930E-4 型矿用重型卡车制动系统智能化改造

李 键

（国能准能集团有限责任公司 哈尔乌素露天煤矿,内蒙古 鄂尔多斯 010300）

为进一步提升设备作业效率降低作业人员安全风险，在国家鼓励煤矿智能化生产的大背景下，根据实际生产状况对卡车进行了智能化改造，优化卡车制动控制系统，实现对危险状态的预控，减少操作人员对卡车盲区不明危险的误操作，避免造成重大事故。通过对卡车制动系统智能化改造，缩短了制动距离，制动效果更加快速稳定，障碍物的识别比操作人员更加准确，减少了驾驶人员作业强度，避免驾驶人员疲劳驾驶产生误操作。

1 卡车制动系统的构造及工作原理

1.1 卡车制动系统构成

卡车制动系统主要由4 部分构成[1]，分别为制动系统动力源、制动系统控制装置、制动系统执行装置、制动系统辅助装置。

卡车制动系统的动力源由2 个主要动力源与1个辅助动力源并联构成，2 个主要动力源中的1 个是给制动系统提供持续稳定高压动力液压油的制动/转向泵，另1 个是给制动系统提供冷却油液的举升泵。辅助动力源为制动蓄能器，此装置在使用过程中可实现2 个功能：①为泵的动力不足时给制动提供能量；②是能够存储液压系统产生的多余能量。

制动系统多种控制方式的实现主要是利用不同类别的执行阀完成制动控制，制动方式分为制动踏板总成与行驶制动2 种制动控制，前段行程施加电制动，后半行程施加工作制动。双油路踏板阀是控制双继动阀动作的先导阀。制动双继动阀有2 个，1 个在前制动控制柜控制前轮制动，另1 个在后桥内控制后轮制动。制动分油器是安装双油路隔离单向阀、蓄能器排放阀、压力开关、和用于制动锁定电磁阀、停车制动电磁阀、紧急制动自动施加电磁阀等配件的基础。装载制动为电控开关车辆在卸货时解除或施加装载制动。停车制动开关集成在换向杆内是电控开关，当换向杆在P 档位置其他条件满足时系统自动施加停车制动。

制动系统执行装置通过2 种方式实现执行命令，安装与前轮总合成和电动轮总成内的湿盘式制动器总成，是执行工作制动、紧急制动、和仅施加于后轮的制动锁定的执行器。安装于后桥内电动轮电枢轴外侧的停车制动器为多盘式干式制动器，是施加停车制动的执行器，该制动器为弹簧施加油压解除的工作方式。

辅助装置有液压油箱、制动连接油管、制动冷却油管。液压油箱能够容纳液压系统所需液压油，对运行的油液进行散热。制动连接油管能够给制动系统传递油夜。制动冷却油管，传送制动冷却油，进行制动散热。

1.2 卡车制动实施方式

1）工作制动。车辆正常运行时在电制动减速后使用工作制动，实现车辆减速或停车的制动方式，通过驾驶员踩踏工作制动踏板控制双继动阀进行，前轮/后轮制动器一起作用。

2）制动锁定。在卡车进行卸载或装载时，操作人员松开制动踏板，利用驾驶室内的轮制动锁开关控制制动组合阀上的制动锁定电磁阀实施制动，此项制动方式主要用于轮制动器作业时应用。

3）紧急制动。当制动系统压力低于设定的规定值时投入全部制动，使运行的卡车减速直至停车避免失速造成事故，实施方式是利用制动分油器上安装的压力开关进行监测控制，在压力低于规定值时紧急制动电磁阀电路自动导通，双继动阀同时作用对卡车进行制动。

4）停车制动。用于在非装载或卸载时保持住卡车或者长时间停车时使用，而不是用于停车。是通过驾驶室内的方向控制杆控制停车制动电磁阀实现的，当卡车运行时方向杆推入F、R 或N 档停车制动电磁阀通电油路导通制动解除，方向杆推入P 档是电磁阀断电油路截止，制动器在弹簧作用下施加制动。

1.3 卡车制动油路工作原理

1）工作制动油路。司机在驾驶室内利用脚动双油路踏板阀，来对卡车进行工作制动压力调整，可以缓慢将卡车停止或迅速产出最大制动力以最快的速度在最短的时间让卡车停止，使用脚动双油路踏板阀可对制动压力实现精确控制。使用此阀让操作人员可以合理控制制动蓄能器内供给制动器的存储的高压能量。双制动阀有2 个阀组成：其中1 个阀将压力供至前制动柜内双继动阀，向前桥制动器提供施加压力；另1 个阀将压力供至后桥内双继动阀，向后桥的制动器提供施加压力。当操作人员踩下制动踏板时，双油路制动阀内的各阀会同时从相应的蓄能器输油至车轮制动器，压力与2 个踏板的位置和力度成正比。踏板继续向下踩时，制动力向上增加，操作人员的操控感觉明显。踩下制动踏板时导通刹车灯压力开关，该开关作用会使刹车和行驶制动指示灯推进互锁。

