CN103147380B - 铣刨机行走机构的控制方法和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铣刨机行走机构的控制方法和控制系统。铣刨机行走机构采用液压传动，多个液压马达的油路并联连接至液压泵，分别驱动对应的履带，该铣刨机行走机构的控制方法包括:获取液压泵的工作压力和各条履带的滑转率；判断出各条履带的滑转率中的最小值，并将该最小值作为目标滑转率;根据工作压力和目标滑转率分别计算工作压力变化率和目标滑转率变化率;根据工作压力变化率和目标滑转率变化率计算行走效率变化率;比较行走效率变化率与预设值，根据比较结果调节液压泵的排量或液压马达的排量。本发明的技术方案通过调整履带的滚动速度改变行走机构的行走效率，保证行走效率的变化率稳定在预设的范围内，避免了铣刨机的功率无谓消耗。

Description

铣刨机行走机构的控制方法和控制系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种铣刨机行走机构的控制方法和控制系统。

背景技术

路面铣刨机作为一种路面养护的专用设备，一般用于公路及城市道路、机场等大面积铣削破碎作业及对水泥混凝土路面进行拉毛作业等。

图1是路面铣刨机的侧面视图，如图所示，目前大型铣刨机采用四条履带作为行走驱动机构。铣刨机构随车体移动对路面进行作业。为了提高整机功率的利用率，目前大多数铣刨机的铣刨装置采用机械式传动。铣刨机的铣刨和行走两个动作消耗的功率约占及其功率消耗的75％以上，同时，铣刨装置消耗的功率与行走速度存在直接联系，铣刨机工作时铣刨深度一定，行走速度的变化不仅影响行走机构消耗的功率，而且会影响铣刨机构的消耗功率。

行走机构采用液压传动，一般为单泵多马达配置。即发动机驱动一液压泵，多条履带上的液压马达的油路并联，并与液压泵连接，组成闭式回路，也就是一个液压泵同时向多个液压马达供给液压油，多个液压马达的工作压力相同。最常见的铣刨机一般使用4条履带作为行走机构，在这种情况下，液压泵同时向四个液压行走马达供油。

现有的大型铣刨机的功率控制一般采用总功率控制方式，即铣刨机施工作业时发动机转速固定，该固定转速对应一定的发动机输出扭矩。当各执行机构消耗的功率之和对应的扭矩大于发动机的输出扭矩时，发动机掉速。控制器对发动机转速进行监控。当转速下降至某一设定值时，为了避免发动机严重掉速甚至熄火的风险，控制器自动降低铣刨机的行走速度。这种总功率控制的方法，无法提供与工作载荷相匹配的工作速度，以牺牲部分功率的利用率换取发动机的工作可靠性。

另外，进行铣刨作业时，被铣削的路面材料的密实度、破坏程度及老化程度是随机的，从而造成实际作业时外负荷是随机的。其次，铣刨机由于设计结构布局的原因，四条履带上的实际附着重量不相等，接地比压不同，因此即使是在同一路面上，每条履带的最大附着力也不同。为了确保作业效率，操作人员一般根据施工经验来控制行走作业速度甚至于盲目提高行走速度来保证作业效率，由于操作人员在施工时无法准确感知外负荷的变化情况，如此操作容易造成机器过载，部分履带打滑严重，无谓的滑转消耗了行走功率，实际行走速度增加并不大，造成实际效益下降。

即使铣刨机液压行走马达采用多点变量马达，通过几档排量的进行设定，以使马达的工作能力能够适应各种载荷，也同样需要根据操作人员的经验来选择马达的排量，且四个马达的排量同时控制，不方便随实际工况需求进行调整。

针对现有技术中铣刨机无法根据外部负荷变化情况调整行走速度，造成效率下降的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种铣刨机行走机构的控制方法和控制系统，以解决现有技术中铣刨机无法根据外部负荷变化情况调整行走速度问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铣刨机行走机构的控制方法。其中，铣刨机行走机构采用液压传动，多个液压马达的油路并联连接至液压泵，分别驱动对应的履带，该铣刨机行走机构的控制方法包括：获取液压泵的工作压力和各条履带的滑转率；判断出各条履带的滑转率中的最小值，并将该最小值作为目标滑转率；根据工作压力和目标滑转率分别计算工作压力变化率和目标滑转率变化率；根据工作压力变化率和目标滑转率变化率计算行走效率变化率；比较行走效率变化率与预设值，根据比较结果调节液压泵的排量或液压马达的排量。

进一步地，获取各条履带的滑转率包括：获取铣刨机的实际行驶速度以分别计算得出各条履带的移动速度；分别获取多个液压马达的转速，利用转速分别计算具有该转速的液压马达驱动的履带的滚动速度；计算履带的滚动速度与履带的移动速度的比值，以得到该履带的滑转率。

