所述控制器连接的转向角度传感器，所述控制器按以下步骤控制左驱动泵和右驱动泵的流量：根据所述转向角度传感器检测的前轮转向角度分别计算左前轮和右前轮的转弯半径；依据平地机的行走驱动模式确定平地机行走基准速度；依据平地机行走基准速度、左前轮和右前轮的各自转弯半径计算左前轮和右前轮滚动行走时的各自转速；依据左前轮和右前轮各自的转速计算值分别向所述左驱动泵和右驱动泵的电磁控制端输出相应电流控制左驱动泵和右驱动泵输出液压油驱动左液压马达和右液压马达按照对应的左前轮和右前轮速度计算值转动。

进一步地，上述平地机前轮驱动控制系统中，所述控制器依据左前轮和右前轮各自的转速计算左液压马达和右液压马达所需流量，将左液压马达和右液压马达所需流量所对应的控制电流输送到对应的左驱动泵和右驱动泵的电磁控制端。

进一步地，上述平地机前轮驱动控制系统中，还包括与控制器连接用于检测左前轮和右前轮转速的左前轮转速传感器和右前轮转速传感器；所述控制器依据左前轮转速传感器和右前轮转速传感器所检测到的左前轮和右前轮的实际转速并与左前轮和右前轮各自的转速计算值比较，修正左驱动泵和右驱动泵的电流输入值，控制左驱动泵和右驱动泵的输出流量使左前轮和右前轮做滚动转动。

进一步地，上述平地机前轮驱动控制系统中，还包括与控制器连接的平地机驱动模式输入装置、与控制器连接用于检测后轮转速的后轮转速传感器和发动机转速传感器，所述平地机驱动模式有全轮驱动模式、后轮驱动模式和前轮驱动模式；当控制器接收平地机驱动模式输入装置输出的行走驱动模式为全轮驱动模式时，所述控制器以所述后轮转速传感器检测到的后轮转速作为平地机行走基准速度；当控制器接收平地机驱动模式输入装置输出的行走驱动模式为前轮驱动模式信号时，所述控制器以发动机转速传感器检测到发动机转速以及预设的在前轮驱动模式下发动机转速与平地机行走速度的关系所确定的平地机行走速度为平地机行走基准速度。

进一步地，上述平地机前轮驱动控制系统中，在左液压马达与左驱动泵之间、右液压马达与右驱动泵之间各自连接有一个电磁控制阀，当平地机驱动模式输入装置输出的行走驱动模式是全轮驱动模式或前轮驱动模式时，对应的电磁控制阀将左液压马达进出油口与左驱动泵进出油口连通和将右液压马达的进出油口与右驱动泵的进出油口连通，当平地机驱动模式输入装置输出的行走驱动模式是后轮驱动模式时，对应的电磁控制阀将左液压马达进出油口连通和将右液压马达的进出油口连通。

进一步地，上述平地机前轮驱动控制系统中，在左驱动泵和右驱动泵的进出油口分别设置有与所述控制连接的压力传感器，当对应的所述压力传感器检测到左驱动泵或右驱动泵的出油口压力大于预设值P1且持续时长大于预设时长时，控制器输出控制电流使两个电磁控制阀将对应的左液压马达进出油口连通和右液压马达的进出油口连通且输出电流至左驱动泵和右驱动泵的电磁控制端使左驱动泵和右驱动泵的排量降低至最小值；当对应的所述压力传感器检测到左驱动泵和右驱动泵的出油口压力均小于预设值P2且持续时长大于预设时长时，所述控制器依据当前平地机驱动模式输入装置输出的行走驱动模式控制各电磁控制阀，依据当前的平地机行走基准速度和前轮转向角度计算左前轮转速和右前轮转速，并输出相应的控制电流至左驱动泵和右驱动泵的电磁控制端。

