一種養(yǎng)護(hù)機(jī)械車速檢測及灑布量智能控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車速檢測及灑布量控制的裝置，具體是一種用于同步碎石封層車或?yàn)r青灑布車的養(yǎng)護(hù)機(jī)械車速檢測及灑布量智能控制裝置，屬于工程機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]同步碎石封層車或?yàn)r青灑布車均是一種加裝在運(yùn)輸車輛(底盤)上的工程機(jī)械施工設(shè)備，該類設(shè)備的核心技術(shù)是瀝青灑布量的控制，而直接影響瀝青灑布量的關(guān)鍵因素則是底盤的行駛速度，所以車速的檢測對于整個(gè)設(shè)備而言是尤為重要的。目前，部分配置較高的該類設(shè)備一般采用測速雷達(dá)檢測底盤的行駛速度，其雖能夠準(zhǔn)確測得底盤的行駛速度，但成本較高；一些配置較低的設(shè)備通過加裝測速輪和霍爾傳感器檢測底盤的行駛速度，但因霍爾傳感器易受電磁脈沖影響，多數(shù)情況下輸出的信號(hào)不是一個(gè)完整的方波，會(huì)導(dǎo)致測量的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，而且加裝測速輪和霍爾傳感器也存在安裝復(fù)雜、成本高的問題。
[0003]同時(shí)，現(xiàn)有同步碎石封層車或?yàn)r青灑布車均設(shè)有有前后兩個(gè)操作臺(tái)，因執(zhí)行電路在后面，所以控制器需安裝在后操作臺(tái)，兩個(gè)操作臺(tái)相距較遠(yuǎn)使得整車線路過于復(fù)雜。
[0004]此外，同步碎石封層車或?yàn)r青灑布車的瀝青灑布質(zhì)量決定了該類設(shè)備的智能化程度，目前多數(shù)廠家將瀝青泵的容積效率看作I或者其他常數(shù)，先根據(jù)車速、單位面積灑布量及灑布寬度計(jì)算出目標(biāo)流量，再根據(jù)瀝青泵轉(zhuǎn)速、排量計(jì)算出瀝青泵理論流量，利用目標(biāo)流量與理論流量相等，可以計(jì)算出理論瀝青泵轉(zhuǎn)速；同時(shí)，利用控制器檢測瀝青泵實(shí)際轉(zhuǎn)速，并通過PWM信號(hào)控制瀝青泵的轉(zhuǎn)速，使得瀝青灑布量不隨車速的改變而改變。但實(shí)際上瀝青泵容積效率在不同的轉(zhuǎn)速和壓力下是一個(gè)變化的值，而不是一個(gè)定值，故將其視為固定的常數(shù)必然影響到最終的灑布精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種養(yǎng)護(hù)機(jī)械車速檢測及灑布量智能控制裝置，不管是否安裝測速雷達(dá)，都能夠在不增加成本的前提下，準(zhǔn)確地檢測到底盤的行駛速度；而車速檢測及灑布量智能控制方法也可以準(zhǔn)確的得到底盤行駛速度。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的一種養(yǎng)護(hù)機(jī)械車速檢測及灑布量智能控制裝置，包括控制器、信號(hào)處理電路、瀝青泵編碼器、壓力變送器、駕駛室操作電路和執(zhí)行電路，駕駛室操作電路和執(zhí)行電路均與控制器連接，所述信號(hào)處理電路的輸入端接底盤車速傳感器或測速雷達(dá)，輸出端接控制器；所述瀝青泵編碼器測量瀝青泵的轉(zhuǎn)速，并與控制器連接；所述壓力變送器測量瀝青泵的出口壓力，并與控制器連接；所述信號(hào)處理電路對所測車速信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理后的信號(hào)發(fā)送給控制器。
[0007]所述信號(hào)處理電路將接收到的車速信號(hào)轉(zhuǎn)換成對控制器有用的高電平24V、低電平OV的方波脈沖信號(hào)。
[0008]所述信號(hào)處理電路主要由電阻R101、電阻R102、電阻R103、電阻R104、三極管C、發(fā)光二極管D和光親PC817，所述電阻RlOl的一端為信號(hào)輸入端，另一端與三極管C的基極連接；所述三極管C的集電極與電阻R102的一端、電阻R103的一端連接；所述三極管C的發(fā)射極接地；所述電阻R102的另一端與光耦PC817中三極管的集電極連接，并接24V電源；所述電阻R103的另一端接發(fā)光二極管D的正極；所述發(fā)光二極管D的負(fù)極接光耦PC817中二極管的正極；所述光耦PC817中二極管的負(fù)極接地；所述光耦PC817中三極管的發(fā)射極為信號(hào)輸出端，并通過電阻R104接地。
[0009]所述駕駛室操作電路與控制器之間通過CAN總線通訊，駕駛室操作電路包括操作開關(guān)按鈕和顯示器。