进一步地，获取铣刨机的实际行驶速度以分别计算得出各条履带的移动速度包括：获取铣刨机的转向角度；根据转向角度和实际行驶速度分别计算各条履带的移动速度。

进一步地，获取液压泵的工作压力和各条履带的滑转率包括：每隔预设的固定周期采集液压泵的工作压力和各条履带的滑转率；判断出各条履带的滑转率中的最小值，并将该最小值作为目标滑转率包括：分别判断出每个固定周期内的各条履带的滑转率中的最小值以得到每个固定周期内的目标滑转率；根据工作压力和目标滑转率分别计算工作压力变化率和目标滑转率变化率包括：分别计算两个相邻周期内的工作压力的差值，并将得到的工作压力的差值作为工作压力变化率；分别计算两个相邻周期内的目标滑转率的差值，并将得到的目标滑转率的差值作为目标滑转率变化率。

进一步地，根据工作压力变化率和目标滑转率变化率计算行走效率变化率包括：利用液压泵的工作压力与液压马达驱动力的对应关系由工作压力变化率计算得出驱动力变化率；计算目标滑转率变化率与驱动力变化率的比值，并将得到的比值作为行走效率变化率。

进一步地，比较行走效率变化率与预设值，根据比较结果调节铣刨机的行走液压泵的排量或液压马达的排量包括：判断行走效率变化率是否小于第一预设值，该第一预设值小于目标最大行走效率点；当行走效率变化率小于第一预设值时，向液压泵或液压马达发送增大液压马达转速的控制信号；判断行走效率变化率是否大于第二预设值，第二预设值大于目标最大行走效率点；当行走效率变化率大于第二预设值时，向液压泵或液压马达发送降低液压马达转速的控制信号。

进一步地，向液压泵或液压马达发送增大液压马达转速的控制信号包括：判断液压泵是否处于最大排量状态；当液压泵处于最大排量状态时，向液压马达发送减小马达排量的控制信号；当液压泵未处于最大排量状态时，向液压泵发送提高液压泵排量的控制信号。

进一步地，向液压泵或液压马达发送降低液压马达转速的控制信号包括：判断液压泵是否处于最大排量状态；当液压泵未处于最大排量状态时，向液压泵发送减小液压泵排量的控制信号；当液压泵处于最大排量状态时，判断液压马达是否处于最大排量状态；当液压马达处于最大排量状态时，向液压泵发送减小液压泵排量的控制信号；当液压马达未处于最大排量状态时，向液压马达发送增大马达排量的控制信号。

根据本发明的另一个方面，提出了一种铣刨机行走机构的控制系统。其中，铣刨机行走机构采用液压传动，多个液压马达的油路并联连接至液压泵，分别驱动对应的履带。该铣刨机行走机构的控制系统包括：滑转率测量装置，用于分别测量各条履带的滑转率；压力传感器，设置在液压泵的工作油口处，用于测量液压泵的工作压力；控制器，与滑转率测量装置和压力传感器分别连接，用于获取液压泵的工作压力和各条履带的滑转率；判断出各条履带的滑转率中的最小值，并将该最小值作为目标滑转率；根据工作压力和目标滑转率分别计算工作压力变化率和目标滑转率变化率；根据工作压力变化率和目标滑转率变化率计算行走效率变化率；比较行走效率变化率与预设值，根据比较结果调节液压泵的排量或液压马达的排量。

进一步地，滑转率测量装置包括：多个转速传感器，分别设置在对应的液压马达上，用于测量对应的液压马达的转速，速度传感器，设置在铣刨机的机架上，用于测量铣刨机的实际行驶速度；控制器还用于：通过速度传感器获取铣刨机的实际行驶速度以分别计算得出各条履带的移动速度，通过多个转速传感器分别获取多个液压马达的转速，利用转速分别计算具有该转速的液压马达驱动的履带的滚动速度，计算履带的滚动速度与履带的移动速度的比值，并将该比值作为该履带的滑转率。

进一步地，滑转率测量装置还包括：转向测量传感器，用于测量铣刨机的转向角度并将转向角度发送给控制器；控制器还用于：获取铣刨机的转向角度；根据转向角度和实际行驶速度分别计算各条履带的移动速度。

进一步地，转向测量传感器为设置在转向油缸上的位移传感器，用于测量转向油缸的活塞杆位移；控制器还用于由活塞杆位移数据对应计算得出转向角度。

应用本发明的技术方案，本发明的技术方案根据履带的滑转率情况和液压系统的压力，实时计算履带的行走效率，按照行走效率的变化情况调整液压泵或者液压马达的排量，从而通过调整履带的滚动速度改变行走机构的行走效率，保证行走效率的变化率稳定在预设的范围内。从而实现了铣刨机行走机构实时根据外部负荷的变化调整行走速度，避免了铣刨机的功率无谓消耗，同时减小了操作人员的工作量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有路面铣刨机的侧面视图；

