拖掛車轉向控制方法、控制器、拖掛車轉向系統及拖掛車的制作方法

專利名稱：拖掛車轉向控制方法、控制器、拖掛車轉向系統及拖掛車的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛轉向方法，具體地，涉及一種拖掛車轉向控制方法。同時，本發明涉及一種能夠用于所述拖掛車轉向控制方法的控制器。進一步地，本發明涉及一種用于實現所述拖掛車轉向控制方法的拖掛車轉向系統。此外，本發明還涉及一種包括所述拖掛車轉向系統的拖掛車。
背景技術：
拖掛車主要用于承擔長途運輸作業或特殊設備的運輸作業。隨著這些車輛的體積和重量越來越大，尤其是車輛長度尺寸的增大，對車輛的載重量和總軸距要求日益增大。典型地，拖掛車主要分為全掛式拖掛車和半掛式拖掛車，例如，參見圖1和圖2所示，全掛式拖掛車主要由牽引車Al和掛車A2連接而成，其中，牽引車Al前輪轉向，后輪驅動；掛車A2采用非轉向、非驅動的承載橋，在圖1中，牽引車Al與掛車A2之間采用鉸接連接形式，即掛車A2相對于牽引車Al能夠在地面上左右擺動；在圖2中，牽引車Al與掛車A2之間采用剛性連接形式，即掛車A2不能相對于牽引車Al左右擺動。汽車長距離運輸廣泛采用重型牽引車拖帶掛車的方式，其可以大大提高一次載運量，顯著降低運輸成本，提高經濟效益。眾所周知地，根據車輛設計理論中的阿克曼原理，為了使得車輛順利轉向，需要使得車輛的所有車輪瞬時繞一個轉動中心(即轉向中心)轉動，這樣在轉向時所有車輪才能處于純滾動或基本純滾動狀態，否則將造成車輪側滑，輕則輪胎磨損加劇，重則導致側翻。需要注意的是，為了簡化分析，在車輛設計理論中對于車輛轉向系統轉向中心的分析，均是采用類似俯視形式的原理分析圖，忽略前后車橋的高度差異、形狀差異等因素，各個車輪的轉軸、前后車軸等均簡化為直線形式。對于通常的四輪車輛而言，例如前輪轉向、后輪驅動的車輛，通過轉向梯形的設計，可以容易地使得轉向過程中各個車輪的轉軸交匯于一點(即轉向中心)，由于后橋左、右車輪不轉向，其轉軸均為后車軸，一般是左前車輪和右前車輪的轉軸延伸交匯于后車軸的延伸線上的一點(即轉向中心)。但是，由于拖掛車具有多根車軸，其各個車輪在轉向時難以同時繞同一轉向中心轉動。參見圖3所示，牽引車Al與掛車A2鉸接，牽引車可以為前輪轉向或全輪轉向車輛，假設圖2中牽引車Al為前輪轉向、后橋驅動，在實際設計中，為了車輛在轉向過程中相對保持平衡，一般通過前輪轉向梯形的設計，使得轉向中心0處于圖3所示的轉向中心位置線B (本領域技術人員也稱為“轉向中心線”)，需要注意的是，該轉向中心位置線B僅是原理分析時的參考線，在拖掛車的設計中，一般使其平行于牽引車前軸或后軸軸線(牽引車前軸和后軸本身相互平行)，并且基本處于沿車輛縱向長度的中間位置，實際設計中就是以該轉向中心位置線B作為虛擬的后軸軸線計算與前軸之間的軸距，根據阿克曼原理設計轉向梯形，基本確保前輪在轉向時瞬時繞一個轉動中心轉動。但是，由于掛車的車輪以及牽引車后輪不轉向或轉角很小(因懸架的扭動而形成)，其只能隨動轉向，因此難以使得各個車輪瞬時繞一個轉動中心轉動，具體地，參見圖3所示，在轉向過程中，根據牽引車Al的前輪偏轉角度的不同，左前輪和右前輪的轉軸可以在轉動中心位置線B上形成轉動中心Oa，Ob和Oc等，但是由于牽弓I車Al的后輪以及掛車A2的所有車輪均為非轉向軸，這些車輪本身不偏轉，由于牽引車Al與掛車A2之間的鉸接關系，掛車A2在轉向過程中只能被動地隨動，牽引車Al的后輪以及掛車A2車輪的轉軸的延伸線根本無法與牽引車的前輪轉軸相交于同一點(即轉動中心)。而且，在現有拖掛車上，牽引車的車軸數量常常超過兩根，這導致各個車輪的更無法瞬時繞一個轉動中心轉動。也就是說，從轉向系統的原理分析而言，現有拖掛車的部分車輪在轉向過程中不可避免地存在程度不同的側滑現象，這會造成嚴重的輪胎磨損，甚至發生事故。另外，現有技術中盡管存在全輪轉向的車輛，但是這些車輛大多為二軸車輛，其無法有效地適用于拖掛車，即使在拖掛車上簡單地采用全輪轉向技術，由于二軸車輛為剛性車輛，因此這種簡單轉用必須保證拖掛車采用剛性連接形式，即牽引車與掛車之間為剛性連接，眾所周知地，拖掛車的縱向長度遠大于普通的二軸車輛，這種簡單轉用不但由于缺乏相對有效的轉向控制方法和轉向系統，在轉向過程中難以可靠地使得各個車輪繞同一轉動中心轉動，而且拖掛車在轉向過程中需要顯著增大的轉彎半徑，這使得拖掛車的通過性極差，并且常常容易發生行駛事故。總體而言，現有技術的大型車輛，例如拖掛車通過掛車簡單加長以后，其通過性會受到嚴重影響，最小轉彎半徑一般大大增加，具體地，在拖掛車轉彎時，牽引車與掛車之間形成折角，其行駛軌跡具有較大的偏移，容易侵占相鄰的車道，例如如果缺乏合理設計的轉向系統和轉向控制方法，拖掛車在轉向過程中容易發生甩尾，其危害性遠高于普通汽車。而且，現有技術中的這些拖掛車，更普遍的缺陷是轉向時車輪易側滑、輪胎易磨損，車輛行駛不穩定，容易發生事故，甚至會造成拖掛車不能正常行駛。有鑒于現有技術的上述缺陷，需要設計一種新型的拖掛車轉向系統和轉向控制方法。

發明內容
本發明所要解決的一個技術問題是提供一種拖掛車轉向控制方法，該拖掛車轉向控制方法在拖掛車轉向時能夠優化程度地使得各個車輪繞同一個轉向中心區域轉動，從而減輕輪胎異常磨損，并改善拖掛車行駛穩定性和通過性。本發明所要解決的另一技術問題是提供一種控制器，該控制器能夠用于拖掛車的轉向控制，以改善拖掛車行駛穩定性和通過性。本發明所要解決的又一技術問題是提供一種拖掛車轉向系統，該拖掛車轉向系統在拖掛車轉向時能夠優化程度地使得各個車輪繞同一個轉向中心區域轉動，從而減輕輪胎異常磨損，并改善拖掛車行駛穩定性和通過性。進一步地，本發明所要解決的技術問題是提供一種拖掛車，該拖掛車在轉向時能夠優化程度地使得各個車輪在轉向時繞同一個轉向中心區域轉動，從而減輕輪胎異常磨損，改善拖掛車行駛穩定性。為了解決上述技術問題，本發明提供一種拖掛車轉向控制方法，所述拖掛車包括相互鉸接的牽引車和掛車，該拖掛車的全部車輪均為轉向輪，所述拖掛車的轉向中心位置線位于所述拖掛車縱向長度的中間區域的預定位置上，并平行于所述牽引車的前軸，其中，所述拖掛車轉向控制方法包括如下步驟第一，控制所述牽引車的前輪轉向，并獲取所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角0 1以及所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a ;第二，控制所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的其它各對轉向輪轉向，其中，使得所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角 Q i 為arctan ((Li/Ll) tan 0 I)-3 ° < 0 i < arctan ((Li/LI) .18110 1)+3°，其中Li為所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線之間的間距，LI為牽引車前軸與所述轉向中心位置線之間的間距，所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪與所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉方向相同；并且使得所述掛車上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角 9 j 為a — arctan (Z/P) _3 ° < 0 j < a — arctan (Z/P) +3 ° ,其中 Z=(Lj+h) cos a - (B/2) sin a -h，P=Ll/tan 0 I+B/2- (Lj+h) sin a — (B/2) cos a ,其
中Lj為在所述拖掛車直行狀態下所述掛車上的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線之間的間距，B為輪距，h為所述牽引車與所述掛車之間的鉸接樞轉點到所述轉向中心位置線的垂直間距，并且當所述掛車上的相應一對轉向輪的內側轉向輪所對應的偏轉角e j為正值時，該相應的一對轉向輪的偏轉方向相同，當所述掛車上的相應一對轉向輪的內側轉向輪對應的偏轉角9 j為負值時，該相應的一對轉向輪與所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉方向相反。優選地，在所述第二步驟中，使得所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0 i=arctan((Li/Ll) tan 0 I);以及使得所述掛車上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0j=ct — arctan (Z/P)。典型地，所述拖掛車的各對轉向輪之間連接有各自的轉向梯形聯動桿系。具體地，在所述第一步驟中，通過車輪偏轉角傳感器檢測以獲取所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角9 1。具體地，通過設 置在所述牽引車與掛車的鉸接樞轉點處的轉角傳感器檢測以獲取所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a。優選地，所述轉向中心位置線位于所述拖掛車縱向長度的中點位置上。優選地，所述牽引車與掛車之間的鉸接樞轉點位于所述牽引車的縱向中心豎直平面內。更優選地，所述第二步驟還包括在控制所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的其它各對轉向輪轉向時，實時地檢測所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各個所述內側轉向輪的偏轉角9 i和所述掛車上的各個所述內側轉向輪的偏轉角9j。