进一步地，上述平地机前轮驱动控制系统中，在左驱动泵和右驱动泵的进出油口分别设置有与所述控制连接的压力传感器，当对应的所述压力传感器检测到左驱动泵或右驱动泵的出油口压力小于进油口压力且持续时长大于预设时长时，控制器输出控制电流使两个电磁控制阀将对应的左液压马达进出油口连通和右液压马达的进出油口连通且输出电流至左驱动泵和右驱动泵的电磁控制端使左驱动泵和右驱动泵的排量降低至最小值；当对应的所述压力传感器检测到左驱动泵和右驱动泵的出油口压力大于进油口压力且持续时长大于预设时长时，所述控制器依据当前平地机驱动模式输入装置输出的行走驱动模式控制各电磁控制阀，依据当前的平地机行走基准速度和前轮转向角度计算左前轮转速和右前轮转速，并输出相应的控制电流至左驱动泵和右驱动泵的电磁控制端。

本发明与现有技术相比，本发明的优点是在平地机转向时，根据前轮转向角度大小调节前轮马达所需流量以适应转向需求，减少前轮出现滑转，保证平地机在任何时候都能有效地发挥前轮助力的作用；特别地，该平地机前轮驱动控制系统对前轮驱动液压系统设置了安全保护机制，保护液压元件以及液压系统不因异常情况影响其性能，提高液压元件及液压系统的使用寿命。

附图说明

图1是本发明平地机前轮驱动控制系统液压原理图。

图2是本发明平地机前轮驱动控制系统液压原理框图。

图3是本发明平地机前轮驱动控制系统电气控制框图。

图4是本发明平地机左转向时左右前轮转弯半径计算示意图。

图5是本发明平地机右转向时左右前轮转弯半径计算示意图。

图中附图标记为：左液压马达1，右液压马达2，左前轮驱动控制阀3，速度切换阀4，右前轮驱动控制阀5，左驱动泵6，右驱动泵7，控制器8，左前轮转速传感器9，右前轮转速传感器10，发动机转速传感器11，后轮转速传感器12，左驱动泵A口压力传感器13，左驱动泵B口压力传感器14，右驱动泵C口压力传感器15，右驱动泵D口压力传感器16，转向角度传感器17，档位信号装置18，平地机驱动模式输入装置19、左驱动泵控制电磁铁Y1，右驱动泵控制电磁铁Y2，左前轮驱动控制阀电磁铁Y3，右前轮驱动控制阀控制电磁铁Y4，速度切换阀电磁铁Y5。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

如图1图2所示，本实施例中的平地机前轮驱动控制系统包括组合泵、左液压马达、右液压马达、左前轮驱动控制阀、右前轮驱动控制阀、油箱、速度切换阀、背压阀、蓄能器等。

组合泵组包括两个双向变量泵、补油泵、补油溢流阀等；两个双向变量泵分别是左驱动泵和右驱动泵，左驱动泵通过左前轮驱动控制阀与左液压马达连接，右驱动泵通过右前轮驱动控制阀与右液压马达连接。左前轮驱动控制阀为电磁阀，其上具有电磁铁控制左前轮驱动控制阀的工作位，使左前轮驱动控制阀将左驱动泵的进出油口与左液压马达的两个工作油口连接形成闭环回路，或者将左液压马达的两个工作油口连通，使得左液压马达工作于自由轮状态或者制动状态。右前轮驱动控制阀为电磁阀，其上具有电磁铁控制右前轮驱动控制阀的工作位，使右前轮驱动控制阀可将右驱动泵的进出油口与右液压马达的两个工作油口连接形成闭环回路，或者将右液压马达的两个工作油口连通，使得右液压马达工作于自由轮状态或者制动状态。

左驱动泵上的左驱动泵控制电磁铁Y1包括前进控制电磁铁和后退控制电磁铁，右驱动泵上的右驱动泵控制电磁铁Y2包括前进控制电磁铁和后退控制电磁铁，分别用于控制左驱动泵和右驱动泵正转与反转输出液压油，实现左液压马达和右液压马达的正转与反转，对应平地机的前进与后退。平地机前进时，左驱动泵A口和右驱动泵C为出油口，左驱动泵B口和右驱动泵D为进油口；平地机后退时，左驱动泵A口和右驱动泵C为进油口，左驱动泵B口和右驱动泵D为出油口。左前轮驱动控制阀电磁铁Y3和右前轮驱动控制阀控制电磁铁Y4也各自包括两个电磁铁，用于使左前轮驱动控制阀和右前轮驱动控制阀处于不同的工作位。这些电磁铁的电磁线圈均与控制器的不同的输出端连接。