图2是根据本发明实施例的铣刨机行走机构的控制系统的示意图；

图3是根据本发明实施例的铣刨机行走机构的行走机构效率曲线；

图4是根据本发明实施例的铣刨机行走机构的控制方法的示意图

图5是根据本发明最佳实施例的铣刨机行走机构的控制系统的机构图；

图6是根据本发明最佳实施例的铣刨机行走机构的控制方法的流程图

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种铣刨机行走机构的控制系统，图2是根据本发明实施例的铣刨机行走机构的控制系统的示意图，如图2所示，该铣刨机行走机构包括：该铣刨机行走机构采用液压传动，多个液压马达13的油路并联连接至液压泵16，分别驱动对应的履带12，控制系统包括：滑转率测量装置18，用于分别测量各条履带12的滑转率；压力传感器601，设置在液压泵16的工作油口处，用于测量液压泵16的工作压力；控制器15，与滑转率测量装置18和压力传感器601分别连接，用于获取液压马达13的工作压力和各条履带12的滑转率；判断出各条履带12的滑转率中的最小值，该最小值作为目标滑转率；根据工作压力和目标滑转率分别计算工作压力变化率和目标滑转率变化率；根据工作压力变化率和目标滑转率变化率计算行走效率变化率，其中行走效率变化率为行走效率的变化率；根据行走效率变化率调节铣刨机的行走液压泵16的排量或液压马达13的排量。

使用本实施例的铣刨机行走机构的控制系统，控制器15根据履带12的滑转率情况和液压系统的压力，实时计算履带12的行走效率，按照行走效率的变化情况调整液压泵16或者液压马达13的排量，从而通过调整履带12的滚动速度改变行走机构的行走效率，保证行走效率的变化率稳定在预设的范围内。从而实现了铣刨机行走机构实时根据外部负荷的变化调整行走速度，避免了铣刨机的功率无谓消耗，同时减小了操作人员的工作量。

下面对铣刨机行走机构的控制系统的控制原理进行说明：

行走机构行走效率η_x与滚动效率η_f、滑转效率η_δ直接相关，即三者之间的关系满足公式：η_x=K*η_f*η_δ，其中，K为一个固定系数。因此为了得到行走机构行走效率η_x，必须先测量出滚动效率η_f及滑转效率η_δ。滚动效率η_f与马达有效驱动力相关，即马达的有效驱动力越大，滚动效率越高；滑转效率η_δ是与滑转率相关的函数，。本实施例的控制系统通过滑转率的变化率和驱动力的变化率得到行走机构行走效率η_x的变化趋势。

基于目前大型铣刨机均采用四条履带作为行走驱动机构，在此以四履带为例对本实施例的铣刨机行走机构的控制系统进行说明，本发明的技术方案通过可以应用于其它形式的履带铣刨机，并不局限于四履带的情况。

铣刨机行走机构采用四条履带作为行走驱动机构，发动机驱动液压泵16，驱动四条履带的液压马达13的工作油路并联后连接液压泵16，从而组成闭式回路。此处的液压泵16可以选择使用电比例控制的闭式泵，其排量可通过调节控制电流来控制；液压马达13使用变量马达，可以选择电比例控制变量马达。

图3是根据本发明实施例的铣刨机行走机构的行走机构效率曲线，在图中，横坐标为液压马达的驱动力F，纵坐标为效率百分比数值，曲线δ示出了履带滑转率随马达驱动力的变化情况，曲线η_x示出了行走效率随马达驱动力的变化情况。根据行走机构效率曲线，可以得出当铣刨机行走机构每条履带的附着重量和其与路面的附着系数一定时，随着液压马达的驱动力的增加，增加的驱动例一部分转换为有效的牵引动力，另一部分驱动力转化为无用的滑动，从而履带的滑转率逐渐增大，在液压马达的驱动力超过一个定值后，行走效率由增大变为减小，也就是增加的驱动力大部分转换为无用的履带滑动。根据马达输出扭矩公式：

$T_m=\frac{q_m\mathrm{\Δp}}{20\mathrm{\π}{\mathrm{\η}}_{\mathrm{mh}}}---\left(1\right)$

在式(1)中，T_m为马达输出扭矩，Δp为液压马达工作压差，由于铣刨机采用单泵多马达的配置，因此行走机构中各液压马达13的Δp相等，q_m为液压马达13的排量，η_mh为液压马达13的机械效率。因此，通过调节马达排量来调整马达输出扭矩，通过分别控制四个液压马达13的排量，可以分别控制每个马达的输出扭矩，再适当调节泵的排量来控制整体行走速度，最终实现每条履带的滑转率基本一致，且整体输出功率位于最佳范围，以提高行走效率。由于驱动力F是由马达输出扭矩T_m转换而来，所以以上马达输出扭矩T_m与液压马达的驱动力F为线性比例关系，其比例系数与机械结构如减速比、链轮半径相关。从而液压马达驱动力的变化率与输出扭矩的变化率是一致的。

在上面的式(1)中，液压马达工作压差Δp可以通过压力传感器直接测量得出，机械效率η_mh是固定值，液压马达13的排量q_m可以通过液压马达的控制信号与排量的对应关系由当前的控制信号直接得出。从而可以通过上面的公式得出计算液压马达的驱动力F。

本实施例的铣刨机行走机构的控制系统的滑转率测量装置18，可以通过测量液压马达13的转速对应得到履带12的滚动速度，结合铣刨机的实际转速，得出履带12的滑转率。具体地，滑转率测量装置18包括：多个转速传感器，分别设置在对应的液压马达13上，用于测量对应的液压马达13的转速，速度传感器，设置在铣刨机的机架上，用于测量铣刨机的移动速度。控制器15计算滑转率的流程具体可以为：通过速度传感器获取铣刨机的实际行驶速度，根据该实际行驶速度得出各条履带的移动速度，通过多个转速传感器分别获取多个液压马达13的转速，利用转速分别计算具有该转速的液压马达13驱动的履带12的滚动速度，计算履带12的滚动速度与履带的移动速度的比值，该比值即该履带12的滑转率。控制器15预先存储有铣刨机的机构参数，如减速比、链轮半径等，利用设置在四个液压马达13上的转速传感器测量得到的马达转速，即可计算得出履带12的速度。在铣刨机直线行驶时，铣刨机的实际行驶速度与各条履带的移动速度相同，而且铣刨机大多数运行均是直线行驶，一般情况下，可以认为铣刨机的实际行驶速度即各条履带的移动速度。

上述速度传感器也存在多种形式，例如速度传感器可以为GPS装置，利用该GPS的定位信息得到铣刨机的实际行驶速度；也可以为红外测距装置，利用该红外测距装置安装位置至参照物的距离得到铣刨机的实际行驶速度；还可以为超声波测距装置，利用该超声波测距装置安装位置至参照物的距离得到铣刨机的实际行驶速度。

考虑到铣刨机除直线运动外，在实际工作中还有一些需要转向运行的情况，由于在转向时，内侧履带和外侧履带的行进距离不同，因此需要利用速度传感器测量得到的铣刨机的实际行驶速度计算得出各条履带的移动速度。在铣刨机的行进速度一定的情况下，转向外侧履带的行进速度大于铣刨机整体的行进速度，而转向内侧履带的行进速度小于铣刨机整体的行进速度，此时在测量得到转向角度的情况下，可以使用转向角度值对履带的行进速度进行修正计算，从而使滑转率更加准确。

在铣刨机转向移动的情况下，得到各条履带12的移动速度还需要对铣刨机的转向角度进行测量，在这种情况下，本实施例的铣刨机行走机构的控制系统的转向测量装置还可以包括：转向测量传感器，用于测量铣刨机的转向角度并将前履带12的转向角度发送给控制器15。控制器15利用转向数据根据转向角度和实际行驶速度分别计算各条履带的移动速度。具体的计算公式可以根据速度传感器到各履带的距离结合转向角度简单计算得出。

在实际工作时，铣刨机转向角度一般较小，此时只需前履带转向即可满足转向要求，因此只在铣刨机前履带处设置一个转向测量传感器，以简化计算。考虑到极少的转弯角度较大的情况，也可以在铣刨机后履带处设置第二转向测量传感器，从而在少数的转向角度较大，同时使用前后履带共同转向时，控制器15同时获取两个转向测量传感器测量到的转向角度对履带12的移动速度进行计算。转向测量传感器可以使用设置在转向油缸上的位移传感器，用于测量转向油缸的活塞杆位移；控制器15由活塞杆位移数据对应计算得出转向角度。

在得到以上目标滑转率后，控制器15可以按照目标滑转率分别向多个液压马达13发送排量控制信号，以控制各条履带12的滑转率大体相同，实现每条履带12的滑转率平衡。

上述工作压力变化率和目标滑转率变化率的计算方法可以具体为，控制器可以设置一个固定周期，在每隔该周期的时间内，控制器15获取一次工作压力值和目标滑转率，计算本周期内获取数值与上一周期获取到的数值的差值作为变化率。施工作业时，控制器15实时监测各履带12的滑转率δ及马达驱动力F，并根据单位时问内滑转率的变化量Δδ及马达驱动力的变化量ΔF的比值来判断行走机构效率ηx是否处于最大效率点及效率的变化趋势。

其中，马达的驱动力F可以通过马达的输出扭矩对应得出，输出扭矩根据式(1)计算得出。由于将参数值控制在一个理想值(相当于图3中曲线ηx的最大值)上实现困难且容易造成系统过度波动，因此控制目标实际上为理想值附近的一个区间，在这个区问内行走机构效率曲线变化较为平缓，可将其对应的滑转率及驱动力作为控制范围。该范围是通过大量的实验预先得出的，可以代表大部分施工路面的附着特点。该范围的下限值设置为第一预设值，该范围的上限值设置为第二预设值，其中，第二预设值大于第一预设值，以上参数可以存储在控制器15中供控制使用。

