基于DSP的电动轮自卸车电制动控制系统的设计

基于DSP的电动轮自卸车电制动控制系统的设计

白兵兵单伟

（内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司矿山机电设备检修公司内蒙古通辽029200）

摘要：与传统的机械式自卸车相比，矿用电动轮自卸车的制动系统是有非常大的区别的，因此，在本篇文章中，首先研究了基于DSP的电动轮自卸车电制动控制系统的介绍，其次研究了基于DSP的电动轮自卸车电制动控制系统前沿方案设计。

关键词：DSP；电动轮自卸车电制动控制系统

一、基于DSP的电动轮自卸车电制动控制系统的介绍

1.1控制器硬件系统

主控芯片：控制芯片采用32位定点数字处理器TMS320F2812（以下简称为F2812）为核心控制器件。F2812是TI公司专门用于电机控制的DSP芯片，能在-40～85℃的环境下工作，特别适用于矿山恶劣工作环境下的电动轮自卸车。芯片主频可达150MHz，具有强大的数据处理能力，能实现复杂的控制算法。片内集成有16kBRAM，128kBFLASH；片上拥有丰富的外设，包括AD/DA模块、输入输出接口（GPIO）、事件管理器模块（EVA，EVB）、SPI和SCI通信接口以及CAN总线控制器等。每个事件管理器包括2个通用定时器、3个比较单元、3个捕获单元、PWM电路和正交编码电路等。测速处理电路结合DSP的脉冲输入模块，可实现对速度的精确测量和控制。电流与电压等模拟量处理电路结合AD/DA模块可实现电压与电流的精确测量和控制。开关量处理电路结合IO模块可对开关量进行控制，2路同步信号输入到同步触发模块，保证发电机和牵引电动机的同步工作。串行通信接口模块可与上位机（故障诊断机）进行可靠数据通信。

测速电路：牵引电动机的转速和车辆速度是成正比例关系的，借助霍尔传感器能够测出电动机的转速，可以计算出车辆速度，整形放大电路将来自传感器输出的脉冲信号整形为同频率的方波信号，经滤波和光电隔离去除干扰信号的影响，得到干净波形信号，然后送入DSP芯片上的事件管理器（EV）外设的GPIOA8（CAPI）口，通过片内的外设总线和DSP的CPU连接。

1.2电制动控制子系统软件

测速电路的输出接入F2812的事件管理器EVA的捕获单元CAP1。当捕获单元被使能后，输入引脚上指定的跳变将把所选择的通用定时器（GPT）的计数值T2CNT存入相应的FIFO队列，捕获后并不清除定时器的计数寄存器的值，与此同时，置位相应的中断标志位，如果中断允许并且同组中没有更高的优先级的中断，将会向CPU发出中断请求，CPU将执行相应的中断服务程序，在中断服务程序中对频率和车速进行计算。当CAP1捕获到方波信号的上升沿时，保存计数器的值T2CNT后复位定时器GPT，重新开始计数，这样利用中断方式便可得到相邻2次上升沿的计数脉冲的个数n，再根据定时器的计数频率，算出信号的频率。

1.3电动机励磁控制

在制动的情况下，发动机处于怠速状态，但在这个过程中，必须要确保发电机三次谐波绕组有电，并且控制主回路电压要小于等于1200V，对电动机的励磁电流IMF控制。取刹车踏板电位信号URPR、恒速下坡电位信号URPP和超速自动制动UIMAX的最大值为最大制动控制电位信号U，电动机励磁电流与车速V、最大制动控制电位信号U及电动机电枢电流IM（此时为制动电流）密切相关，即IMF＝F（V，U，IM）。所以，必须根据这三者的要求来建立一个制动工况的电动机励磁电流基准函数，然后再与该工况下实测电动机励磁电流相比较，得出制动工况的电动机励磁电流误差，输入PID来调节电动机制动工况的励磁，使其按给定的基准函数变化。