[0010]所述控制器內(nèi)置有數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊，所述數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊根據(jù)讀取的瀝青泵廠家提供的參數(shù)擬合不同轉(zhuǎn)速時(shí)瀝青泵泵口壓力與流量s’的曲線圖，取不同離散點(diǎn)的流量S’，通過公式:s’/nq計(jì)算出這些離散點(diǎn)相對應(yīng)的實(shí)際容積效率，式中:n為瀝青泵轉(zhuǎn)速，q為瀝青泵排量；然后由控制器運(yùn)用數(shù)據(jù)擬合方法對容積效率計(jì)算公式n = 1-kp/qn+C進(jìn)行求解，得出泄露系數(shù)k和修正系數(shù)C，式中:p為瀝青泵壓力；最終控制器存儲(chǔ)實(shí)際的瀝青泵容積效率曲線圖，并根據(jù)實(shí)際車速和實(shí)際的瀝青泵容積效率曲線圖調(diào)用數(shù)學(xué)公式η ={(s+P ) XmX v} + {qX η}對應(yīng)的程序模塊，計(jì)算出理論瀝青泵的轉(zhuǎn)速，式中:s為瀝青灑布量、P為介質(zhì)密度、V為車速、m為灑布寬度；將理論瀝青泵轉(zhuǎn)速與實(shí)際瀝青泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)控制器輸出PWM信號(hào)控制瀝青泵轉(zhuǎn)速。
[0011]一種養(yǎng)護(hù)機(jī)械車速檢測及灑布量智能控制方法包括以下步驟:
[0012]第一步:底盤車速傳感器或測速雷達(dá)將檢測的速度信號(hào)發(fā)送給信號(hào)處理電路，信號(hào)處理電路將接收到的速度信號(hào)處理成一個(gè)高電平24V、低電平OV的方波脈沖，并將處理后的信號(hào)發(fā)送給控制器；瀝青泵編碼器和壓力變送器分別測量瀝青泵的轉(zhuǎn)速nl和泵口壓力P，并將測量結(jié)果發(fā)送給控制器；駕駛室操作電路的操作按鈕開關(guān)和顯示器通過CAN總線與控制器通訊；
[0013]第二步:控制器根據(jù)接收到的實(shí)際車速V、實(shí)際瀝青泵轉(zhuǎn)速nl、瀝青泵泵口壓力P以及與顯示器通訊讀取顯示器設(shè)定的參數(shù):瀝青灑布量S、介質(zhì)密度P、瀝青泵排量q、PID調(diào)節(jié)系數(shù)計(jì)算實(shí)際灑布寬度m ;
[0014]第三步:容積效率主要是由于內(nèi)泄露造成的，建立容積效率數(shù)學(xué)模型:
[0015]η = f (n, p) = s/qn = (qn_s)/qn = l_s/qn = l_kp/qn，
[0016]其中，q為容積效率，s為實(shí)際瀝青泵流量，q為瀝青泵排量，n為瀝青泵轉(zhuǎn)速，p為瀝青泵泵口壓力，k為泄露系數(shù)；
[0017]當(dāng)瀝青泵泵口壓力P為O時(shí)，容積效率計(jì)算值為1，但實(shí)際上容積效率不能達(dá)到1，故增加一個(gè)修正系數(shù)，即:
[0018]η = 1-kp/qn+C，
[0019]控制器調(diào)用內(nèi)部數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊，根據(jù)瀝青泵的實(shí)際工作壓力和瀝青泵廠家提供的壓力和流量曲線圖，擬合出實(shí)際的瀝青泵容積效率曲線圖；
[0020]第四步:控制器根據(jù)實(shí)際車速V和實(shí)際的瀝青泵容積效率曲線圖，計(jì)算理論瀝青泵轉(zhuǎn)速n:
[0021]n = {(s + p) XmXv} + {qX n };其中，m 為灑布寬度；
[0022]第五步:將理論瀝青泵轉(zhuǎn)速n與實(shí)際瀝青泵轉(zhuǎn)速nl進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)控制器輸出PWM信號(hào)控制瀝青泵轉(zhuǎn)速。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過信號(hào)處理電路，不管是否安裝測速雷達(dá)，都可以在不增加成本的前提下，檢測到底盤的行駛速度；同時(shí)，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，即駕駛室操作電路通過CAN總線與控制器通訊，解決了控制器和駕駛室操作單元相距較遠(yuǎn)導(dǎo)致整車線路復(fù)雜的問題，簡化了整車線路；而控制器運(yùn)用壓力補(bǔ)償技術(shù)，使用耐高溫平膜壓力變送器檢測瀝青泵的實(shí)際工作壓力，并根據(jù)瀝青泵廠家提供的壓力和流量曲線圖，由控制器調(diào)用數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊對檢測到的數(shù)據(jù)擬合，得到實(shí)際的瀝青泵容積效率曲線圖，解決了傳統(tǒng)的將瀝青泵容積效率當(dāng)作常數(shù)參與運(yùn)算，導(dǎo)致瀝青的灑布精度低的問題。