2）制动锁定油路。制动锁定是为卡车在装载或卸载时为操作人员固定住车辆提供的1 种制动形式。制动锁定只应用于后部行驶制动。在主制动装置失效时，可提供一种停住卡车辅助方式。制动运行时打开安装在车轮制动锁定开关上的仪表，制动锁定电磁阀和减压阀将施加压力为13.79 MPa 的未经调整的压力油全部供给给后制动器。后制动管路内的梭阀提供独立于用于制动施加的制动踏板阀的功能。

3）停车制动油路。停车制动器为弹簧施加液压解除。停车制动的运行方式为相关阀体内电磁线圈被断电，制动电磁阀失去磁力内部阀体在内部弹簧作用下内部阀芯移动导通油路，油液产生的油压由停车制动器转向以油液形式导回液压油箱。操作人员将方向操纵杆放置在停车档位时，停车制动电磁线圈会自动断电[2]。停车制动连接油管内的油液沿管路返回油箱泄压，停车制动器内的弹簧将自动施加制动，压力开关会自动闭合，导通接地点回路且点亮驾驶室控制面板上的停车制动灯。操作人员将方向控制杆放置在前进挡位、倒挡位或空挡位时，停车制动电磁线圈自动导通电路，油流经电磁阀管路传送至停车制动活塞以解除制动。停车制动油路通过监测车轮马达速度传感器确定卡车地面速度，防止意外施加。当方向控制杆在前进挡位、倒挡位或空挡位时如果出现液压施加压力损失，停车制动电磁线圈将通电。为防止停车制动压力油流回供油油路，停车制动油路内的单向阀将存住油，保持停车制动器处于解除位置。电磁线圈内的弹簧将使其切换，打开1 个通道使卡车停车制动管路内的油液经相关油路返回油箱，使停车制动内的弹簧作用对卡车施加制动。

2 卡车制动系统智能改造

930E 原车液压制动系统中只有工作制动、制动锁定、停车制动3 种制动方式是需要操作人员操作才能实现的动作，其余制动方式无需操作人员操作是根据系统压力或者其他条件自动施加的[3]。因此，卡车无人驾驶改造制动系统将主要围绕工作制动、制动锁定、停车制动3 种制动方式展开。

2.1 工作制动智能改造

工作制动是为了减慢车速或停止卡车的制动，需要操作人员踩踏制动踏板才能实现，因此，在工作制动油路中加入了2 个制动电比例阀，1 个控制前制动继动阀、1 个控制后制动继动阀，此阀是由控制器输出的电信号控制的。制动电比例阀安装在驾驶室后控制箱内。通过制动电比例阀与制动双路制动阀并联实现行车制动线控改造。当车辆有驾驶员时，踩下制动踏板，实现行车制动功能。当车辆处于无人驾驶模式时，根据控制器输出信号，控制电比例制动输出不同压力信号用以模拟不同踏板角度的输出压力，实现行车制动功能。

930E 制动系统的线控化改造控制能够根据不同的工况下采取不同的制动策略，在正常的无人驾驶停车过程中，其控制策略根据有人驾驶操作规程，合理控制电制动及液压制动的投入比例，实现安全平稳的停车动作；当出现断通信等严重故障时，需要尽快控制车速至停车时，采取紧急制动策略，有效控制车辆停车，避免安全事故的发生。

当行驶中的卡车遇到障碍、前方有车辆或者跟车距离过近等情况时，卡车上安装的前向激光雷达、左右侧毫米波雷达、前视摄像头会将实时信息传送至中央处理器[4]，处理器分析后会对控制器发送指令，控制器将控制制动电比例阀通电导通双继动阀油路实施制动。工作制动的改造原理实际上就是用一系列的电子元件代替了操作人员的感官以及大脑分析并发出指令的过程，制动电比例阀代替了操作人员踩制动踏板的动作和双油路踏板阀的功能。

2.2 制动锁定智能改造

制动锁定是司机在装载或卸载时固定住车辆的制动。原车的制动锁定控制方式为电控液压，当需要施加制动锁定时，操作人员通过驾驶室控制面板上的制动锁定开关控制制动分油器上的制动锁定电磁阀施加制动。因此在改造过程中无需改造液压部件，只需要通过线控控制器控制原车制动锁定电磁阀，即可实现制动锁定功能。当中央处理器认定设备处于装载或卸载状态时，会向控制器发送指令[5]，控制器将导通制动锁定电磁阀电路打开阀芯施加制动锁定。当中央处理器认定已经装载或者卸载处于完成状态时，同样向控制器发送指令，控制器将切断制动锁定电磁阀电路关闭阀芯解除制动锁定。

