《電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統》是內蒙古北方重型汽車股份有限公司於2012年6月1日申請的專利，該專利的申請號為2012101905736，公布號為CN102717801A，授權公布日為2012年10月10日，發明人是劉強、汪仁志、王逢全、孟有平、郭海全、高利軍、孫明達、張強、賈占軍。
《電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統》涉及一種電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統，特別是電動輪非公路自卸車坡道起步時自動實現防倒滑系統，屬於非公路自卸車智慧型控制領域。該發明包括：油門踏板、換檔選擇器，還包括：輪馬達驅動系統、制動系統、稱重系統、傾角儀；系統採集來自傾角儀的坡道坡度值及來自稱重系統的電動輪礦用卡車載重量，從而計算出電動輪礦用卡車在解除制動器的情況下能夠不倒滑的安全力矩F0，進而去控制力矩控制器不斷地增加施加在輪馬達電機上的力矩F，當F＞F0時，鬆開制動器以實現平穩地坡道起步。有了該系統，駕駛員只需要直接使用油門踏板就可以實現電動輪礦用卡車在坡道上的自動防倒滑起步，而無需配合使用工作制動踏板。
2018年12月20日，《電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統
- 公布號：CN102717801A
- 授權日：2012年10月10日
- 申請號：2012101905736
- 申請日：2012年6月1日
- 申請人：內蒙古北方重型汽車股份有限公司
- 地址：內蒙古自治區包頭市稀土高新區北重路北方股份大廈
- 發明人：劉強、汪仁志、王逢全、孟有平、郭海全、高利軍、孫明達、張強、賈占軍
- Int.Cl.：B60W30/18(2012.01)I; B60W10/08(2006.01)I; B60W10/18(2012.01)I; B60W40/10(2012.01)I等
- 代理機構：包頭市專利事務所
- 代理人：莊英菊
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
電動輪非公路自卸車是一種大型運輸設備，具有載重量大、效率高、運輸成本低及使用壽命長等特點，以下簡稱為“電動輪礦用卡車”。隨著露天礦向大型化發展，礦山用戶對大型電動輪礦用卡車的需求量越來越多，同時對電動輪礦用卡車的操作要求也越來越高。特別地，在上坡時駕駛員由於某種因素剎車停車，再次起步時就會遇到倒滑現象。而且這種工況非常普遍，因為露天礦山的開採過程就決定每一次拉運都是重載上坡，截至2012年6月礦山上使用的電動輪礦用卡車重載重量都在400噸以上，如此大噸位的電動輪礦用卡車如果在坡上發生倒滑現象是非常危險的。通過情況下，駕駛員一般都是通過配合工作制動踏板來實現坡道起步防倒滑。這種方法不僅操作困難，很大程度上增加了駕駛員駕駛的疲勞度，而且對卡車的制動器的損壞也很嚴重，最為重要的還是不可靠、不安全，仍然會出現倒滑現場，造成嚴重事故。所以，礦山用戶都在強烈地要求主機廠解決坡起倒滑問題。
發明內容
專利目的
《電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統》的目的在於提供一種電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統，該系統對電動輪礦用卡車坡道起步過程實現自動控制，自動控制輪馬達電機的牽引力矩，嚴格避免坡道起步時的倒滑現象，實現電動輪礦用卡車在坡道上自動防倒滑平穩起步。
技術方案
《電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統》包括：油門踏板、換檔選擇器，還包括：輪馬達驅動系統、制動系統、稱重系統、傾角儀；其中：
輪馬達驅動系統包括：速度感測器、力矩感測器和輪馬達電機，輪馬達電機輸出端分別與速度感測器和力矩感測器輸入端連線；
制動系統包括：力矩比較器、力矩控制器、油門比較器、加速度比較器、方向比較器、推進控制器，所述力矩比較器、加速度比較器、油門比較器、方向比較器的輸出端分別與推進控制器的輸入端連線，推進控制器的輸出端與力矩控制器輸入端連線，力矩控制器的輸出端連線到輪馬達電機的輸入端；
輪馬達驅動系統中的速度感測器輸出端分別與加速度比較器、方向比較器輸入端連線，力矩感測器的輸出端與力矩比較器的輸入端連線；
油門比較器的輸入端與油門踏板的輸出端連線，方向比較器的輸入端還與換檔選擇器的輸出端相連線；
稱重系統輸出端與推進控制器的輸入端連線；
傾角儀輸出端與推進控制器的輸入端連線。
所述傾角儀為安裝在電動輪礦用卡車內部的傾角感測器，傾角感測器通過導線與推進控制器連線，用於測量電動輪礦用卡車所在坡道的坡度值。
所述方向比較器實時採集換檔選擇器的檔位信號和速度感測器的速度信號，通過方向比較器進行比較，保證在前進檔時，電動輪礦用卡車的速度方向一定是向前。
所述稱重系統是安裝在電動輪礦用卡車的平台上，稱重系統通過導線與推進控制器連線，用於測量電動輪礦用卡車的載重量。
改善效果
《電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統》是在電動輪礦用卡車平台上安裝了稱重系統，用於測量電動輪礦用卡車的載重量，並且為控制系統配置了推進控制器、力矩比較器、加速度比較器、油門比較器、方向比較器和傾角儀。所述電動輪礦用卡車推進控制器實時採集來自稱重系統的載重量和來自傾角儀的坡道值，並計算坡起防倒滑的安全力矩值F0，然後將該值傳送給力矩控制器，通過駕駛員加大油門的操作來增加施加在輪馬達電機上的牽引力矩。當力矩感測器的反饋值F大於安全力矩F0時，推進控制器才去控制制動系統鬆開制動器，最終實現電動輪礦用卡車的坡道防倒滑起步。
附圖說明
圖1為系統示意圖；
圖2為系統原理圖；
圖3為控制系統流程圖。
技術領域
《電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統》涉及一種電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統，特別是電動輪非公路自卸車坡道起步時自動實現防倒滑系統，屬於非公路自卸車智慧型控制領域。
權利要求
電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統，包括：電動輪礦用卡車（1）、油門踏板（15）、換檔選擇器（16）；其特徵在於，還包括：輪馬達驅動系統（3）、制動系統（2）、稱重系統（14）、傾角儀（13），其中：
輪馬達驅動系統（3）包括：速度感測器（5）、力矩感測器（6）和輪馬達電機（7），輪馬達電機（7）輸出端分別與速度感測器（5）和力矩感測器（6）的輸入端連線；
制動系統（2）包括：力矩比較器（9）、力矩控制器（8）、油門比較器（11）、加速度比較器（10）、方向比較器（17）、推進控制器（12），所述力矩比較器（9）、加速度比較器（10）、油門比較器（11）、方向比較器（17）的輸出端分別與推進控制器（12）的輸入端連線，推進控制器（12）的輸出端與力矩控制器（8）的輸入端連線，力矩控制器（8）的輸出端連線到輪馬達電機（7）的輸入端；
輪馬達驅動系統（3）中的速度感測器（5）輸出端分別與加速度比較器（10）、方向比較器（17）輸入端連線，力矩感測器（6）的輸出端與力矩比較器（9）的輸入端連線；油門比較器（11）的輸入端與油門踏板（15）的輸出端連線，方向比較器（17）的輸入端還與換檔選擇器（16）的輸出端相連線；
稱重系統（14）輸出端與推進控制器（12）的輸入端連線；
推進控制器（12）實時地採集稱重系統（14）、傾角儀（13）傳送回來的數據，並且計算電動輪礦用卡車（1）在不藉助制動器的情況下，能夠在坡道平穩防倒滑停住的安全電機力矩值
，用與力矩比較器（9）反饋回來的輪馬達力矩值
進行比較，如果反饋值未達到安全值，推進控制器（12）則通過油門比較器（11）採集到的油門踏板加速信號來控制力矩控制器（8）繼續增加施加在輪馬達電機（7）上的力矩，直到反饋值大於安全值時，制動系統（2）鬆開制動器，實現電動輪礦用卡車的平穩起步；
所述方向比較器（17）實時採集換檔選擇器（16）的檔位信號和速度感測器（5）的速度信號，通過方向比較器（17）進行比較，保證在前進檔時，電動輪礦用卡車（1）的速度方向一定是向前；
所述傾角儀（13）輸出端與推進控制器（12）的輸入端連線，傾角儀（13）為安裝在電動輪礦用卡車（1）內部的傾角感測器，傾角感測器通過導線與推進控制器（12）連線，用於測量電動輪礦用卡車（1）所在坡道的坡度值；
所述稱重系統（14）安裝在電動輪礦用卡車（1）的平台上，稱重系統（14）通過導線與推進控制器（12）連線，用於測量電動輪礦用卡車（1）的載重量。
實施方式
《電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統》包括：電動輪礦用卡車1、油門踏板15、換檔選擇器16；還包括：輪馬達驅動系統3、制動系統2、稱重系統14、傾角儀13，其中：
輪馬達驅動系統3包括：速度感測器5、力矩感測器6和輪馬達電機7，輪馬達電機7輸出端分別與速度感測器5和力矩感測器6的輸入端連線；
制動系統2包括：力矩比較器9、力矩控制器8、油門比較器11、加速度比較器10、方向比較器17、推進控制器12，所述力矩比較器9、加速度比較器10、油門比較器11、方向比較器17的輸出端分別與推進控制器12的輸入端連線，推進控制器12的輸出端與力矩控制器8的輸入端連線，力矩控制器8的輸出端連線到輪馬達電機7的輸入端；
輪馬達驅動系統3中的速度感測器5輸出端分別與加速度比較器10、方向比較器17輸入端連線，力矩感測器6的輸出端與力矩比較器9的輸入端連線；
油門比較器11的輸入端與油門踏板15的輸出端連線，方向比較器17的輸入端還與換檔選擇器16的輸出端相連線；
稱重系統14輸出端與推進控制器12的輸入端連線；
傾角儀13輸出端與推進控制器12的輸入端連線。
推進控制器12實時地採集稱重系統14、傾角儀13傳送回來的數據，並且計算電動輪礦用卡車1在不藉助制動器的情況下，能夠在坡道平穩防倒滑停住的安全電機力矩值，用與力矩比較器9反饋回來的輪馬達力矩值F進行比較，如果反饋值未達到安全值，推進控制器12則通過油門比較器11採集到的油門踏板加速信號來控制力矩控制器8繼續增加施加在輪馬達電機7上的力矩，直到反饋值大於安全值時，才控制制動系統2鬆開制動器，最終實現電動輪礦用卡車的平穩起步。
傾角儀13為安裝在電動輪礦用卡車1內部的傾角感測器，傾角感測器通過導線與推進控制器12連線，用於測量電動輪礦用卡車1所在坡道的坡度值。
方向比較器17實時採集換檔選擇器16的檔位信號和速度感測器5的速度信號，通過方向比較器17進行比較，保證在前進檔時，電動輪礦用卡車1的速度方向一定是向前。
稱重系統14安裝在電動輪礦用卡車1的平台上，稱重系統14通過導線與推進控制器12連線，用於測量電動輪礦用卡車1的載重量。圖1為系統示意圖，定義：G為電動輪礦用卡車1總重量、Gtruck為電動輪礦用卡車1自重、GWeitht為來自稱重系統14的電動輪礦用卡車1載重量、μ為坡道的滾動摩擦係數、a為電動輪礦用卡車1所在坡道的坡度值、為電動輪礦用卡車1不藉助制動器，能夠在坡道上平穩停住的輪馬達電機7的安全力矩、F為施加在輪馬達電機7上的力矩反饋值。
如圖所示，可得：
G＝Gtruck+GWeitht
G2＝Gcosa
G1＝Gsina
f＝μ Gcosa
所以安全力矩F0的計算公式如下：
F0＝G1+f
＝Gsina+μG2
＝Gsina+μGcosa 公式（一）
＝G（sina+μcosa）
＝（Gtruck+GWeitht）（sina+μcosa）
從圖1中可以看出，坡道防倒滑平穩起步的條件為：
F＞F0＝（Gtruck+Gweight）（sina+μcosa） 公式（二）
圖2為系統原理圖，如圖所示：輪馬達電機7為電動輪礦用卡車1推進的執行元件，在輪馬達驅動系統3上安裝了速度感測器5用於實時監控輪馬達電機7的速度，安裝了力矩感測器6用於實時監控輪馬達電機7的力矩值；安裝在電動輪礦用卡車1平台上的稱重系統14用於測量電動輪礦用卡車當前的載重量GWeitht；安裝在電動輪礦用卡車1上的傾角儀13用於測量電動輪礦用卡車1所在坡道的坡度值a；推進控制器8為該系統的控制中心，它的輸入端同時與稱重系統14、傾角儀13、力矩比較器9、加速度比較器10、油門比較器11及方向比較器17的輸出端連線，並實時地接收它們傳送過來的數據，其輸出端則與力矩控制器8連線，並將處理完的數據指令傳送給力矩控制器8，而力矩控制器8則為輪馬達電機7的直接控制單元，它按照推進控制器12的指令實時向輪馬達電機7施加力矩；油門比較器11的輸入端與油門踏板15連線，實時採集駕駛員通過油門踏板15的加速信號；方向比較器17的輸入端則分別與換檔選擇器16和速度感測器5的輸出端相連線，用以確保方向和速度一致，嚴格防止倒滑。
圖3為控制系統流程圖，如圖所示，首先通過方向比較器17和加速度比較器10採集速度感測器5和換檔選擇器16的信號，並確保電動輪礦用卡車1在坡道上掛前進檔時其速度方向一定是向前的。然後通過安裝在電動輪礦用卡車1上的稱重系統14測得電動輪礦用卡車當前的載重量GWeitht，通過安裝在電動輪礦用卡車上的傾角儀13測得電動輪礦用卡車1所在坡道的坡度值a，而電動輪礦用卡車1的自重Gtruck是已知的。那么，推進控制器12就可以根據公式（一）計算出電動輪礦用卡車1輪馬達電機7的安全力矩。與此同時，駕駛員通過油門踏板15的將加速信號傳送至油門比較器11，油門比較器11將送至推進控制器12，推進控制器12計算出施加在輪馬達電機7上的牽引力矩值，並且通過力矩控制器8將該力矩值施加在輪馬達電機7上，再通過力矩感測器6測得輪馬達電機7的力矩反饋值F。根據公式（二），如果
＜，則通過駕駛員繼續加大油門的操作來實現增加施加在輪馬達電機7上的力矩值，從而增大輪馬達電機7的力矩反饋值F；如果＞，則通過推進控制器12控制制動系統2鬆開制動器，並且通過駕駛員連續加大油門的操作逐步增加施加在輪馬達電機7上的力矩值，實現電動輪礦用卡車在坡道上自動防倒滑平穩起步。
榮譽表彰
2018年12月20日，《電動輪非公路自卸車坡起自動防倒滑系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