首先根据刹车踏板电位信号URPR、恒速下坡电位信号URPP及超速自动制动UIMAX提供的电位信号进入电制动控制状态，再根据来自左轮和右轮的速度传感器SS1和SS2的速度大小控制5个制动接触器KMR的开启。具体实现是：当车速较大时（＞23.2km/h），闭合接触器KMR1和KMR2，采用全电阻制动；当车速小到16.6km/h时，闭合接触器KMR3，第1级扩展制动起作用；当车速小到12.2km时，闭合接触器KMR4，第2级扩展制动起作用；当车速≤9.2km/h时，闭合接触器KMR5，第3级扩展制动起作用。

二、基于DSP的电动轮自卸车电制动控制系统前沿方案设计

2.1计算机控制和大量新的电控元器件的使用

计算机控制技术在矿用电动轮自卸车中的运用，大大地降低了矿用电动轮自卸车的故障率和故障诊断分析时间，减轻了驾驶员和矿山维护人员的劳动强度，提高了劳动生产率。随着计算机技术、通信技术、传感器技术的进一步发展及有关元器件功能的完善、可靠性的进一步提高，计算机控制技术将在矿用电动轮自卸车的许多方面得到应用，例如油气悬架的主动控制，发电机和牵引电机电流、电压、磁场的调节及温度监控，车辆工况的自动检测，车辆运行的遥控管理和运输量的自动记录等，矿用电动轮自卸车的自动化程度、性能和工作可靠性将得到进一步的提高。

2.2进一步提高整车性能和工作可靠性

为了提高整车性能和工作可靠性，目前国内外许多厂家已将大量先进的设计方法和成熟的分析软件应用在矿用电动轮自卸车的前后桥悬架系统、车架、后桥壳、轮辆、电动轮总成等关键零部件的结构设计及应力分析中，以提高整车的操纵稳定性、行驶平顺性、工作可靠性及整车使用寿命，例如湘潭电机厂和国内有关大学合作采用多刚体系统动力学理论对108t矿用电动轮自卸车的前桥悬架系统进行了动力学仿真分析，并对前桥结构参数进行了优化，使油气悬架系统的受力得到了改善；采用线性累积损伤理论和有限元方法对大型构件如车架、后桥壳、轮辆等进行了结构应力分析，使这些结构件的应力得到了均化。

2.3采用双能源作动力

随着我国加人WTO及世界经济一体化的发展，我国重型矿用电动轮自卸车的生产将面临新的机遇和挑战，国际技术合作和新型交一交流直接传动矿用电动轮自卸车的研制与开发将是我国有关生产厂家迎接挑战、拓展市场的最有效途径，重型矿用电动轮自卸车的发展另一个值得关注的方面是双能源车的出现—即采用辅助架线供电和本身柴油发动机作为双能源运行。在重载上坡时，矿用电动轮自卸车采用辅助架线直接供电驱动，柴油发动机只作怠速运行；在平道行驶时则由柴油发动机驱动；在下坡时，矿用电动轮自卸车电制动所产生的电力经辅助架线直接返回给电网。双能源矿用电动轮自卸车的出现既解决了矿用电动轮自卸车重载上坡时柴油发动机动力不足、车速慢等问题，又节约了能源，降低了柴油机的废气排放，有利于环境保护，同时对柴油发动机的功率要求可以适当降低。

三、总结

矿用自卸车是水电工程、露天矿山等专用道路上短距离运输的特殊工程车辆，这就要求矿用自卸车的控制系统性能是非常良好的，所以在本篇文章中主要研究了基于DSP的电动轮自卸车电制动控制系统，重点介绍了基于DSP的电动轮自卸车电制动控制系统前沿方案设计，即计算机控制和大量新的电控元器件的使用、进一步提高整车性能和工作可靠性以及采用双能源作动力。

参考文献：

[1]张虓.矿用自卸车电传动系统控制策略研究及优化分析[J].北京科技大学.2017（05）.

[2]李娜.张文文.赵石岩.电传动自卸车电气传动系统电制动器设计[J].机械设计与制造.2017（05）.