作為上述拖掛車轉向控制方法的一種變型方式，本發明提供一種拖掛車轉向控制方法，所述拖掛車包括相互鉸接的牽引車和掛車，所述牽引車上具有位于該牽引車前輪后方的一對非轉向輪，所述拖掛車的除了該對非轉向輪之外的全部車輪均為轉向輪，所述拖掛車的轉向中心位置線位于所述牽引車上的所述一對非轉向輪所對應的車軸上，其中，所述拖掛車轉向控制方法包括如下步驟第一，控制所述牽引車的前輪轉向，并獲取所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角eI以及所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a ;第二，控制所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的其它各對轉向輪轉向，其中，使得所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角 Q i 為arctan ((Li/Ll) tan 0 I)-3 ° ( 0 i < arctan ((Li/LI) .18110 1)+3°，其中Li為所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線之間的間距，LI為牽引車前軸與所述轉向中心位置線之間的間距，所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪與所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉方向相同；并且使得所述掛車(322)上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角為a — arctan (Z/P)_3° < 0 j < a — arctan (Z/P)+3° ,其中 Z=(Lj+h) cos a — (B/2) sin a — h, P=Ll/tan 0 l+B/2 — (Lj+h) sin a — (B/2) cos a ,其中Lj為在所述拖掛車直行狀態下所述掛車上的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線之間的間距，B為輪距，h為所述牽引車與所述掛車之間的鉸接樞轉點到所述轉向中心位置線的垂直間距，并且當所述掛車上的相應一對轉向輪的內側轉向輪所對應的偏轉角9 j為正值時，該相應的一對轉向輪的偏轉方向相同，當所述掛車上的相應一對轉向輪的內側轉向輪對應的偏轉角9 j為負值時，該相應的一對轉向輪與所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉方向相反。優選地，在所述第二步驟中，使得所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0 i=arctan((Li/Ll) tan 0 I);以及使得所述掛車上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0j=ct — arctan (Z/P)。典型地，所述拖掛車的各對轉向輪之間連接有各自的轉向梯形聯動桿系。與上述拖掛車的轉向控制方法相匹配，本發明提供一種控制器，用于牽引車和掛車鉸接連接的拖掛車的轉向控 制，其中，該控制器包括信號接收模塊，用于接收所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角eI信號以及該牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a信號；計算處理模塊，用于根據所述偏轉角0 1信號以及夾角a信號計算確定所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角9i以及所述掛車上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角9 j;以及控制模塊，至少用于根據所述計算處理模塊的計算處理結果輸出控制信號控制所述拖掛車的除了所述牽弓I車前輪之外的其它各對轉向輪轉向。優選地，所述控制器包括牽引車轉向控制器和掛車轉向控制器，從而所述信號接收模塊包括所述牽引車轉向控制器的信號接收模塊和掛車轉向控制器的信號接收模塊，所述計算處理模塊包括所述牽引車轉向控制器的計算處理模塊和掛車轉向控制器的計算處理模塊，所述控制模塊包括所述牽引車轉向控制器的控制模塊和掛車轉向控制器的控制模塊，其中所述牽引車轉向控制器的信號接收模塊至少用于接收所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角0 I信號，所述掛車轉向控制器的信號接收模塊用于接收所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角0 I信號以及該牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a信號；所述牽引車轉向控制器的計算處理模塊用于根據所述偏轉角9 I信號計算確定所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角9i，所述掛車轉向控制器的計算處理模塊用于根據所述偏轉角91信號以及夾角a信號計算確定所述掛車上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0j;以及所述牽引車轉向控制器的控制模塊用于根據該牽引車轉向控制器的計算處理模塊的計算處理結果控制所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪轉向，所述掛車轉向控制器的控制模塊用于根據該掛車轉向控制器的計算處理模塊的計算處理結果控制所述掛車上的各對轉向輪轉向。優選地，所述計算處理模塊計算確定所述牽弓I車上的除了所述牽弓I車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角Q i=arctan((Li/Ll) tan 0 I);以及所述計算處理模塊計算確定所述掛車上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0 j = ct — arctan (Z/P)。進一步地，本發明提供一種拖掛車轉向系統，該拖掛車轉向系統用于實現上述的拖掛車轉向控制方 法，其中，所述拖掛車轉向系統包括用于控制所述牽引車的前輪轉向的前輪轉向機構、用于對應檢測所述牽引車左前輪和右前輪偏轉角的第一車輪偏轉角傳感器、用于檢測所述牽引車相對于所述掛車繞該牽引車與掛車之間的鉸接樞轉點轉動角度的轉角傳感器、轉向控制器、以及用于對應地驅動所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪轉向的電控轉向驅動裝置；各個所述第一車輪偏轉角傳感器、轉角傳感器以及各個所述電控轉向驅動裝置分別電連接于所述轉向控制器，從而所述轉向控制器在所述牽引車的前輪轉向時能夠接收所述轉角傳感器檢測的轉角信號和各個所述第一車輪偏轉角傳感器檢測的偏轉角信號，以獲得所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a和所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉角0 1，并且所述轉向控制器通過控制各個所述電控轉向驅動裝置以驅動所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪轉向。優選地，所述轉向控制器包括相互電連接的牽引車轉向控制器和掛車轉向控制器，其中各個所述第一車輪偏轉角傳感器以及所述牽引車的除該牽引車前輪之外的各對轉向輪所對應的各個所述電控轉向驅動裝置分別電連接于所述牽引車轉向控制器，所述掛車的各對轉向輪所對應的各個所述電控轉向驅動裝置分別電連接于所述掛車轉向控制器，所述轉角傳感器電連接于所述牽引車轉向控制器和/或掛車轉向控制器。具體地，所述牽引車轉向控制器計算所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角9 i，并通過控制該牽引車上的各個所述電控轉向驅動裝置而驅動所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪轉向；所述掛車轉向控制器計算所述掛車上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角e j，并通過控制該掛車上的各個所述電控轉向驅動裝置而驅動所述掛車上的各對轉向輪轉向。典型地，所述牽引車轉向控制器和掛車轉向控制器為電子控制單元、單片機、可編程序控制器或微處理器。 典型地，所述前輪轉向機構包括轉向操縱機構、轉向器和轉向直拉桿，所述轉向操縱機構包括依次連接的方向盤、轉向軸、轉向萬向節和轉向傳動軸，該轉向傳動軸連接于轉向器的輸入軸，該轉向器的輸出軸連接于所述轉向直拉桿，該轉向直拉桿連接于所述牽引車左前輪的轉向節的轉向節臂上，所述牽引車的前輪通過連接在該牽引車前輪的左、右前輪之間的轉向梯形聯動桿系而形成轉向聯動結構。優選地，各個所述電控轉向驅動裝置分別包括液壓缸，各個所述液壓缸的活塞桿連接于所述拖掛車的相應一對轉向輪中的左轉向輪的轉向節的轉向節臂上，以通過所述活塞桿的伸縮以及該相應一對轉向輪之間的轉向梯形聯動桿系而驅動該對轉向輪轉向，各個所述液壓缸連接于具有電控比例換向閥的液壓缸伸縮控制回路，各個所述電控轉向驅動裝置的電控比例換向閥電連接于所述轉向控制器。
典型地，所述電控比例換向閥為電磁比例換向閥或電液比例換向閥。優選地，所述拖掛車轉向系統還包括用于對應地檢測所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的各個轉向輪偏轉角的第二車輪偏轉角傳感器，各個所述第二車輪偏轉角傳感器分別電連接于所述轉向控制器。此外，本發明還提供一種拖掛車，其中，該拖掛車包括上述任一項拖掛車轉向系統。典型地，所述拖掛車的牽引車和掛車均為二軸車輛。通過上述技術方案，本發明的拖掛車轉向控制方法及其轉向系統針對牽引車和掛車相互鉸接的拖掛車，通過總結大量的轉向實測數據并結合阿克曼原理歸納出的控制公式，并以此修正由于牽引車和掛車之間的鉸接關系所帶來的轉向偏差，使得拖掛車的各個車輪至少能夠繞同一個轉向中心區域轉動，這種轉向中心區域相對于體積龐大的拖掛車而言是相對較小的，與現有拖掛車在轉向過程中各個車輪雜亂無章地繞各自的轉動中心轉動，其形成了一種技術上的巨大突破，使得拖掛車能夠按照相對理想的轉向形態進行轉向，由于拖掛車的各個車輪至少能夠繞同一個轉向中心區域轉動，這顯著程度地減輕輪胎的異常磨損，不僅如此，由于本發明拖掛車的牽引車和掛車之間的鉸接關系，本發明在改善輪胎磨損、增強轉向穩定性的同時，也相對有效地利用牽引車與掛車之間的鉸接關系減小了轉彎半徑，改善了拖掛車的通過性。具體地，第一，本發明的牽引車和掛車上的各對轉向輪的偏轉角控制均采用電控轉向驅動裝置進行驅動(牽引車前輪可以除外)，這為通過轉向控制器轉角進行自動控制創造了條件，在牽引車前輪轉向后，通過牽引車轉向內側前輪的偏轉角以及拖掛車的相關尺寸參數，通過轉向控制器進行計算并針對性控制，使得拖掛車的各個車輪至少能夠瞬間繞同一個轉向中心區域轉動，這顯著程度地減輕輪胎的異常磨損；第二，本發明針對牽引車和掛車采用鉸接形式的拖掛車，在車輛轉向過程中，由于牽引車和掛車之間的上述鉸接關系，拖掛車的尾部(即掛車)不會向外側擺動，外擺值較小，需要的轉彎場地小，轉向通過性好。第三，本發明對拖掛車的各對轉向輪的控制均通過相對精確的計算進行針對性控制，其有效地減輕了各個車輪由于轉向中心雜亂無章而導致的側滑等現象，基本避免了由于拖掛車的體型大、重量大而容易發生甩尾或側傾翻車等缺陷。本發明的拖掛車包括所述拖掛車轉向系統，因此同樣具有上述優點。本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。


下列附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，其與下述的具體實施方式
一起用于解釋本發明，但本發明的保護范圍并不局限于下述附圖及具體實施方式
。在附圖中圖1是現有技術的一種拖掛車的側視示意圖，其中牽引車與掛車為鉸接連接形式。圖2是現有技術的另一種拖掛車的側視示意圖，其中牽引車與掛車為剛性連接形式。圖3是現有技術的拖掛車轉向時的轉向分析示意圖。圖4是本發明具體實施方式
的拖掛車的轉向狀態示意圖。
圖5是本發明具體實施方式
的拖掛車的轉向分析示意圖。圖6是本發明具體實施方式
的拖掛車轉向系統的控制結構框圖。圖7是本發明另一種變型具體實施方式
的拖掛車的側視結構示意圖，其中顯示牽引車與掛車的鉸接位置不同于圖4所示的鉸接位置。圖8是本發明具體實施方式
的拖掛車轉向控制方法的流程框圖。圖9是本發明具體實施方式
的控制器的原理結構框圖。附圖標記說明311牽引車前軸；312掛車前軸；321牽引車；322掛車；331牽引車后軸；332掛車后軸；343車輛轉向中心位置線；4鉸接樞轉點。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明，應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發明，本發明的保護范圍并不局限于下述的具體實施方式
。預先說明的是，車輛轉向系統的設計基點在于實現轉向時使得車輛的所有車輪瞬時繞一個轉動中心(即轉向 中心)轉動，以使得所有車輪處于純滾動或基本純滾動狀。本發明的主要技術構思在于提供一種用于拖掛車的轉向系統和轉向控制方法，該拖掛車的牽引車和掛車之間采用鉸接連接形式，即掛車相對于牽引車能夠左右擺動。此外，就本發明的拖掛車而言，盡管附圖中顯示的掛車為全掛車形式，但是本發明的掛車也可以為半掛車，無論掛車為全掛車或半掛車，其均屬于本發明的保護范圍。有關其它一些涉及的需要注意的問題，將在下文的描述中順帶說明。為了幫助本領域技術人員理解本發明的技術方案，以下首先參照圖5描述本發明的拖掛車所要實現的轉向狀態，在此基礎上參照圖4、圖5和圖8描述本發明的拖掛車轉向控制方法，進而參照圖4至圖7描述本發明提供的一種用于實現所述拖掛車轉向控制方法的拖掛車轉向系統，在描述過程中將附帶說明一些本發明相關的變型形式，這些變型形式同樣屬于本發明的保護范圍。參見圖5所示，本發明的拖掛車的主體機械結構與常見的拖掛車類似，即所述拖掛車包括牽引車321和連接于該牽引車321且位于牽引車321后方的掛車322，其中牽引車321和掛車322采用鉸接的連接形式，其中鉸接樞轉軸線4沿豎直方向，以使得牽引車321和掛車322能夠相對于彼此左右擺動。在此附加說明的是，對于本領域技術人員而言，通過以上描述將已經認識到本發明所要解決的技術問題的困難性，由于牽引車321與掛車322之間的鉸接形式，牽引車321和掛車322在轉向過程中的位置是相對變化，盡管這種相對位置的變化為減小車輛的轉彎半徑提供了可能性，但是也帶來了轉向過程中各個車輪繞同一轉動中心轉動的控制難度。實際上，上述鉸接形式的拖掛車的轉向設計一直屬于本領域的技術難題，國內外車輛領域的技術人員迄今無法設計出適用的轉向系統和轉向控制方法。另外，本發明的“拖掛車”應當從廣義層次進行理解，即任何車輛，其只要包含了類似于本發明的相互連接的牽引車單元和掛車單元，其均屬于本發明的“拖掛車”的范圍。
如圖5所示，當拖掛車轉向時，牽引車321從直行狀態改變方向，即牽引車的牽引車前軸311和牽引車后軸331初始與掛車前軸312和掛車后軸332處于平行狀態，由于牽引車311轉向而使得牽引車行駛狀態發生改變，牽引車前軸311和牽引車后軸331與掛車前軸312和掛車后軸332不再處于平行狀態。在此情形下，例如牽引車311的內側前輪(即圖4所示的左前輪)和外側前輪(即圖4所示的右前輪)的轉軸延伸線相交于轉動中心位置線343上的一點01 (即轉向中心，根據牽引車311的前輪各自偏轉角的不同，轉向中心也可以為轉向中心位置線343上的02、03等其它點)，在此情形下，為了使得拖掛車轉向平穩順暢，根據車輛轉向理論的阿克曼原理，需要確保拖掛車的各個車輪均圍繞轉向中心01轉動，以避免車輪出現側滑等導致異常磨損的狀態。在圖4所示的情形中，無論因為牽引車311的前輪轉向而導致牽引車311在水平面(地面)上相對于掛車322偏擺的角度(即由于牽引車311與掛車322之間的鉸接形式，牽引車311的車體相對于掛車322的車體繞鉸接樞轉軸線4轉動一個角度)，理想狀態下，牽引車311上的其它車輪以及掛車322上的所有車輪均需要瞬間圍繞上述轉向中心01轉動。例如，圖4所示的轉向狀態。因此，與現有技術的拖掛車不同的是，為了確保圖4所示的轉向狀態，本發明的拖掛車為全輪轉向車輛。盡管對于本領域技術人員容易理解，但是為了使得普通技術人員能夠相對容易地理解本發明下述的技術方案，以下就一些概念進行適當的簡略解釋。其一，就轉向中心位置線343(本領域技術人員也稱為“轉向中心線”)而言，其主要是參照普通二軸車輛的轉向分析模型所形成的一種參考車軸線，在普通的前輪轉向、后輪驅動的車輛中，后輪車軸由于不轉向，因而轉向中心始終處在后軸延伸線上，因而普通二軸車輛的轉向中心位置線處于后軸的延伸線上。在拖掛車的轉向設計中，為了確保轉向的相對平穩，一般將拖掛車的轉向中心位置線確定在車輛縱向長度的中間區域(優選中點位置)并平行于牽引車前軸311和牽引車后軸322 (牽引車的前、后車軸是相互平行的)，以使得轉向相對穩定(參見技術標準JB/T 6042-2006《汽車起重機專用底盤》)，也就是說，在拖掛車的設計中，轉向中心位置線343是在設計初始就預先確定的，其一般處在拖掛車縱向長度的中間區域并平行于牽引車前軸311和牽引車后軸322，優選處在拖掛車縱向長度的中點位置，當然偏離中點位置也是可以的。這種借鑒二軸車輛的轉向分析模型而預先確定轉向中心位置線，在多軸車輛設計領域已經廣泛采用，對此不再贅述。其二，參見圖4和圖5，從中可以看到，本發明的轉向分析中僅顯示了拖掛車一側(圖示的左側)車輪的轉向狀態，在此需要注意的是，根據車輛設計理論最基本的阿克曼原理，在車輛轉向過程中，車輛任一對轉向輪中的外側車輪(例如外側前車輪)和內側車輪(例如內側前車輪)的偏轉角是不同的，外側車輪的偏轉角小于內側車輪的偏轉角。但是，根據阿克曼原理的公知內、外側轉向輪偏轉角理想關系式，內、外側轉向輪的偏轉角與輪距和軸距存在確定的函數關系，參照圖4和圖5中標示的參數符號，以牽引車311的左、右前輪為例，阿克曼原理的內、外側轉向輪偏轉角理想關系式可以表示為cot ( 0 5) =Cot (0 1)+B/L1，其中0 I為轉向時牽引車內側前輪(即圖示的左前輪)的偏轉角；0 5在圖5中未標示，其表示前因策外側前輪(即圖示的右前輪)的偏轉角出為兩側輪距；L1為牽引車前軸311與轉向中心位置線343之間的距離。其中，拖掛車的兩側輪距B對于拖掛車是確定的，在轉向中心位置線預先確定的情形下，牽引車前軸311與轉向中心位置線343之前的距離也是確定的，因此牽引車左、右前輪之間的存在確定的函數關系，SPcot (0 5) =cot (0 1) +B/Ll o公知地，車輛的任一對轉向輪(即其中的內側轉向輪和外側轉向輪)通過內、外側轉向輪之間的轉向梯形聯動桿系(即轉向梯形連桿機構，以下簡稱為“轉向梯形桿系”)進行保證。有關根據阿克曼原理的內、外側轉向輪偏轉角理想關系式來設計轉向梯形，在車輛領域已經屬于基本知識，現有車輛上的轉向梯形桿系均是如此，對此不再贅述。因此，圖4和圖5中僅需獲得內側轉向輪的偏轉角，其外側轉向輪的偏轉角無需關注，例如在圖5中，當拖掛車轉向時，牽引車的內側前輪與外側前輪之間通過轉向梯形桿系構成聯動結構關系，只要牽引車321的內側前輪的偏轉角為0 1，則外側前輪通過轉向梯形桿系的驅動會隨著內側前輪的運動而偏轉一個偏轉角0 5，并且滿足00丨(0 5)=(0丨(0 1)+8/11。在此需要說明的是，盡管通過轉向梯形滿足阿克曼原理的內、外側轉向輪偏轉角理想關系式僅是一種近似設計，但是現代汽車的轉向梯形桿系屬于一種普遍應用的結構，其能夠有效地滿足車輛轉向的要求，這一點對車輛領域的技術人員是無需置疑的。同樣地，牽引車321以及掛車322上的各對轉向輪之間的偏轉角關系同樣符合上述阿克曼原理的內、外側轉向輪偏轉角理想關系式，例如圖4和圖5所示的牽引車3 21的左、右后轉向輪之間的偏轉角關系、掛車322的左右前轉向輪之間的偏轉角關系、以及掛車322的左右后轉向輪之間的偏轉角關系，在轉向中心位置線343已經確定的情形下，各對轉向輪之間的偏轉角關系均符合阿克曼原理的內、外側轉向輪偏轉角理想關系式，在轉向過程中各對轉向輪之間通過各自的轉向梯形桿系構成聯動關系，但是在應用內、外側轉向輪偏轉角理想關系式時，軸距是相應發生改變的，例如牽引車后轉向輪之前的偏轉角關系滿足cot( 0 6) =Cot (0 2)+B/L2，其中0 6為牽引車的外側后轉向輪的偏轉角(圖5中未顯示)，0 2為牽引車內側后轉向輪的偏轉角，L2為后車軸與轉向中心位置線343的間距，B為輪距(以下不再贅述)。同樣地，對于掛車前轉向輪之間的偏轉角關系滿足cot( 0 7)=cot( 0 3)+B/L3，其中0 7為掛車的外側前轉向輪的偏轉角(圖5中未顯示)，0 3為掛車內側前轉向輪的偏轉角，L3為掛車處于直行狀態時前車軸與轉向中心位置線343的間距。為后車軸與轉向中心位置線343的間距，B為輪距(以下不再贅述)。掛車后轉向輪之間的偏轉角關系滿足cot ( 0 8) =Cot (0 4)+B/L4，其中0 8為掛車的外側后轉向輪的偏轉角(圖5中未顯不)，0 4為掛車內側后轉向輪的偏轉角,L4為掛車處于直行狀態時前車軸與轉向中心位置線343的間距。在此需要說明的是，牽引車321與掛車322上的轉向輪對數(對應相應的車軸數量)并不局限于圖4和圖5中的兩個車軸的情形，根據需要，牽引車321和掛車322上的車軸數量可以更多，無論牽引車321與掛車322上的轉向輪對數如何，各對轉向輪之間均通過滿足阿克曼原理的內、外側轉向輪偏轉角理想關系式的轉向梯形桿系構成聯動關系。因此，在下文的描述中，本發明的轉向控制僅說明各個內側轉向輪的偏轉角，其對應的外側轉向輪會通過各自的轉向梯形桿系隨動。另外，此處再次強調是，有關拖掛車的轉向在車輛領域(無論國內或國外)均構成一個難于突破的技術難題，本發明的立足點在于通過對轉向系統的設計，使得拖掛車的各個車輪盡可能圍繞一個轉向中心區域轉動，上述牽引車和掛車的各對內側轉向輪和外側轉向輪的偏轉角對應關系通過傳統的轉向梯形設計使其符合阿克曼原理的內、外側轉向輪偏轉角理想關系式，但是由于牽引車與掛車的鉸接關系(即相對于彼此能夠左右偏轉)，使得各個車輪的轉動狀態一般不能達到理想狀態，本申請的發明人通過總結大量的實際試驗數據并結合阿克曼原理，總結歸納出下文將要描述的一些控制公式，并以此修正由于上述鉸接關系帶來的轉向偏差，使得拖掛車的各個車輪至少能夠繞同一個轉向中心區域(相對于體積龐大的拖掛車，該轉向中心區域的面積是可以容忍的)轉動，從而能夠優化程度地減輕輪胎的異常磨損，并相對有效地利用牽引車與掛車之間的鉸接關系而優選程度地減小轉彎半徑。以下參照圖4、圖5和圖8描述本發明的拖掛車轉向控制方法的具體實施方式
。如圖4、圖5和圖8所示，所述拖掛車包括相互鉸接的牽引車321和掛車322，該拖掛車的全部車輪均為轉向輪，并且各對所述轉向輪之間連接有各自的轉向梯形聯動桿系，所述拖掛車的轉向中心位置線343位于所述拖掛車縱向長度的中間區域的預定位置上(拖掛車的縱向長度對于本領域技術人員而言普遍是指拖掛車處于直行狀態的縱向長度)，并平行于所述牽引車的前軸，所述拖掛車轉向控制方法包括如下步驟第一，控制所述牽引車的前輪轉向，并獲取所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角9 I以及所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a ;在此第一步驟中需要理解的是，牽引車的前輪由駕駛員根據路況進行操縱，其可以采用常規的前輪轉向機構，最常規地，前輪轉向機構一般包括轉向操縱機構、轉向器、轉向直拉桿以及連接在牽引車左、右前輪之間的轉向梯形聯動桿系，其中轉向操縱機構主要包括依次連接的方向盤、轉向軸、轉向萬向節和轉向傳動軸，該轉向傳動軸連接于轉向器的輸入軸，轉向器的輸出軸連接于轉向直拉桿，該轉向直拉桿連接于牽引車左前輪的轉向節的轉向節臂上。這樣，當駕駛員通過方向盤操縱牽引車前輪轉向時，駕駛員的操作方向盤的轉矩經由轉向軸、轉向傳動軸和轉向器，推拉轉向直拉桿，轉向直拉桿通過左前輪的轉向節的轉向節臂驅動左前輪偏轉，從而使得左前輪轉向，同時左前輪經由連接在左、右前輪的轉向節之間的上述轉向梯形聯動桿系(一般包括連接于左前輪轉向節的左梯形臂、連接于右前輪轉向節的右梯形臂、以及連接在左梯形臂和右梯形臂之間的轉向直拉桿)而同時帶動右前輪轉向(其它轉向輪之間的轉向梯形聯動桿系也是類似的，均存在通過各自的符合阿克曼原理的內、外側轉向輪偏轉角理想關系式的轉向梯形聯動桿系進實現的轉向聯動關系，以下不再贅述)。當然，上述前輪轉向機構僅是車輛上最常用的一種轉向機構，在實際車輛中根據需要一般還可以采用動力轉向機構，即通過液壓缸、氣壓缸、電動驅動裝置等進行助力，在此不再贅述。優選地，通過第一車輪偏轉角傳感器檢測以獲取所述牽弓I車前輪中的內側前輪的偏轉角9 1。就車輪偏轉角傳感器而言，在車輛領域的電子穩定系統(即ESP系統)中已經廣泛采用，例如，可以采用中國發明專利申請CN 1530271A中公開的輪胎偏轉角傳感器。其主要用于檢測車輪在轉向過程中相對于直行狀態的偏轉角度，在下文中描述的第二車輪偏轉角傳感器等，均是為了描述清楚而采用第一、第二所進行的區分，并不代表車輪偏轉角傳感器本身存在區別。另外，盡管對于車輛領域的技術人員是公知的，但是在此附加說明的是，在轉向中心位置線343已經確定的情形下，牽引車的左、右前輪之間的轉向梯形是按照阿克曼原理的內、外側轉向輪偏轉角理想關系式設計的，通過轉向梯形的聯動關系，牽引車左、右前輪的偏轉角存在對應關系，在轉向過程中，牽引車左、右前輪的轉軸的延伸線的交點均位于轉向中心位置線343上，例如參見圖5所示，當內側前輪的偏轉角0 I時，外側前輪的偏轉角0 5滿足cot ( 0 5) =cot ( 0 1)+B/L1，盡管圖5中并未顯示牽引車外側前輪的轉軸延伸線，但是其交點是確定的，即轉向中心O。當然隨著牽弓I車前輪各自偏轉角的改變，轉向中心在轉向位置線343上的位置是改變的，這也是現有二軸車輛上得到廣泛驗證的結構設計，牽引車本身與二軸車輛的剛性車體是類似的，其同樣符合上述關系。當然，由于牽引車與掛車之間的鉸接關系，掛車上各個車輪的偏轉角盡管通過下文所述的公式進行修正，但試驗證實掛車上的各個轉向輪基本繞同一個轉向中心區域轉動，不過這相對于現有技術的拖掛車已經屬于巨大的技術突破，其能夠相對有效地減輕輪胎的異常磨損。在上述第一步驟中，就所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a而言，參見圖4所示，該夾角a的形成是由于牽引車321與掛車322之間為鉸接關系，當牽引車相對于掛車轉向時，剛性的牽引車車體相對于剛性的掛車車體偏轉一個角度，即牽引車車體從初始的直行狀態相對于掛車車體偏轉的角度，這個角度表現為牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a，在圖4所示的俯視原理分析圖中即牽引車縱向中心線與掛車縱向中心線之間的夾角，需要注意的是，根據夾角的定義，兩個平面或兩條直線之間的夾角一般指的是兩者之間所夾的銳角，這與車輛轉向的實際狀況也是相符的，車輛的轉向輪的偏轉角一般不會超過90°。典型地，通過設置在所述牽引車與掛車的鉸接樞轉點4處的轉角傳感器檢測以獲取所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a。有關轉角傳感器在車輛領域是常用的，最典型地是車輛電子穩定系統(即ESP系統)中設置在轉向管柱與轉向軸之間的轉角傳感器，其通過感測相對轉動而檢測轉角，例如霍爾轉角傳感器等，從而獲得駕駛員操縱方向盤的轉角，這種用于檢測相對轉角的轉角傳感器在車輛的其它部位也是廣泛采用的，當轉角傳感器檢測到牽引車的車體從直行狀態轉動的角度時，該角度即為牽引車車體從初始的直行狀態相對于掛車車體偏轉的角度，這個角度表現為牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a。 另外，在車輛轉向時，任一對轉向輪之間的轉向內側車輪與轉向外側車輪的區分對于本領域技術人員是顯然地，即相對靠近轉向中心一側的轉向輪為內側車輪，另一側的轉向輪即為外側車輪，例如，在圖4和圖5中，牽引車的左前輪即為內側前輪，另一側的前輪即為外側前輪，相應地，就拖掛車的其它各對轉向輪而言，此時與牽引車前輪中的內側前輪處于同一側即為相應一對轉向輪中的內側轉向輪。

第二，控制所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的其它各對轉向輪轉向，其中，使得所述牽引車321上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角Q i為arctan ((Li/Ll) tan 0 1)-3° <arctan ((Li/Ll) tan 0 1)+3° ;其中Li為所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線343之間的間距，LI為牽引車前軸311與所述轉向中心位置線343之間的間距，所述牽引車321上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪與所述牽引車內側前輪的偏轉方向相同；并且使得所述掛車322上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0 j為a — arctan (Z/P)-3。< 0j< a — arctan (Z/P)+3。；其中Z= (Lj+h) cos a — (B/2) sin a — h ；P=Ll/tan 0 l+B/2 — (Lj+h) sin a — (B/2) cos a ；
其中Lj為在所述拖掛車直行狀態下所述掛車上的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線343之間的間距，B為輪距，h為所述牽引車與所述掛車之間的鉸接樞轉點4到所述轉向中心位置線343的垂直間距(顯然地這些參數對于拖掛車而言均是已知值，可以預置到下文所述的轉向控制器內)，并且當所述掛車上的相應的內側轉向輪所對應的偏轉角9 j為正值時，該相應的內側轉向輪與所述牽引車的內側前輪的偏轉方向相同；當所述掛車上的相應的內側轉向輪對應的偏轉角0 j為負值時，該相應的內側轉向輪與所述牽弓I車的內側前輪的偏轉方向相反。在上述第二步驟中，需要理解的是，在控制所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的其它各對轉向輪轉向時，使得所述牽引車321上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角9 i符合arctan ((Li/LI) tan 0 I)-3° < 0 i < arctan((Li/Ll) tan 0 I)+3° ,并使得所述掛車(322)上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角9 j符合ct — arctan(Z/P)-3° ( 0 j < a — arctan(Z/P )+3°，即只要0i和0j在上述計算確定的取值范圍內，經過轉向實際測試過程證實，其已經能夠基本實現本發明的轉向控制目的，即使得拖掛車的各個車輪至少能夠繞同一個轉向中心區域轉動拖掛車，從而能夠按照相對理想的轉向形態進行轉向。