而該方法既可以使用測速雷達(dá)檢測底盤的行駛速度，也可以直接讀取底盤的車速信號(hào)，解決了兩個(gè)問題:第一，測速雷達(dá)損壞或者測速雷達(dá)輸出信號(hào)不穩(wěn)定，導(dǎo)致控制器無法檢測到車速信號(hào)；第二，一些配置較低的養(yǎng)護(hù)機(jī)械在不使用測速雷達(dá)的情況下，可以使用該發(fā)明的裝置檢測底盤的行駛速度，替代傳統(tǒng)的加裝測速輪、霍爾傳感器來測取底盤行駛速度的方法。同時(shí)，運(yùn)用壓力補(bǔ)償技術(shù)和數(shù)據(jù)擬合，得到實(shí)際的瀝青泵容積效率曲線圖，根據(jù)實(shí)際的容積效率曲線圖去計(jì)算理論瀝青泵轉(zhuǎn)速，將理論瀝青泵轉(zhuǎn)速與實(shí)際瀝青泵轉(zhuǎn)速比較，并進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，通過輸出PWM信號(hào)來控制瀝青泵的轉(zhuǎn)速，從而控制瀝青的灑布情況，解決了傳統(tǒng)的將瀝青泵容積效率當(dāng)作常數(shù)參與運(yùn)算，導(dǎo)致瀝青的灑布精度低的問題，提高了瀝青灑布精度。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的控制原理框架示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明信號(hào)處理電路的電路圖；
[0026]圖3為本發(fā)明的控制原理圖；
[0027]圖4為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0029]如圖1所示，一種養(yǎng)護(hù)機(jī)械車速檢測及灑布量智能控制裝置，包括控制器、駕駛室操作電路和執(zhí)行電路，駕駛室操作電路和執(zhí)行電路均與控制器連接，還包括信號(hào)處理電路、瀝青泵編碼器和壓力變送器，所述信號(hào)處理電路的輸入端接底盤車速傳感器或測速雷達(dá)，輸出端接控制器；所述瀝青泵編碼器測量瀝青泵的轉(zhuǎn)速，并與控制器連接；所述壓力變送器測量瀝青泵的出口壓力，并與控制器連接；所述信號(hào)處理電路對所測車速信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理后的信號(hào)發(fā)送給控制器。
[0030]所述信號(hào)處理電路將接收到的車速信號(hào)轉(zhuǎn)換成對控制器有用的高電平24V、低電平OV的方波脈沖信號(hào)。
[0031]如圖2所示，底盤車速傳感器或測速雷達(dá)的信號(hào)輸出端接信號(hào)處理電路的信號(hào)輸入端IN，經(jīng)一個(gè)2K Ω的電阻RlOl與三極管C的基極連接，三極管C的發(fā)射極接地；如果信號(hào)輸入端IN收到的信號(hào)為低電平0V，則三極管C不通，24V電源經(jīng)一個(gè)2ΚΩ的電阻R102、一個(gè)IK Ω的電阻R103及發(fā)光二極管D接到光耦PC817，光耦PC187導(dǎo)通，使得信號(hào)輸出端OUT得到一個(gè)24V的高電平；如果信號(hào)輸入端IN收到信號(hào)為1.5V以上的高電平，則三極管C導(dǎo)通，24V電源經(jīng)過電阻R102、三極管C的集電極接地，此時(shí)光耦PC817不通，信號(hào)輸出端OUT得到一個(gè)OV的低電平；故該信號(hào)處理電路可將速度信號(hào)進(jìn)行放大、濾波后得到一個(gè)穩(wěn)定的高電平24V、低電平OV的方波脈沖。
[0032]所述駕駛室操作電路與控制器之間通過CAN總線通訊，駕駛室操作電路包括操作開關(guān)按鈕和顯示器，其中，顯示器作為核心部件，可以方便用戶輸入灑布寬度、瀝青灑布量、灑布介質(zhì)(乳化瀝青、基質(zhì)瀝青、橡膠瀝青等)等參數(shù)，同時(shí)廠家也可以在顯示器上設(shè)置控制瀝青泵的一些調(diào)節(jié)參數(shù)。
[0033]該裝置運(yùn)用壓力補(bǔ)償技術(shù)和數(shù)據(jù)擬合方法提高瀝青灑布量，具體如圖3所示，所述控制器控制器內(nèi)置有數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊，所述數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊根