基于PID控制的立体车库载车器定长液压缓冲系统设计

0引言

随着城市建设和汽车行业的迅速发展,立体车库越来越多,有效解决了城市停车难问题。为提高立体车库取车效率,载车器运行速度常设置过高,易发生载车器过放事故,即载车器实际停车位超越限定停车线。一旦发生过放事故,会损坏载车器及其辅助设备(如传感器),严重影响立体车库使用寿命,故立体车库载车器应设置过放保护装置,这就使得立体车库过放缓冲技术得到了广泛重视和研究。

立体车库过放缓冲技术可分为定节流缓冲技术和变节流缓冲技术。在定节流缓冲技术方面:王其松^[1]采用缓冲缸+溢流阀吸收载车器过放能量,基于 AMEsim液压系统建模工具开展了溢流阀结构参数 对制动缸压力冲击的影响研究;冯铃等^[2]组合采用定节流阀和溢流过载阀缓冲制动过放载车器,有效改善了制动末端存在的压力持续波动情况,分析了溢流阀设定压力与缓冲制动时间的关系。在变节流缓冲技术方面:陈小怡^[3]提出一种载车器过放缓冲距离可控液压系统,解析了制动过程数学模型,搭建了系统仿真模型,分析了缓冲位移的决定因素,并搭建试验装置验证仿真结论;杨坤^[4]提出一种变节流制动效率计算方法,分析了变节流阀口开度函数对过放缓冲特性的影响规律,研究表明变节流制动效率超越99%。

综上,为实现立体车库载车器过放制动位移可控,结合并借鉴PID闭环控制技术^[5],提出一种基于 PID控制的立体车库载车器定长液压缓冲系统,给出其缓冲原理,基于AMEsim搭建缓冲过程仿真模型,仿真了其定长缓冲制动特性,验证了蓄能器吸能效果,分析了过放质量、过放速度、制动缸结构参数对定长缓冲制动特性的影响,该研究为立体车库过放保护装置的改进提供了一定的理论参考。

1立体车库载车器定长液压缓冲系统原理

如图1所示,立体车库载车器定长液压缓冲系统主要由制动缸、电磁比例节流阀、蓄能器和PID控制器组成。

定长缓冲制动原理:载车器过放时会向下挤压制动缸,制动缸活塞缩回,制动缸大腔油液被瞬间压缩至一定缓冲压力,同时位移变送器实时采集制动缸活塞位移,并通过求和模块与目标位移进行比较,进而基于P,D控制器输出电磁比例节流阀的控制信 号,使得电磁比例节流阀实时调整开度,直至制动位移与目标位移趋于相等,显然该系统能实现载车器定长缓冲制动。当制动压力大于溢流阀启闭压力时,多余的油液直接溢流至油箱;当制动压力大于蓄能器充液压力时,制动缸大腔给蓄能器充液。蓄能器可吸收制动初期的压力冲击,溢流阀限定了系统最高工作压力。

2立体车库载车器定长液压缓冲系统建模

基于AMEsim搭建立体车库载车器定长液压缓冲系统仿真模型,如图2所示。

系统仿真参数如表1所示。

3立体车库载车器定长液压缓冲系统仿真

目标位移设置为1.0 m,仿真步长0.01 S,仿真总时长设置为5 S,图3为缓冲位移曲线,图4为蓄能器压力和容积曲线。

由图3可得,载车器过放缓冲制动位移为1.0 m,与目标位移完全对应,缓冲时间为1.8 S。

由图4可得,载车器过放缓冲初期,蓄能器吸收了系统冲击,蓄能器容积由6.3 L减小至6.2 L,蓄能器气囊压力为20.4 MPa。

4定长液压缓冲系统制动特性的影响因素

4.1 过放速度

设置载车器过放速度为2、4、6、8 m/S进行仿真,得到过放速度对定长液压缓冲系统的影响如图5所示。

由图5可得,改变载车器过放速度,定长液压缓冲系统的制动位移不变,均为目标值1.0 m,过放速度增大,缓冲时间缩短。

4.2 过放质量

设置载车器过放质量为1 500、2000、2500、3000kg进行仿真,得到过放质量对定长液压缓冲系统的影响如图6所示。

由图6可得,改变载车器过放质量,定长液压缓冲系统的制动位移不变,均为 目标值1.0 m,过放质量增大,缓冲时间缩短。

4.3 制动缸缸径

设置制动缸缸径为100、105、110、115 mm进行仿真,得到制动缸缸径对定长液压缓冲系统的影响如图7所示。

由图7可得,改变制动缸缸径,定长液压缓冲系统的制动位移不变,也为 目标值1.0 m,制动缸缸径增大,缓冲时间延长。

5结论

基于PID控制的立体车库载车器定长缓冲系统解决了载车器过放不可控问题,降低了过放冲击,实现了定长制动。本文详细给出了系统工作原理,并基于AME5im建立了过放缓冲过程系统仿真模型,仿真了其定长缓冲制动特性,验证了蓄能器吸能效果,分析了过放质量、过放速度、制动缸结构参数对定长缓冲制动特性的影响,主要得出以下结论:

1)基于PID控制的立体车库定长缓冲系统具有定长制动特性;

2)负载和制动缸结构参数变化,系统缓冲位移不变,负载增大,缓冲时间缩短,制动缸缸径增大,缓冲时间延长。

[参考文献]

[1]王其松.立体车库过放液压缓冲系统研究[J].液压与气动,2018(7):47—51.

[2]冯铃,张静文.立体车库取车过放系统节流缓冲特性仿真[J].液压与气动,2020(6):113—117.

[3] 陈小怡.立体车库载车器液压缓冲系统设计[J].液压与 气动,2021,45(9):115—121.

[4]杨坤.车库过放取车变节流液压制动系统制动性能研究[J].机电工程,2022,39(3):368—374.

[5] 李润泽,王卫兵,李小军.基于PSO—BP模糊PID的变距取苗机构控制系统设计[J].农机化研究,2025,47(2):9—18.

《机电信息》2025年第11期第14篇