速度切换阀也是电磁阀，其控制左液压马达与右液压马达工作于大排量或者小排量，实现高速档位或低速档位行走。

如图3的平地机前轮驱动控制系统电气控制框图所示，控制器8的输入端与左前轮转速传感器9、右前轮转速传感器10、发动机转速传感器11、后轮速度传感器12、左驱动泵A口压力传感器13、左驱动泵B口压力传感器14、右驱动泵C口压力传感器15、右驱动泵D口压力传感器16、转向角度传感器17以及档位信号装置18、平地机驱动模式输入装置19连接，控制器8的输出端与左驱动泵控制电磁铁Y1、右驱动泵控制电磁铁Y2、左前轮驱动控制阀电磁铁Y3、右前轮驱动控制阀控制电磁铁Y4、以及速度切换阀电磁铁Y5连接；控制器8实时接收左前轮转速传感器9、右前轮转速传感器10、发动机转速传感器11、后轮速度传感器12、左驱动泵A口压力传感器13、左驱动泵B口压力传感器14、右驱动泵C口压力传感器15、右驱动泵D口压力传感器16、转向角度传感器17以及档位信号装置18、平地机驱动模式输入装置19采集到的信号，经过处理、计算向左驱动泵控制电磁铁Y1、右驱动泵控制电磁铁Y2、左前轮驱动控制阀电磁铁Y3、右前轮驱动控制阀控制电磁铁Y4、以及速度切换阀电磁铁Y5输出相应指令，构成了平地机前轮驱动控制系统。

如图4的平地机左转向时左右前轮转弯半径计算示意图所示，其中，α角为右前轮转向角，β角为左前轮转向角。当平地机转向角度传感器17安装于左前轮转向节G处时，转向角度传感器10输出的前轮转向角度值为β值，则：

α＝cot^-1(cotβ+M/L)

根据图4的平地机左转向时左右前轮转弯半径计算示意图，得出平地机左转向时的左右前轮转弯半径：

R右＝L/sin|β|-e

R右＝L/sin|α|-e

如图5的平地机右转向时左右前轮转弯半径计算示意图所示，其中，α角为右前轮转向角，β角为左前轮转向角。当平地机转向角度传感器17安装于左前轮转向节G处时，转向角度传感器输出的前轮转向角度值为β值，则：

α＝cot^-1(cotβ-M/L)

根据图5的平地机右转向时左右前轮转弯半径计算示意图，得出平地机右转向时的左右前轮转弯半径：

R左＝L/sinβ+e

R右＝L/sinα-e

在图4图5中，O点是转向圆心，K点是后桥的中心点，N点是前桥的中心点，G点是左前轮的转向铰接点，H点是右前轮的转向铰接点，距离M是两前轮铰接点之间的距离，距离e是前轮中心到铰接点之间的距离，距离L是前桥轴线到后桥轴线的距离。

本发明的平地机前轮驱动控制系统及其控制方法的具体实施方案是这样的：

根据本发明的设计方案，当平地机左转向时，转向角度传感器17输出的前轮转向角度值为负值，当平地机右转时，转向角度传感器17输出的前轮转向角度值为正值。

平地机驱动模式输入装置19、可以是拨位开关，例如该拨位开关具有前轮驱动模式、后轮驱动模式、全轮驱动模式。

平地机驱动模式输入装置19向控制器传递的是平地机后轮驱动模式的信号时，即平地机不使用前轮助力，平地机行驶驱动力由后轮提供，此时，控制器8仅接收左前轮转速传感器9、右前轮转速传感器10、发动机转速传感器11、后轮速度传感器12、左驱动泵A口压力传感器13、左驱动泵B口压力传感器14、右驱动泵C口压力传感器15、右驱动泵D口压力传感器16、转向角度传感器17以及档位信号装置18采集到的信号，但不对各信号进行处理、计算，控制器8不输出任何指令，左前轮驱动控制阀和右前轮驱动控制阀分别将左液压马达和右液压马达的两个工作油口对应连通，使前轮液压马达维持自由轮状态。

平地机驱动模式输入装置19向控制器传递的是平地机使用前轮驱动模式的信号时，即平地机行驶驱动力由前轮提供，后轮为从动轮，此时，控制器8向左前轮驱动控制阀电磁铁Y3、右前轮驱动控制阀控制电磁铁Y4输出指令，使左液压马达、右液压马达与左驱动泵和右驱动泵连接形成闭环回路，同时，控制器接收左前轮转速传感器9、右前轮转速传感器10、发动机转速传感器11、后轮速度传感器12、左驱动泵A口压力传感器13、左驱动泵B口压力传感器14、右驱动泵C口压力传感器15、右驱动泵D口压力传感器16、转向角度传感器17以及档位信号装置18采集到的信号，并对发动机转速传感器11采集到的发动机转速值进行处理，控制器以发动机转速传感器检测到发动机转速以及预设的在前轮驱动模式下发动机转速与平地机行走速度的关系所确定的平地机仅使用前轮驱动直行的速度为平地机行走基准速度。

当平地机使用前轮驱动模式，即平地机行驶驱动力由前轮提供，后轮为从动轮，平地机转向时，前轮的速度与左前轮转弯半径R左、右轮转弯半径R右、前桥中心转弯半径R前相关，发动机的油门的开度即发动机的一定转速对应平地机仅使用前轮驱动直行的速度为V，作为平地机行走基准速度，

根据图4，平地机左转向时，

R前＝((L*cot|β|+M/2)²+L²)^0.5

根据图5，平地机右转向时，

R前＝((L*cotβ-M/2)²+L²)^0.5

则，左前轮速度V左＝V*[1+(R左-R前)/R前]

右前轮速度V右＝V*[1+(R右-R前)/R前]

根据上述速度计算值，计算左驱动泵、右驱动泵的排量，并向左驱动泵控制电磁铁Y1、右驱动泵控制电磁铁Y2输出对应电流，调节左驱动泵、右驱动泵的排量，使左驱动泵、右驱动泵输出的流量使前轮速度符合平地机转向时对转向内侧轮与转向外侧轮速度的不同需求，使平地机前轮绕着转向圆心行驶。控制器对左驱动泵、右驱动泵可以采取开环控制，即控制器根据左前轮速度和右前轮速度的计算值分别向左驱动泵、右驱动泵的对应电磁铁输出相应的控制电流，控制左驱动泵、右驱动泵的排量，使左驱动泵、右驱动泵输出的流量使左右前轮的速度等于左右前轮的速度计算值。控制器对左驱动泵、右驱动泵还可以采取闭环控制，即控制器8输出按左右前轮速度计算值所确定的控制电流后，再通过左前轮转速传感器9、右前轮转速传感器10采集到的左前轮、右前轮的速度实测值，并与左前轮、右前轮的速度计算值进行对比，从而调整输出电流调整左右驱动泵的排量使左右驱动泵输出的流量能使左右前轮的速度实测值与左右前轮的速度计算值一致；当发动机转速发生变化或转向角度变化后，控制器8重新计算后再向左驱动泵控制电磁铁Y1、右驱动泵控制电磁铁Y2输出指令，重新匹配前轮所需流量，调节左右前轮的速度，使平地机前轮绕着转向圆心行驶。

当平地机驱动模式输入装置19向控制器传递的是平地机全轮驱动模式的信号时，即平地机后轮输出驱动力的同时使用前轮助力，此时，控制器8向左前轮驱动控制阀电磁铁Y3、右前轮驱动控制阀控制电磁铁Y4输出指令使左液压马达、右液压马达与左驱动泵和右驱动泵连接形成闭环回路。

在使用全轮驱动时，控制器通过后轮转速传感器获取后轮的转速作为计算左右前轮的转速计算值时的基准速度。平地机转向时，前轮的速度与左前轮转弯半径R左、右前轮转弯半径R右、后桥中心转弯半径R后相关，

根据图4，平地机左转向时，

R后＝L*cot|β|+M/2

根据图5，平地机右转向时，

R后＝L*cotβ-M/2

设平地机后轮速度为V后，其作为平地机行走基准速度，则

左前轮速度V左＝V后*R左/R后

右前轮速度V右＝V后*R右/R后

根据上述速度计算值，计算左驱动泵、右驱动泵的排量，并向左驱动泵控制电磁铁Y1、右驱动泵控制电磁铁Y2输出对应电流，调节左驱动泵、右驱动泵的排量，使左驱动泵、右驱动泵输出的流量使前轮速度符合平地机转向时对转向内侧轮与转向外侧轮速度的不同需求，使平地机前轮绕着转向圆心行驶。

当平地机使用前轮助力前进行驶(包括前轮驱动模式和全轮驱动模式)时，左驱动泵A口和右驱动泵C口为出油口，左驱动泵B口和右驱动泵D口为出油口，控制器8接收到左驱动泵A口压力传感器13、左驱动泵B口压力传感器14、右驱动泵C口压力传感器15、右驱动泵D口压力传感器16采集到的左驱动泵、右驱动泵进出油口的压力值，当控制器8接收到任一压力值达到压力预设值P1时(意味着平地机前进阻力太大，超出设计值)，控制器8断开平地机前轮助力，即控制器8向左前轮驱动控制阀电磁铁Y3、右前轮驱动控制阀控制电磁铁Y4输出指令，切断驱动泵与前轮马达组成的助力回路，使其切换到自由轮状态，同时，控制器8向左驱动泵控制电磁铁Y1、右驱动泵控制电磁铁Y2输出指令，调节左驱动泵、右驱动泵的排量使左驱动泵、右驱动泵输出的流量达到最小值；当控制器8接收到左驱动泵A口压力传感器13、左驱动泵B口压力传感器14、右驱动泵C口压力传感器15、右驱动泵D口压力传感器16采集到的左驱动泵和右驱动泵进出口压力值低于压力设定值P2时(意味着平地机的前进阻力回到设计值范围之内)，平地机重新进入前轮助力状态(前轮驱动模式或全轮驱动模式)，此时，控制器8向左前轮驱动控制阀电磁铁Y3、右前轮驱动控制阀控制电磁铁Y4输出指令，使前轮液压马达进入驱动状态接通驱动泵与前轮液压马达组成的助力回路。

当平地机使用前轮助力前进行驶时，控制器8接收到左驱动泵A口压力传感器13、左驱动泵B口压力传感器14、右驱动泵C口压力传感器15、右驱动泵D口压力传感器16采集到的左驱动泵、右驱动泵进出口压力值，当左驱动泵B口压力传感器14采集到的压力值大于左驱动泵A口压力传感器13采集到的压力值且持续时间大于预设值时，或者当右驱动泵D口压力传感器16采集到的压力值大于右驱动泵C口压力传感器15采集到的压力值且持续时间大于预设值时，此时前轮转速超速，即前轮的实际转速大于由液压马达驱动时的转速,此时控制器8向左前轮驱动控制阀电磁铁Y3、右前轮驱动控制阀控制电磁铁Y4输出指令，断开前轮助力作用，同时，控制器8向左驱动泵控制电磁铁Y1、右驱动泵控制电磁铁Y2输出指令，调节左驱动泵、右驱动泵的排量使左驱动泵、右驱动泵输出的流量为最小值；当控制器8接收到左驱动泵B口压力传感器14采集到的压力值小于左驱动泵A口压力传感器13采集到的压力值，且右驱动泵D口压力传感器16采集到的压力值小于右驱动泵C口压力传感器15采集到的压力值时，平地机重新进入前轮助力状态，此时，控制器8向左前轮驱动控制阀电磁铁Y3、右前轮驱动控制阀控制电磁铁Y4输出指令，使前轮马达进入驱动状态接通驱动泵与前轮马达组成的助力回路。

在本发明中，平地机的后退与前进相比，平地机前进时，左驱动泵A口和右驱动泵C为出油口，左驱动泵B口和右驱动泵D为进油口；平地机后退时，左驱动泵A口和右驱动泵C为进油口，左驱动泵B口和右驱动泵D为出油口。平地机后退时的控制与平地机前进时的控制方法相同。