2.3 停车制动智能改造

停车制动器为弹簧施加，液压解除的制动，在卡车完全停止之前，停车制动不施加。原车的停车制动施加方式是当卡车需要投入/解除停车制动时，由操作人员将换向手柄至于停车档位置，停车制动电磁线圈断电。停车制动管线内的油压将返回油箱，停车制动器内的弹簧将自动施加制动。换向手柄在前进挡位、倒挡位或空挡位位置，停车制动电磁线圈通电。油流从停车制动电磁线圈输送至停车制动活塞以解除制动。改造后停车制动电磁阀将直接受控与控制器，档中央处理器认定需要投入/解除停车制动时，会给控制器发送指令，控制器将不通过换向手柄，直接控制停车制动电磁阀电路实现阀芯的开通和关闭，进而实现停车制动的投入/解除功能。

3 制动系统预警应用

制动预警电路在驾驶室内显示面板上装有制动压力低报警指示灯并在驾驶室内有音响报警装置以提醒操作人员制动压力低。制动预警主要有以下几种方式。

1）制动报警继电器。①当制动锁定开关打开时，制动报警继电器通电并将电气连接从端子切换至低制动锁定降级开关；②当制动锁定开关关闭时，继电器断电并将电气连接从低制动锁定降级开关切换至端子。

2）系统供应压力开关。位于泵压力传感分油器处。当系统供应压力下降至15.86 MPa 以下时，低转向压力灯、低制动压力报警灯和蜂鸣器将打开。

3）低制动压力开关。位于制动分油器。当压力降低的蓄能器降至12.76 MPa 以下时，低制动压力报警灯和蜂鸣器将打开。

4）制动锁定降级开关。位于液压部件舱内的接合分油器处。当制动锁定开关打开时，制动锁定电磁线圈和制动报警继电器将通电。制动报警继电器将电气连接从端子切换至制动锁定降级开关。如果制动锁定施加压力低于6.89 MPa，将接通至接地的回路且低制动压力报警灯和蜂鸣器将打开。

4 制动系统部件维护

4.1 制动阀维护

制动踏板总成结合了动力减速控制和行驶制动控制功能。当踩下踏板时，踏板行程的第1 部分启动了向驱动系统提供电信号的内置电位计，发出操作人员要求减速的信号[6]。当操作人员继续踩下踏板时，电信号经调制，将减速动力级别从最小升至最大。实现最大减速要求后进一步减下踏板，在踏板被完全踩下时将导致行驶制动的施加从最小变为最大。当行驶制动启动时可感到踏板阻力略微增加。当施加动力减速时，驾驶室内顶置面板上的指示灯也将点亮。当行驶制动施加时第2 个灯也将点亮。制动阀为压力调节阀，通过操作人员驾驶室内的制动踏板进行机械启动，也可通过液压制动舱内的自动施加阀进行液压启动。制动阀控制输送至前后行驶制动双继电器阀的压力，双继电器阀向前轮和后轮盘式制动器总成提供施加压力。使用踏板将施加压力从零调节至最大制动力。制动阀维护标准：有以下任一条件存在，应拆卸并修理制动阀：踏板执行机构内的凸轮摇动过度；任何外部漏油的迹象[7]；踏板不能返回完全松开位置；当在中位时阀保持住压力；踏板完全踩下时改变输出压力。

4.2 停车制动器维护

停车制动器是用来防止在卡车已停住和发动机停机之后卡车移动的，不是用于卡车装载或卸载操作期间的。卡车配备有装在各轮马达转子轴上的干盘式停车制动器总成，是1 个弹簧施加、液压解除、通过将方向操纵杆置于“停车”而激活的多盘式制动器[8]。当方向操纵杆处于“停车”时，停车制动电磁阀被断电，停车制动油路压力释放。制动器总成内部的盘形弹簧作用在活塞上，以压缩盘组件，施加制动。当方向操纵杆被从“停车”处移开时，电磁阀通电油路导通。停车制动器活塞上的油压压缩盘形弹簧解除制动。卡车在运行过程中制动系统联锁装置会阻止对卡车实施制动。

5 结语

卡车制动系统经过智能化改造，设备运行的安全风险与之前对比降低43.5%左右，依据卡车制动系统运行原理，在实际运行过程中，选择对卡车制动系统中工作制动、停车制动、制动锁定3 项制动方式进行改造，改造过程中添加多项预警装置，提升了制动实施方式的精准度，遇见障碍物实现智能化捕捉与分辨。智能化设备在现在煤炭生产中使用已经越来越广泛，在智能化设备不断更新与实际使用中，作业人员安全得到保障，工作强度在合理范围内，本质安全最终得以实现。