控制器15根据行走效率变化率调节铣刨机的行走液压泵16的排量或液压马达13的排量的步骤可以具体包括：判断行走效率变化率是否小于第一预设值；当行走效率变化率小于第一预设值时，向液压泵16或液压马达13发送增大液压马达13转速的控制信号；判断行走效率变化率是否大于第二预设值；当行走效率变化率大于第二预设值时，向液压泵16或液压马达13发送降低液压马达13转速的控制信号。其中，向液压泵16或液压马达13发送增大液压马达13转速的控制信号可以具体包括：判断液压泵16是否处于最大排量状态；当液压泵16处于最大排量状态时，向液压马达13发送减小马达排量的控制信号；当液压泵16未处于最大排量状态时，向液压泵16发送提高液压泵16排量的控制信号。向液压泵16或液压马达13发送降低液压马达13转速的控制信号具体可以包括：判断液压泵16是否处于最大排量状态；当液压泵16未处于最大排量状态时，向液压泵16发送减小液压泵16排量的控制信号；当液压泵16处于最大排量状态时，判断液压马达13是否处于最大排量状态；当液压马达13处于最大排量状态时，向液压泵16发送减小液压泵16排量的控制信号；当液压马达13未处于最大排量状态时，向液压马达13发送增大马达排量的控制信号。

通过以上的控制方法优先通过对泵的控制来实现，当泵控制电流达到最大后还不能满足，此时再整体控制马达。这种情况一般出现在薄层铣刨或是混凝土路面拉毛等工况，工作阻力通常很小，在这种工况下，即使泵排量达到最大，系统压力也不是太高，即行走机构未能达到高效工作区间，此时控制器15整体降低马达排量，使行走速度进一步提高。

为了应付某些极限工况现象如某条履带全滑转或是某马达转速超过元件本身允许的极限转速，此时控制器15将直接调用对应的应急处理程序，以达到快速处理问题，防止元件寿命受影响的目的。控制器15通过调用常规程序和应急程序来完成行走控制。

本发明实施例还提供了一种铣刨机行走机构的控制方法，该铣刨机行走机构的控制方法可以通过本发明上述实施例所提供的任一种铣刨机行走机构的控制系统来执行，并且，该起铣刨机行走机构的控制方法可以应用于包括以上控制系统的铣刨机，图4是根据本发明实施例的铣刨机行走机构的控制方法的示意图，该控制方法包括：

步骤S41，获取液压泵的工作压力和各条履带的滑转率；

步骤S42，判断出各条履带的滑转率中的最小值，该最小值作为目标滑转率；

步骤S43，根据工作压力和目标滑转率分别计算工作压力变化率和目标滑转率变化率，其中工作压力变化率为工作压力的变化率，目标滑转率变化率为目标滑转率的变化率；

步骤S44，根据工作压力变化率和目标滑转率变化率计算行走效率变化率，其中行走效率变化率为行走效率的变化率；

步骤S45，根据行走效率变化率调节铣刨机的行走液压泵的排量或液压马达的排量。

其中，步骤S41中获取各条履带的滑转率具体可以包括：获取铣刨机的实际行驶速度以分别计算得出各条履带的移动速度；分别获取多个液压马达的转速，利用转速分别计算具有该转速的液压马达驱动的履带的行进速度，也就是利用第一液压马达的转速计算第一液压马达驱动的第一履带的行进速度；计算履带的滚动速度与履带的移动速度的比值，该比值即该履带的滑转率。

考虑到铣刨机转向对滑转率的影响，以上步骤S42中判断出各条履带的滑转率中的最小值具体可以包括：获取铣刨机的转向角度；按照转向角度对各条履带的滑转率进行修正，得到各条履带的修正滑转率；比较各条履带的修正滑转率，得出数值最小的修正滑转率作为各条履带的滑转率中的最小值。为了稳定各履带的滑转率基本相同，在判断出各条履带滑转率中的最小值的步骤之后还可以包括：按照目标滑转率分别向多个液压马达发送排量控制信号，以控制各条履带的滑转率相同。

步骤S44中根据工作压力变化率和目标滑转率变化率计算行走效率变化率具体可以包括：利用液压泵的工作压力与液压马达驱动力的对应关系由工作压力变化率计算得出液压马达的驱动力变化率ΔF；计算目标滑转率变化率Δδ与驱动力变化率ΔF的比值，得到的数值即行走效率变化率Δδ/ΔF。

为了减小计算变化率的计算量，上述可以采用固定周期采集数值，利用相邻周期采样点数据的差值作为变化率的方法。具体而言，获取液压泵的工作压力和各条履带的滑转率包括：每隔预设的固定周期采集液压泵的工作压力和各条履带的滑转率；判断出各条履带的滑转率中的最小值，并将该最小值作为目标滑转率包括：分别判断出每个固定周期内的各条履带的滑转率中的最小值以得到每个固定周期内的目标滑转率；根据工作压力和目标滑转率分别计算工作压力变化率和目标滑转率变化率包括：分别计算两个相邻周期内的工作压力的差值，并将得到的工作压力的差值作为工作压力变化率；分别计算两个相邻周期内的目标滑转率的差值，并将得到的目标滑转率的差值作为目标滑转率变化率。

步骤S45中根据行走效率变化率调节铣刨机的行走液压泵的排量或液压马达的排量包括：判断行走效率变化率Δδ/ΔF是否小于第一预设值；当行走效率变化率Δδ/ΔF小于第一预设值时，向液压泵或液压马达发送增大液压马达转速的控制信号；判断行走效率变化率Δδ/ΔF是否大于第二预设值；当行走效率变化率Δδ/ΔF大于第二预设值时，向液压泵或液压马达发送降低液压马达转速的控制信号。

具体地，以上向液压泵或液压马达发送增大液压马达转速的控制信号的步骤可以包括：判断液压泵是否处于最大排量状态；当液压泵处于最大排量状态时，向液压马达发送减小马达排量的控制信号；当液压泵未处于最大排量状态时，向液压泵发送提高液压泵排量的控制信号。

类似地，以上向液压泵或液压马达发送降低液压马达转速的控制信号的步骤可以包括：判断液压泵是否处于最大排量状态；当液压泵未处于最大排量状态时，向液压泵发送减小液压泵排量的控制信号；当液压泵处于最大排量状态时，判断液压马达是否处于最大排量状态；当液压马达处于最大排量状态时，向液压泵发送减小液压泵排量的控制信号；当液压马达未处于最大排量状态时，向液压马达发送增大马达排量的控制信号。

以下结合附图，对一种使用以上控制方法和控制系统的四履带的铣刨机进行行走控制的最佳实施例进行说明，图5是根据本发明最佳实施例的铣刨机行走机构的控制系统的机构图，图6是根据本发明最佳实施例的铣刨机行走机构的控制方法的流程图。

该铣刨机的行走机构固定在机架11上，液压泵16在动力源(发动机)的驱动下，向四个液压马达供油，四个液压马达的油路并联与液压泵16连接，每个液压马达分别驱动对应的履带，每个液压马达上装配有测量转速的转速传感器，具体地，第一马达131驱动第一履带121，第二马达132驱动第二履带122，第三马达133驱动第三履带123，第四马达134驱动第四履带124，第一转速传感器301设置在第一马达131，用于测量第一马达131的转速ω1，第二转速传感器302设置在第二马达132，用于测量第二马达132的转速ω2，第三转速传感器303设置在第三马达133，用于测量第三马达133的转速ω3，第四转速传感器304设置在第四马达134，用于测量第四马达134的转速ω4。速度传感器101，设置在铣刨机机架上不易受到干扰的位置，用来测量铣刨机实际行驶速度V1。第一位移传感器401和第二位移传感器402，分别装配在前桥转向油缸和后桥的转向油缸上，控制器15根据此油缸活塞的位移信号可以判断是否处于转向状态并计算出转向角度α1、α2。液压泵16的工作油口上设置有压力传感器601，用于测量液压系统工作时的液压压力P，以供控制器15结合当前的马达排量计算行走驱动力F，其中马达的排量可以利用当前马达控制信号对应得出。

铣刨机工作时，装配于机架上的速度传感器101将实际行驶速度V1测量出来，控制器15每隔固定的检测周期读取一次传感器的测量结果。速度传感器101装配配于机架后端等不容易被干扰的位置，可以选择使用为超声波传感器或是GPS装置。

装配于马达上的转速传感器301、302、303、304用来准确获取各行走马达的实际转速，此转速经控制器15换算，可得出每条履带的滚动速度。

同时，控制器15将读取转向油缸的位移传感器401、402的参数，以判断铣刨机是直线行驶或是处于转弯状态。图5中示意的控制系统在前、后转向油缸上都安装有测量用的传感器，控制器15对于这些信号处理后就可以得出铣刨机此刻的转向角度。

铣刨机工作时转向角度不大，一般情况下可以只获取前履带转向角度，以简化控制程序，提高计算速度。转向测量传感器可为油缸上的位移传感器，通过测量转向油缸活塞杆位移来换算出转向角度，也可以直接采用角度传感器来测量转向角度。

控制器15通过接收以上各传感器的信号，就能实时调整行走状态，这样可以大大简化操作人员施工时对行走速度、行走档位的操作，降低工作强度；同时行走机构的工作效率高，降低了铣刨作业的整体能耗，提高了效益。该铣刨机的行走控制方法的详细控制流程如图6所示：

为了提高启动平稳性和启动扭矩，马达处于最大排量。铣刨作业前，预先设置好铣刨深度等工作参数。操作人员通过控制按钮启动相应控制程序，此时铣刨机速度为0，控制器15计算出行走机构滑转率也为0，即行走机构效率处于效率曲线的最左端，此时效率最低，控制器15向液压泵16发出信号，增加液压泵16的控制电流，流量输出至各液压马达，铣刨机开始前进。

行走过程中，每一个固定周期，控制器15读取所有传感器的参数。控制器15通过301、302、303、304四个转速传感器计算出每条履带的转动速度，通过转向传感器401、402的测量数据计算出铣刨机转向角度，在铣刨机直线行驶时，转向角度为0，铣刨机的实际行驶速度与各条履带的移动速度相同。将这些数据计算即可得出四条履带的滑转率δ1、δ2、δ3、δ4，将其中值最小的一个滑转率δp作为控制目标，调节其余三个马达的控制电流，降低滑转率高的履带对应马达的排量，最终达到每条履带的滑转率大体相同。这样控制的好处有两点，一是所有履带的滑转率相同，则没有多余的滑转功率损失；二是控制滑转率相同，则直线行走时直线度好，操作人员可以降低频繁修正方向的频率。

因大部分铣刨作业时转向角度均较小，只需用到前桥转向即可满足施工要求，也可只读取第一位移传感器401测量的位移数据进行转向角度计算。控制器15利用转向数据根据转向角度和实际行驶速度分别计算各条履带的移动速度。具体的计算公式可以根据速度传感器到各履带的距离结合转向角度计算得出。

控制器15在读入转速信号的同时，行走压力信号P也被读入。控制器15将本周期内读取的数据与上周期读取的数据进行对比，从而得到目标滑转率变化率即滑转率的变化量Δδ、行走效率变化率即工作压力的变化量Δp，因为根据驱动力ΔF的大小于工作压力Δp的大小存在对应关系，通过Δp可相应得出对应驱动力ΔF。根据行走机构效率曲线，Δδ/ΔF的值即该效率曲线的变化率。在效率曲线的初始阶段，很小的Δδ变化就可导致ΔF的较大的变化，即Δδ/ΔF的值很小。随着Δδ/ΔF值的不断增加，行走机构进入效率曲线的中问段，此段较稳定且变化平缓，此段即为最佳工作区问。当Δδ/ΔF的值进一步增大，行走机构效率快速下降，外在现象是履带滑转加大，但实际驱动力增加并不多，大部分行走功率消耗在滑转上。最佳工作区问分界点Δδ/ΔF的最佳范围事先根据机器状况和大量的路面实验得出。因驱动力F由系统压力体现，通过控制行驶速度即可控制系统压力，进而控制行走机构效率。

以上速度控制优先通过对泵的控制来实现，当液压泵16控制电流达到最大后还不能满足，此时再整体控制马达。这种情况一般出现在薄层铣刨或是混凝土路面拉毛等工况，工作阻力通常很小，在这种工况下，即使泵排量达到最大，系统压力也不是太高，即行走机构未能达到高效工作区间，此时控制器15整体降低马达排量，使行走速度进一步提高。

为了应付某些极限工况现象如某条马达履带全滑转或是某马达转速超过元件本身允许的极限转速，此时控制器15将直接调用对应的应急处理程序，以达到快速处理问题，防止元件寿命受影响的目的。控制器15通过调用常规程序和应急程序来完成行走控制。

应用本发明的技术方案，本发明的技术方案根据履带的滑转率情况和液压系统的压力，实时计算履带的行走效率，按照行走效率的变化情况调整液压泵或者液压马达的排量，从而通过调整履带的行进速度改变行走机构的行走效率，保证行走效率的变化率稳定在预设的范围内。从而实现了铣刨机行走机构实时根据外部负荷的变化调整行走速度，避免了铣刨机的功率无谓消耗，同时减小了操作人员的工作量。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种铣刨机行走机构的控制方法，该铣刨机行走机构采用液压传动，多个液压马达的油路并联连接至液压泵，分别驱动对应的履带，其特征在于，该控制方法包括：

获取所述液压泵的工作压力和各条履带的滑转率；

判断出所述各条履带的滑转率中的最小值，并将该最小值作为目标滑转率；

根据所述工作压力和所述目标滑转率分别计算工作压力变化率和目标滑转率变化率；

根据所述工作压力变化率和所述目标滑转率变化率计算行走效率变化率；

比较所述行走效率变化率与预设值，根据比较结果调节所述液压泵的排量或所述液压马达的排量。

2.根据权利要求1所述的铣刨机行走机构的控制方法，其特征在于，获取各条履带的滑转率包括：

获取所述铣刨机的实际行驶速度以分别计算得出所述各条履带的移动速度；

分别获取所述多个液压马达的转速，利用所述转速分别计算具有该转速的液压马达驱动的履带的滚动速度；

计算所述履带的滚动速度与所述履带的移动速度的比值，以得到该履带的滑转率。

3.根据权利要求2所述的铣刨机行走机构的控制方法，其特征在于，获取所述铣刨机的实际行驶速度以分别计算得出所述各条履带的移动速度包括：

获取所述铣刨机的转向角度；

根据所述转向角度和所述实际行驶速度分别计算所述各条履带的移动速度。

4.根据权利要求1所述的铣刨机行走机构的控制方法，其特征在于，

获取所述液压泵的工作压力和各条履带的滑转率包括：每隔预设的固定周期采集所述液压泵的工作压力和所述各条履带的滑转率；

判断出所述各条履带的滑转率中的最小值，并将该最小值作为目标滑转率包括：分别判断出每个所述固定周期内的所述各条履带的滑转率中的最小值以得到每个所述固定周期内的所述目标滑转率；

根据所述工作压力和所述目标滑转率分别计算工作压力变化率和目标滑转率变化率包括：

分别计算两个相邻所述固定周期内的所述工作压力的差值，并将得到的所述工作压力的差值作为工作压力变化率；

分别计算两个相邻所述固定周期内的所述目标滑转率的差值，并将得到的所述目标滑转率的差值作为所述目标滑转率变化率。

5.根据权利要求1所述的铣刨机行走机构的控制方法，其特征在于，根据所述工作压力变化率和所述目标滑转率变化率计算所述行走效率变化率包括：

利用所述液压泵的工作压力与所述液压马达驱动力的对应关系由所述工作压力变化率计算得出驱动力变化率；

计算所述目标滑转率变化率与所述驱动力变化率的比值，并将得到的比值作为所述行走效率变化率。

6.根据权利要求1所述的铣刨机行走机构的控制方法，其特征在于，比较所述行走效率变化率与预设值，根据比较结果调节所述铣刨机的行走液压泵的排量或所述液压马达的排量包括：

判断所述行走效率变化率是否小于第一预设值，该第一预设值小于目标最大行走效率点；

当所述行走效率变化率小于所述第一预设值时，向所述液压泵或所述液压马达发送增大液压马达转速的控制信号；

判断所述行走效率变化率是否大于第二预设值，所述第二预设值大于所述目标最大行走效率点；

当所述行走效率变化率大于所述第二预设值时，向所述液压泵或所述液压马达发送降低液压马达转速的控制信号。

7.根据权利要求6所述的铣刨机行走机构的控制方法，其特征在于，向所述液压泵或所述液压马达发送增大液压马达转速的控制信号包括：

判断所述液压泵是否处于最大排量状态；

当所述液压泵处于最大排量状态时，向所述液压马达发送减小马达排量的控制信号；

当所述液压泵未处于最大排量状态时，向所述液压泵发送提高液压泵排量的控制信号。

8.根据权利要求6所述的铣刨机行走机构的控制方法，其特征在于，向所述液压泵或所述液压马达发送降低液压马达转速的控制信号包括：

判断所述液压泵是否处于最大排量状态；

当所述液压泵未处于最大排量状态时，向所述液压泵发送减小液压泵排量的控制信号；

当所述液压泵处于最大排量状态时，判断所述液压马达是否处于最大排量状态；

当所述液压马达处于最大排量状态时，向所述液压泵发送减小液压泵排量的控制信号；

当所述液压马达未处于最大排量状态时，向所述液压马达发送增大马达排量的控制信号。

9.一种铣刨机行走机构的控制系统，该铣刨机行走机构采用液压传动，多个液压马达的油路并联连接至液压泵，分别驱动对应的履带，其特征在于，所述控制系统包括：

滑转率测量装置，用于分别测量各条履带的滑转率；

压力传感器，设置在所述液压泵的工作油口处，用于测量液压泵的工作压力；

控制器，与所述滑转率测量装置和所述压力传感器分别连接，用于获取所述液压泵的工作压力和各条履带的滑转率；判断出所述各条履带的滑转率中的最小值，并将该最小值作为目标滑转率；根据所述工作压力和所述目标滑转率分别计算工作压力变化率和目标滑转率变化率；根据所述工作压力变化率和所述目标滑转率变化率计算行走效率变化率；比较所述行走效率变化率与预设值，根据比较结果调节所述液压泵的排量或所述液压马达的排量。

10.根据权利要求9所述的铣刨机行走机构的控制系统，其特征在于，

所述滑转率测量装置包括：多个转速传感器，分别设置在对应的液压马达上，用于测量对应的液压马达的转速，速度传感器，设置在所述铣刨机的机架上，用于测量所述铣刨机的实际行驶速度；

所述控制器还用于：通过所述速度传感器获取铣刨机的实际行驶速度以分别计算得出所述各条履带的移动速度，通过所述多个转速传感器分别获取所述多个液压马达的转速，利用所述转速分别计算具有该转速的液压马达驱动的履带的滚动速度，计算所述履带的滚动速度与所述履带的移动速度的比值，并将该比值作为该履带的滑转率。

11.根据权利要求10所述的铣刨机行走机构的控制系统，其特征在于，

所述滑转率测量装置还包括：转向测量传感器，用于测量所述铣刨机的转向角度并将所述转向角度发送给所述控制器；

所述控制器还用于：获取铣刨机的转向角度；根据所述转向角度和所述实际行驶速度分别计算所述各条履带的移动速度。

12.根据权利要求11所述的铣刨机行走机构的控制系统，其特征在于，转向测量传感器为设置在转向油缸上的位移传感器，用于测量转向油缸的活塞杆位移；所述控制器还用于由所述活塞杆位移数据对应计算得出所述转向角度。