但是，更優選地，在上述第二步驟中，使得所述牽引車321上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0 i=arctan( (Li/Ll) tan 0 I);以及使得所述掛車(322)上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角9j=a - arctan (Z/P)，這能夠使得本發明拖掛車的轉向控制更加精確可靠，其中上述Q i=arctan((Li/Ll) tan 0 I)以及0 j = a — arctan(Z/P)，該兩個計算式屬于本申請的發明人根據車輛設計理論中的阿基曼原理，結合圖5所示的理想轉向狀態并通過大量`轉向實測數據進行驗證而總結出來的公式。例如，參見圖4和圖5所示，圖中所示的牽引車為二軸車輛，即僅包括前輪和后輪，在此情形下，上述Q i=arctan( (Li/Ll) tan 0 I)中，0 i具體為后輪中的內側后輪的偏轉角0 2，0 2=arctan((L2/Ll) tan 0 I)，其中L2為所述牽引車上的轉向后輪所對應的車軸(即牽引車后軸331)與所述轉向中心位置線343之間的間距，LI為牽引車前軸311與所述轉向中心位置線343之間的間距。相應地，當牽引車上存在其它轉向輪時，各對轉向輪的內側轉向輪的偏轉角同樣可以通過上述公式計算獲得。此外，如上所述，優選地，在上述第二步驟中，同時使得所述掛車322上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0」為0」=ct 一 arctan(Z/P);其中Z=(Lj+h)*cos a —(B/2) sin a — h ;P=Ll/tan 0 l+B/2 — (Lj+h) sin a — (B/2) .cos a。在該公式中，Z和P僅是計算的中間參數，并無實際意義，對于掛車上不同的內側轉向輪，其具體數值需要通過上述后續的公式計算。在此需要注意的是，上述公式屬于本申請的發明人根據車輛設計理論中的阿基曼原理結合圖5所示的理想轉向狀態所總結出現的公式，在上述公式的總結過程中，其關鍵在于使得所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a參與掛車上的各個內側轉向輪的偏轉角的計算，以盡可能地修正由于牽引車與掛車之間的鉸接關系而導致非剛性車體對轉向的影響，另外，由于過掛車的轉向過程并不嚴格符合理想偏轉狀態，因此綜合了大量轉向實測數據進行了適應性的修正和驗證，也就是說，上述公式并不嚴格符合理想偏轉狀態，而是采用的是近似設計方法，但是經過實車試驗數據驗證，其能夠使得拖掛車的各個車輪至少能夠繞同一個轉向中心區域(相對于體積龐大的拖掛車，該轉向中心區域的面積是可以容忍的)轉動，從而能夠優化程度地減輕輪胎的異常磨損，并相對有效地利用牽引車與掛車之間的鉸接關系而優選程度地減小轉彎半徑。為了幫助本領域技術人員簡略理解上述公式的來源，以下參照圖5顯示的轉向狀態進行分析，需要注意的是，圖5所示的轉向狀態僅是一種近似狀態(其中對拖掛車的相關結構進行了簡化抽象，以便于分析)，相應地下述的推導過程也僅是一種近似的推導，在盡可能符合轉向幾何關系的情形下并不排除一些近似計算。在上述公式的總結過程中，所要分析的轉向狀態是非常繁雜的，圖5所示的一種轉向狀態僅是為了幫助理解而進行的近似推導過程。例如，在圖5中，掛車322也為兩軸車輛，即其僅包括兩對轉向輪，當需要計算掛車的內側前輪偏轉角9 3 (即上述0j具體為圖5所示的0 3)時，即在牽引車的前輪已經偏轉而掛車的前輪尚未偏轉，并且由于牽引車的轉向已經使得牽引車車體與掛車車體之間形成夾角a的狀態下，參見圖5，其中a即為所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角，^為掛車的內側前輪的轉軸中心與上述狀態下的轉向中心0的連線與轉向中心位置線343的夾角(由于車輛轉向分析在俯視原理圖上進行分析，P也可以表述為掛車的內側前輪的接地點 與上述狀態下的轉向中心0的連線與轉向中心位置線343的夾角)，在圖5所示的狀態下，牽引車與掛車之間的鉸接連接結構簡化為一根鉸接桿，該鉸接桿相對于掛車固定且與直行狀態的掛車的車輪平行，在此情形下，由于需要使得掛車的內側前輪從直行狀態偏轉到垂直于上述掛車的內側前輪的接地點與上述狀態下的轉向中心0的連線(在此狀態下內側前輪才能繞轉向中心0處于滾動狀態)，其需要偏轉的角度0 3根據圖5所示的幾何關系可以推導出0 3= a - P，其中0 =arctan (Z/P)；Z=x — y — h ；P=R+B/2 — m — n ；R=LI/tan 0 I ；X= (L3+h) cos a ；y= (B/2) sin a ；m= (L3+h) sin a ；n= (B/2) cos a ；在上述各步的等式中基本均符合圖5所示的幾何關系或近似幾何關系，但不排除在圖5所示的轉向狀態之外的其它大量轉向狀態中采用近似幾何關系進行推導，本領域技術人員可以參照圖5驗證上述各步等式,其中，Z、P、x、y、m、n等均是在圖5所示的幾何關系中為了便于計算而現實的中間參數；h為牽引車與掛車的鉸接樞轉點4到轉向中心位置線343的垂直距離；R為轉向中心0與牽弓丨車的內側前輪的接地點在沿所述牽弓I車的橫向方向上的距離，R=LI/tan 0 I ；B為輪距，在拖掛車上認為各對轉向輪之間的輪距B相等；L1、0 I的含義上文已經描述，在此不再贅述；L3為在所述拖掛車直行狀態下所述掛車上的前輪所對應的車軸與所述轉向中心位置線343之間的間距，此處L3就是上述Lj的具體化，例如當要計算掛車上的內側后輪偏轉角時，Lj可以具體化為圖5中的L4。通過上述各步格式，可以歸納出9 3= a — arctan (Z/P),其中 Z= (L3+h) cos a — (B/2) sin a — h ；P=L1/tan 0 l+B/2 — (L3+h) sin a — (B/2)* cos a。另外,該掛車的內側前輪的偏轉方向與牽引車的內側前輪的轉向偏轉方向的關系，在上文已經描述，在此不再贅述。同樣地，當要通過上述公式計算掛車的內側后輪偏轉角04時，也可以經由9 4=a - y推算出上述類似的等式，其中Y為掛車的內側后輪的轉軸中心與上述狀態下的轉向中心0的連線與轉向中心位置線343的夾角(也可以表述為掛車的內側后輪的接地點與上述狀態下的轉向中心0的連線與轉向中心位置線343的夾角)。通過對上述拖掛車轉向控制方法的描述，如上文所述，該拖掛車轉向控制方法針對的拖掛車已經特定化，即所述拖掛車包括相互鉸接的牽引車321和掛車322，該拖掛車的全部車輪均為轉向輪，并且各對所述轉向輪之間連接有各自的轉向梯形聯動桿系，所述拖掛車的轉向中心位置線343位于所述拖掛車縱向長度的中間區域的預定位置上，并平行于所述牽引車的前軸。但是，在此需要考慮一種特殊情形，由于轉向中心位置線343是根據二軸車輛轉向分析模型預先確定的，只要其處于所述拖掛車縱向長度的中間區域并平行于所述牽引車的前軸即可，在此情形下，轉向中心位置線343可能會與牽引車321上的除前輪之外的一對車輪的車軸軸線重合，此時該對車輪無需設置為轉向輪。因此，作為本發明上述轉向控制方法的一種簡單變型方式，本發明上述拖掛車轉向控制方法還可以適用于另一種形式的拖掛車，即該拖掛車包括相互鉸接的牽引車321和掛車322，所述牽引車321上具有位于該牽引車前輪后方的一對非轉向輪，所述拖掛車的除了所述非轉向輪之外的全部車輪均為轉向輪，并且各對所述轉向輪之間連接有各自的轉向梯形聯動桿系，所述拖掛車的轉向中心位置線343位于所述牽引車上的所述一對非轉向輪所對應的車軸上。除此之外，該拖掛車轉向控制方法的主要內容與上述參照圖4、圖5和圖8的拖掛車轉向控制方法相同。在此也需要注意的是，實際上上述參照圖4、圖5和圖8的拖掛車轉向控制方法已經包含了此處所述的特殊情形，即在上述9 i=arctan((Li/LI) tan 0 I)中，Li為0的情形，相應的9 i也為零，即相應的一對轉向輪無需轉向，但是由于該對車輪在結構上屬于轉向輪，上述拖掛車轉向控制方法并未囊括該對車輪可以為非轉向輪的情形，但是這種拖掛車轉向控制方法的簡單變型形式也屬于本發明的技術構思，其同樣屬于本發明的保護范圍 。另外，在此還需要注意的是，由于轉向中心位置線借鑒二軸車輛轉向分析模型預先確定，二軸車輛屬于剛性車體，而本發明中掛車相對于牽引車鉸接，即在轉向過程中掛車的車軸與牽引車的車軸不會處于平行狀態，而轉向中心位置線343以牽引車前軸作為參考車軸確定，其平行于牽引車前軸，因此在轉向過程中轉向中心位置線不存在與掛車任一車軸重合的情形，掛車上的全部車輪應當均為轉向輪。另外，上述拖掛車各對轉向輪之間通過傳統的轉向梯形聯動桿系實現轉向過程中各對轉向輪的內、外側車輪的聯動，但是各對轉向輪并不限于采用轉向梯形聯動桿系，例如各對轉向輪為獨立轉向輪，在此情形下，各對轉向輪設置各自獨立的轉向驅動裝置，在上述牽引車和掛車的各對轉向輪的內側轉向輪的偏轉角0 i和0 j獲得情況下，可以容易地通過上述阿克曼原理的內、外側轉向輪偏轉角理想關系式的cot( 0 m) =cot ( 0 i或0 j)+B/Li或Lj計算獲得各對轉向輪中相應的外側轉向輪的偏轉角0 m,從而通過相應的轉向驅動裝置控制外側轉向輪偏轉到位。獨立轉向形式在車輛領域廣泛采用，這種形式與上述通過轉向梯形聯動桿系的本質構思是相同的，因此也屬于本發明的保護范圍。總之，無論拖掛車本身的具體轉向形式如何，只要其包含本發明的上述兩個步驟或本質技術內容相同的兩個步驟，其均屬于本發明的保護范圍。以上描述了本發明的拖掛車轉向控制方法的一些具體實施方式
和變型方式，在此基礎上，可以具有一些更加優選的技術方案，例如，所述轉向中心位置線處于所述拖掛車縱向長度的中點位置上。所述牽引車321與掛車322之間的鉸接樞轉點4位于所述牽引車的縱向中心豎直平面內(鉸接樞轉點4實際是鉸接樞轉軸在俯視平面圖上形成的，即鉸接樞轉軸的中心軸線位于牽引車的縱向中心豎直平面內)。另外，參見圖4和圖5所示，所述牽引車和掛車可以均為二軸車輛，即各自具有兩對車輪，當然根據需要，牽引車可以具有多根車軸，掛車也可以具有一根車軸(即半掛車的形式)。優選地，在上述第二步驟中，當控制所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的其它各對轉向輪轉向時，還可以包括實時地檢測所述牽引車上的各個所述內側轉向輪的偏轉角Qi和所述掛車上的各個所述內側轉向輪的偏轉角0j。這種實時檢測可以為控制器停止對相應轉向輪的轉向提供依據，當然在現代電控轉向驅動裝置中，通過精確的流量控制和行程控制，即使不進行實時檢測，也能夠將各個內側轉向輪轉向到所需的偏轉角。與上述拖掛車轉向控制方法相對應，參見圖9所示，本發明提供一種控制器，用于牽引車321和掛車322鉸接連接的拖掛車的轉向控制，其中，該控制器包括信號接收模塊，用于接收所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角ΘI信號以及該牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角α信號；計算處理模塊，用于根據所述偏轉角Θ I信號以及夾角α信號計算確定所述牽引車321上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角Θ i以及所述掛車322上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角Θ j ;以及控制模塊，其至少用于根據所述計算處理模塊的計算處理結果輸出控制信號控制所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的其它各對轉向輪轉向。顯然地，控制器的控制模塊用于向電控轉向驅動裝置輸出控制信號，例如下述的采用電控比例換向閥的電控轉向驅動裝置，通過控制模 塊向電控比例換向閥發送電流控制信號，即可實現轉向驅動控制。在本發明控制器的技術構思范圍內，控制器并不限于采用單一控制器，為了使得轉向控制的響應更加快捷可靠，增強動態響應的及時性，其還可以為復合控制器，例如參見圖6所示，本發明的控制器可以包括牽引車轉向控制器和掛車轉向控制器，從而所述信號接收模塊包括所述牽引車轉向控制器的信號接收模塊和掛車轉向控制器的信號接收模塊，所述計算處理模塊包括所述牽引車轉向控制器的計算處理模塊和掛車轉向控制器的計算處理模塊，所述控制模塊包括所述牽引車轉向控制器的控制模塊和掛車轉向控制器的控制模塊，其中所述牽引車轉向控制器的信號接收模塊至少用于接收所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角Θ I信號，所述掛車轉向控制器的信號接收模塊用于接收所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角ΘI信號以及該牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角α信號；所述牽引車轉向控制器的計算處理模塊用于根據所述偏轉角Θ I信號計算確定所述牽引車321上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角9i，所述掛車轉向控制器的計算處理模塊用于根據所述偏轉角Θ1信號以及夾角α信號計算確定所述掛車322上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0j;以及所述牽引車轉向控制器的控制模塊用于根據該牽引車轉向控制器的計算處理模塊的計算處理結果控制所述牽引車321上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪轉向，所述掛車轉向控制器的控制模塊用于根據該掛車轉向控制器的計算處理模塊的計算處理結果控制所述掛車322上的各對轉向輪轉向。在此情形下，控制器為包括牽引車轉向控制器和掛車轉向控制器的復合控制器，其中牽引車轉向控制器專用于控制牽引車，掛車控制器專用于控制掛車，這極大地增加轉向控制的響應速度，改善了轉向控制的可靠性和響應及時性。與上述的轉向控制方法相匹配，優選地，所述計算處理模塊通過如下方式計算確定所述牽引車321上的除了所述牽弓I車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角Θ i arctan((Li/Ll) *tan θ I)-3。< θ i < arctan((Li/Ll) *tan θ I)+3。，其中 Li 為所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線343之間的間距，LI為牽引車前軸311與所述轉向中心位置線343之間的間距，所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪與所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉方向相同；以及所述計算處理模塊通過如下方式計算確定所述掛車(322)上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角Qj :α — arctan (Ζ/Ρ)_3° ( Θ j < α — arctan (Z/P)+3。，其中 Z= (Lj+h) · cos a — (B/2) · sin a — h, P=Ll/tan θ l+B/2 — (Lj+h) · sin a —(B/2Vcosa，其中Lj為在所述拖掛車直行狀態下所述掛車上的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線343之間的間距，B為輪距，h為所述牽引車與所述掛車之間的鉸接樞轉點4到所述轉向中心位置線343的垂直間距，并且當所述掛車上的相應一對轉向輪的內側轉向輪所對應的偏轉角Θ j為正值時，該相應的一對轉向輪的偏轉方向相同，當所述掛車上的相應一對轉向輪的內側轉向輪對應的偏轉角Θ j為負值時，該相應的一對轉向輪與所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉方向相反。更優選地，所述計算處理模塊計算確定所述牽引車321上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角Θ i=arctan((Li/Ll) · tan θ I);以及所述計算處理模塊計算確定所述掛車322上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0j = α —arctan (Z/P)。以下參照圖4、圖6和圖7描述本發明的拖掛車轉向系統的具體實施方式
。需要注意的是，圖6所示的轉向系 統僅是一種典型實施形式，但是本發明的拖掛車轉向系統可以具有多種變型方式，以下首先描述本發明的拖掛車轉向系統的基本實施方式。就本發明拖掛車轉向系統的基本實施方式而言，其用于實現上述拖掛車轉向控制方法(上述拖掛車轉向控制方法的具體實施方式
以及變型實施方式中涉及的拖掛車的特定結構特征以及控制特征在此不再贅述，其可以直接或間接地限定本發明的拖掛車轉向系統)，具體地，所述拖掛車轉向系統包括用于控制所述牽引車的前輪轉向的前輪轉向機構、用于對應檢測所述牽引車左前輪和右前輪偏轉角的第一車輪偏轉角傳感器、用于檢測所述牽引車相對于所述掛車繞該牽引車與掛車之間的鉸接樞轉點4轉動角度的轉角傳感器、轉向控制器以及用于對應地驅動所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪轉向的電控轉向驅動裝置，各個所述第一車輪偏轉角傳感器、轉角傳感器以及各個所述電控轉向驅動裝置分別電連接于所述轉向控制器，從而所述轉向控制器在所述牽引車的前輪轉向時能夠接收所述轉角傳感器檢測的轉角信號和各個所述第一車輪偏轉角傳感器檢測的偏轉角信號，以獲得所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間夾角α和所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉角Θ 1，并且所述轉向控制器根據該夾角α和偏轉角Θ I安裝上述控制方法的第二步驟進行計算，并進而控制各個所述電控轉向驅動裝置，以驅動所述拖掛車的除了所述牽弓I車前輪之外的各對轉向輪轉向。在此需要說明的是，本發明的拖掛車轉向系統用于實現上文所述的拖掛車轉向控制方法，轉向控制器根據該夾角α和偏轉角Θ I通過相關的公式計算各對轉向輪的內側轉向輪所要求的偏轉角并進行控制的相關特征、各對轉向輪之間的轉向梯形聯動桿系已經隱含在該拖掛車轉向系統中，在此無需贅述。另外，牽引車前輪的轉向控制由駕駛員通過前輪轉向機構進行控制對于本領域技術人員是常用的。所述轉角傳感器用于檢測所述牽引車相對于所述掛車繞該牽引車與掛車之間的鉸接樞轉點4轉動的角度，即牽引車從直行狀態相對于所述掛車繞鉸接樞轉點4轉動的角度，其實際上就是牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間夾角α，轉角傳感器典型地為霍爾轉角傳感器或其它公知形式的轉角傳感器，典型地其通過電流或電壓信號的強弱反應角度的大小，優選地，所述轉角傳感器設置在所述牽引車與掛車的鉸接樞轉點4處。轉角傳感器的設置結構是公知的，例如，典型地霍爾轉角傳感器一般安裝為使其轉子能夠跟隨例如牽引車的鉸接件傳動，該轉子切割轉向傳感器內的磁體產生磁力線從而產生強度不同的電流信號。另外，阻抗型轉角傳感器則通過電阻的變化來影響電流或電壓的大小從而反應不同的轉角。這些公知轉角傳感器不再贅述。就第一車輪偏轉角傳感器而言，正如上文所述，其在車輛領域的電子穩定系統(gpESP系統)中已經廣泛采用，例如，可以采用中國發明專利申請CN153027IA中公開的輪胎偏轉角傳感器。在此需要注意的是，牽引車321的左、右前輪均需要對應地設置第一車輪偏轉角傳感器。由于拖掛車在轉向過程中既可能是左轉向，也可能是右轉向，在轉向過程中內側前輪的偏轉角大于外側前輪的偏轉角，轉向控制器通過比較兩個第一車輪偏轉角傳感器檢測的左、右前輪的偏轉角大小，即可判斷出牽引車的轉向方向以及左、右前輪中的轉向內側前輪。在本發明的拖掛車轉向系統的上述基本實施方式的基礎上，其可以具有多種具體實施方式
，例如，就上述轉向控制器而言，其可以僅包括一個轉向控制器，在此情形下，全部計算以及控制電控轉向驅 動裝置的工作均由該轉向控制器完成。優選地，參見圖6所示，上述轉向控制器可以包括相互電連接的牽引車轉向控制器和掛車轉向控制器，其中各個所述第一車輪偏轉角傳感器、轉角傳感器以及所述牽引車的除左、右前輪之外的各對轉向輪所對應的各個所述電控轉向驅動裝置分別電連接于所述牽引車轉向控制器，所述掛車的各對轉向輪所對應的各個所述電控轉向驅動裝置分別電連接于所述掛車轉向控制器。在此情形下，牽引車轉向控制器接收第一車輪偏轉角傳感器和轉角傳感器的信號，其中所述牽引車轉向控制器計算所述牽引車321上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角Θ i，并控制該牽引車上的各個所述電控轉向驅動裝置而驅動所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪轉向，同時該牽引車轉向控制器可以將上述夾角α和偏轉角Θ I發送給掛車轉向控制器，所述掛車轉向控制器計算所述掛車322上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角Θ j，并控制該掛車上的各個所述電控轉向驅動裝置而驅動所述掛車上的各對轉向輪轉向。這種優選形式的優點在于，所述轉向控制器包括兩個控制器，即牽引車轉向控制器和掛車轉向控制器，這使得兩個控制器可以分別針對性控制牽引車和掛車上的轉向輪，從而使得各個控制器承擔的計算和控制工作量減少，從而可以有效地改善轉向過程中響應的及時性和轉向靈敏性。當然，在存在兩個轉向控制器的情形下，其變型形式眾多，例如就圖6而言，所述轉角傳感器還可以電連接于掛車轉向控制器或同時電連接于牽引車轉向控制器和掛車轉向控制器，這樣牽引車轉向控制器就可以僅將牽引車轉向內側前輪的偏轉角ΘI發送給掛車轉向控制器。總之，無論上述轉向控制器包括一個或多個控制器，其要相關的電控轉向驅動裝置、車輪偏轉角傳感器和轉角傳感器與其存在電連接關系，其均屬于本發明的保護范圍。上述轉向控制器(例如牽引車轉向控制器和掛車轉向控制器)，其可以采用工程機械領域專用的電子控制單元、單片機、可編程序控制器(PLC)、微處理器等。就用于供駕駛員操縱以控制牽引車前輪轉向的前輪轉向機構而言，其可以采用常規的機械轉向機構，也可以采用現有車輛上廣泛采用的液壓動力轉向機構、氣壓動力轉向機構、電控動力轉向機構等。例如，典型地，所述前輪轉向機構可以包括轉向操縱機構、轉向器、轉向直拉桿以及所述牽引車左、右前輪之間的所述轉向梯形聯動桿系，所述轉向操縱機構主要包括依次連接的方向盤、轉向軸、轉向萬向節和轉向傳動軸，該轉向傳動軸連接于轉向器的輸入軸，轉向器的輸出軸連接于轉向直拉桿，該轉向直拉桿連接于牽引車左前輪的轉向節的轉向節臂上。這樣，當駕駛員通過方向盤操縱牽引車前輪轉向時，駕駛員的操作方向盤的轉矩經由轉向軸、轉向傳動軸和轉向器，推拉轉向直拉桿，轉向直拉桿通過左前輪的轉向節的轉向節臂驅動左前輪偏轉。就各個電控轉向驅動裝置而言，最簡單地，例如，各個所述電控轉向驅動裝置可以分別包括液壓缸，所述液壓缸的活塞桿連接于相應一對轉向輪中的左轉向輪的轉向節的轉向節臂上(在此情形下液壓缸的活塞桿之際上相當于傳統機械轉向機構中的轉向直拉桿)，該液壓缸連接于具有電控比例換向閥的液壓缸伸縮控制回路，各個所述電控轉向驅動裝置的電控比例換向閥電連接于所述轉向控制器，例如在圖6中，所述牽引車上的各個所述電控轉向驅動裝置的電控比例換向閥電連接于牽引車轉向控制器，所述掛車上的各個電控轉向驅動裝置的電控比例換向閥可以電連接于該掛車轉向控制器。有關液壓缸的伸縮控制液壓回路是液壓領域公知的，但是該伸縮控制液壓回路中采用的換向閥在本發明中需要為電控比例換向閥，以便于轉向控制器進行控制。典型地，電控比例換向閥可以采用電磁比例換向閥或電液比例換向閥，其能夠`通過精確的流量控制實現液壓缸行程的精確控制。另外，在各對轉向輪的左、右車輪獨立轉向的情形下，各個所述電控轉向驅動裝置可以包括用于驅動相應一對轉向輪中的兩個車輪獨立轉向的兩個液壓缸，各個液壓缸分別連接于具有電控比例換向閥的液壓缸伸縮控制回路，各個所述電控轉向驅動裝置中的電控比例換向閥電連接于上述轉向控制器。這種通過液壓缸驅動車輪獨立轉向的機械連接結構是公知的，一般是液壓缸的一端鉸接于車輪的轉向節的轉向節臂上，另一端鉸接到車架或相應的車軸上(有時需要通過車架或車軸上的安裝支架)。有關獨立轉向的情形雖然屬于本發明的保護范圍，但是本發明的重點并在于其細節結構，只要其具備本發明的拖掛車轉向系統的基本實施方式中所述的技術特征，無論各對轉向輪的具體轉向形式如何，其均屬于本發明的保護范圍。另外，作為一種優選形式，所述拖掛車轉向系統還包括用于對應地檢測所述拖掛車的左前輪和右前輪之外的各個轉向輪偏轉角的第二車輪偏轉角傳感器，各個所述第二車輪偏轉角傳感器分別電連接于上述轉向控制器，例如所述牽引車上的各個所述第二車輪偏轉角傳感器可以電連接于所述牽引車轉向控制器，所述掛車上的各個所述第二車輪偏轉角傳感器可以電連接于所述掛車轉向控制器。通過第二車輪偏轉角傳感器可以檢測拖掛車的其它各個轉向輪的偏轉角，從而檢測相應的轉向輪是否偏轉到位。在上述拖掛車轉向系統的技術方案的基礎上，本發明提供一種拖掛車，該拖掛車包括上述的拖掛車轉向系統。在此需要說明的是，例如參見圖4、圖5和圖7，拖掛車的牽引車321和掛車322之間的鉸接樞轉點4并不局限于特定的位置，而是可以根據需要進行設置。優選地，一般可以使得鉸接樞轉點4位于牽引車的縱向中心豎直平面上。另外，在此需要說明的是，在上文描述的拖掛車轉向控制方法以及拖掛車轉向系統均是以相互鉸接的牽引車和掛車作為對象進行描述，這種形式的拖掛車構成最小單元，任何拖掛車，只要其包含了牽引車和鉸接在該牽引車上的一節掛車，并且采用本發明的上述拖掛車轉向控制方法或拖掛車轉向系統，其均屬于本發明的保護范圍。通過以上描述可以看出，本發明的拖掛車轉向控制方法及其轉向系統針對牽引車和掛車相互鉸接的拖掛車，通過總結大量的轉向實測數據并結合阿克曼原理歸納出的控制公式，并以此修正由于牽引車和掛車之間的鉸接關系所帶來的轉向偏差，在實際使用中已經證實其能夠使得拖掛車的各個車輪至少能夠繞同一個轉向中心區域轉動，這種轉向中心區域相對于體積龐大的拖掛車而言是相對較小的，與現有拖掛車在轉向過程中各個車輪雜亂無章地繞各自的轉動中心轉動相比，其形成了一種技術上的巨大突破，使得拖掛車能夠按照相對理想的轉向形態進行轉向，由于拖掛車的各個車輪至少能夠繞同一個轉向中心區域轉動，這顯著程度地減輕輪胎的異常磨損，不僅如此，由于本發明拖掛車的牽引車和掛車之間的鉸接關系，本發明在改善輪胎磨損、增強轉向穩定性的同時，也相對有效地利用牽引車與掛車之間的鉸接關系減小了轉彎半徑，改善了拖掛車的通過性。具體地，第一，本發明的牽引車和掛車上的各對轉向輪的偏轉角控制均采用電控轉向驅動裝置進行驅動(牽引車前輪可以除外)，這為通過轉向控制器轉角進行自動控制創造了條件，在牽引車前輪轉向后，通過牽引車轉向內側前輪的偏轉角以及拖掛車的相關尺寸參數，通過轉向控制器進行計算并針對性控制，使得拖掛車的各個車輪至少能夠瞬間繞同一個轉向中心區域轉動，這顯著程度地減輕輪胎的異常磨損；第二，本發明針對牽引車和掛車采用鉸接形式的拖掛車，在車輛轉向過程中，由于牽引車和掛車之間的上述鉸接關系，拖掛車的尾部(即掛車)不會向外側擺動，外擺值較小，需要的轉彎場地小，轉向通過性好。第三，本發明對拖掛車的各對轉向輪的控制均通過相對精確的計算進行針對性控制，其有效地減輕了各個車輪由于轉向中心雜亂無章而導致的側滑等現象，基本避免了由于拖掛車的體型大、重量大而容易發生甩尾或側傾翻車等缺陷。以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
權利要求
1.拖掛車轉向控制方法，所述拖掛車包括相互鉸接的牽引車(321)和掛車(322)，該拖掛車的全部車輪均為轉向輪，所述拖掛車的轉向中心位置線(343)位于所述拖掛車縱向長度的中間區域的預定位置上，并平行于所述牽引車的前軸，其中，所述拖掛車轉向控制方法包括如下步驟 第一，控制所述牽引車的前輪轉向，并獲取所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角9 I以及所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a ; 第二，控制所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的其它各對轉向輪轉向，其中， 使得所述牽引車(321)上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角Q i為arctan ((Li/Ll) tan 0 1)-3° <arctan ((Li/Ll) tan 0 1)+3°， 其中Li為所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線(343)之間的間距，LI為牽引車前軸(311)與所述轉向中心位置線(343)之間的間距，所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪與所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉方向相同；并且 使得所述掛車(322)上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角e j為 a — arctan (Z/P)-3。< 0j< a — arctan (Z/P)+3。，其中 Z= (Lj+h) cos a — (B/2) sin a — h,P=Ll/tan 0 I+B/2 — (Lj+h) sin a — (B/2) cos a , 其中Lj為在所述拖掛車直行狀態下所述掛車上的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線(343)之間的間距，B為輪距，h為所述牽引車與所述掛車之間的鉸接樞轉點(4)到所述轉向中心位置線(343)的垂直間距，并且當所述掛車上的相應一對轉向輪的內側轉向輪所對應的偏轉角9 j為正值時，該相應的一對轉向輪的偏轉方向相同，當所述掛車上的相應一對轉向輪的內側轉向輪對應的偏轉角9 j為負值時，該相應的一對轉向輪與所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉方向相反。
2.根據權利要求1所述的拖掛車轉向控制方法，其中，在所述第二步驟中，使得所述牽引車(321)上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0 i=arctan( (Li/Ll) *tan 0 I);以及使得所述掛車(322)上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角 Qj=a — arctan (Z/P)。
3.根據權利要求1所述的拖掛車轉向控制方法，其中，所述拖掛車的各對轉向輪之間連接有各自的轉向梯形聯動桿系。
4.根據權利要求1所述的拖掛車轉向控制方法，其中，在所述第一步驟中，通過車輪偏轉角傳感器檢測以獲取所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角e I。
5.根據權利要求1所述的拖掛車轉向控制方法，其中，通過設置在所述牽引車與掛車的鉸接樞轉點(4)處的轉角傳感器檢測以獲取所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a。
6.根據權利要求1所述的拖掛車轉向控制方法，其中，所述轉向中心位置線(343)位于所述拖掛車縱向長度的中點位置上。
7.根據權利要求1所述的拖掛車轉向控制方法，其中，所述牽引車(321)與掛車(322)之間的鉸接樞轉點位于所述牽引車的縱向中心豎直平面內。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的拖掛車轉向控制方法，其中，所述第二步驟還包括在控制所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的其它各對轉向輪轉向時，實時地檢測所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各個所述內側轉向輪的偏轉角0 i和所述掛車上的各個所述內側轉向輪的偏轉角0j。
9.拖掛車轉向控制方法，所述拖掛車包括相互鉸接的牽引車(321)和掛車(322)，所述牽引車(321)上具有位于該牽引車前輪后方的一對非轉向輪，所述拖掛車的除了該對非轉向輪之外的全部車輪均為轉向輪，所述拖掛車的轉向中心位置線(343)位于所述牽引車上的所述一對非轉向輪所對應的車軸上，其中，所述拖掛車轉向控制方法包括如下步驟 第一，控制所述牽引車的前輪轉向，并獲取所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角9 I以及所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a ; 第二，控制所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的其它各對轉向輪轉向，其中， 使得所述牽引車(321)上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角Q i為arctan ((Li/Ll) tan 0 1)-3° <arctan ((Li/Ll) tan 0 1)+3°， 其中Li為所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線(343)之間的間距，LI為牽引車前軸(311)與所述轉向中心位置線(343)之間的間距，所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪與所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉方向相同；并且 使得所述掛車(322)上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角e j為 a — arctan (Z/P)-3。< 0j< a — arctan (Z/P)+3。，其中 Z= (Lj+h) cos a — (B/2) sin a — h,P=Ll/tan 0 I+B/2 — (Lj+h) sin a — (B/2) cos a , 其中Lj為在所述拖掛車直行狀態下所述掛車上的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線(343)之間的間距，B為輪距，h為所述牽引車與所述掛車之間的鉸接樞轉點(4)到所述轉向中心位置線(343)的垂直間距，并且當所述掛車上的相應一對轉向輪的內側轉向輪所對應的偏轉角9 j為正值時，該相應的一對轉向輪的偏轉方向相同，當所述掛車上的相應一對轉向輪的內側轉向輪對應的偏轉角9 j為負值時，該相應的一對轉向輪與所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉方向相反。
10.根據權利要求9所述的拖掛車轉向控制方法，其中，在所述第二步驟中，使得所述牽引車(321)上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0 i=arctan( (Li/Ll) *tan 0 I);以及使得所述掛車(322)上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角 Qj= a — arctan (Z/P)。
11.根據權利要求9所述的拖掛車轉向控制方法，其中，所述拖掛車的各對轉向輪之間連接有各自的轉向梯形聯動桿系。
12.控制器，用于牽引車(321)和掛車(322)鉸接連接的拖掛車的轉向控制，其中，該控制器包括 信號接收模塊，用于接收所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角0 I信號以及該牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a信號； 計算處理模塊，用于根據所述偏轉角0 1信號以及夾角a信號計算確定所述牽引車(321)上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0i以及所述掛車(322)上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0 j ;以及 控制模塊，至少用于根據所述計算處理模塊的計算處理結果輸出控制信號控制所述拖掛車的除了所述牽弓I車前輪之外的其它各對轉向輪轉向。
13.根據權利要求12所述的控制器，其中，所述控制器包括牽引車轉向控制器和掛車轉向控制器，從而所述信號接收模塊包括所述牽引車轉向控制器的信號接收模塊和掛車轉向控制器的信號接收模塊，所述計算處理模塊包括所述牽引車轉向控制器的計算處理模塊和掛車轉向控制器的計算處理模塊，所述控制模塊包括所述牽引車轉向控制器的控制模塊和掛車轉向控制器的控制模塊， 其中所述牽引車轉向控制器的信號接收模塊至少用于接收所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角0 I信號，所述掛車轉向控制器的信號接收模塊用于接收所述牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角9 I信號以及該牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a信號； 所述牽引車轉向控制器的計算處理模塊用于根據所述偏轉角0 I信號計算確定所述牽引車(321)上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0 i，所述掛車轉向控制器的計算處理模塊用于根據所述偏轉角e I信號以及夾角a信號計算確定所述掛車(322)上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0 j ;以及 所述牽引車轉向控制器的控制模塊用于根據該牽引車轉向控制器的計算處理模塊的計算處理結果控制所述牽引車(321)上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪轉向，所述掛車轉向控制器的控制模塊用于根據該掛車轉向控制器的計算處理模塊的計算處理結果控制所述掛車(322)上的各對轉向輪轉向。
14.根據權利要求12所述的控制器，其中，所述計算處理模塊通過如下方式計算確定所述牽引車(321)上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角`0 i arctan ((Li/Ll) tan 0 1)-3° <arctan ((Li/Ll) tan 0 1)+3°， 其中Li為所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線(343)之間的間距，LI為牽引車前軸(311)與所述轉向中心位置線(343)之間的間距，所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪與所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉方向相同；以及 所述計算處理模塊通過如下方式計算確定所述掛車(322 )上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角9 j a — arctan (Z/P)-3。< 0j< a — arctan (Z/P)+3。，其中 Z= (Lj+h) cos a — (B/2) sin a — h,P=Ll/tan 0 I+B/2 — (Lj+h) sin a — (B/2) cos a , 其中Lj為在所述拖掛車直行狀態下所述掛車上的各對轉向輪所對應的各自的車軸與所述轉向中心位置線(343)之間的間距，B為輪距，h為所述牽引車與所述掛車之間的鉸接樞轉點(4)到所述轉向中心位置線(343)的垂直間距，并且當所述掛車上的相應一對轉向輪的內側轉向輪所對應的偏轉角9 j為正值時，該相應的一對轉向輪的偏轉方向相同，當所述掛車上的相應一對轉向輪的內側轉向輪對應的偏轉角9 j為負值時，該相應的一對轉向輪與所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉方向相反。
15.根據權利要求14所述的控制器，其中，所述計算處理模塊計算確定所述牽引車(321)上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0 i=arctan( (Li/Ll) *tan 0 I);以及所述計算處理模塊計算確定所述掛車(322)上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0j=ct — arctan (Z/P)。
16.拖掛車轉向系統，該拖掛車轉向系統用于實現根據權利要求1-7、9-11中任一項所述的拖掛車轉向控制方法，其中，所述拖掛車轉向系統包括用于控制所述牽引車的前輪轉向的前輪轉向機構、用于對應檢測所述牽引車左前輪和右前輪偏轉角的第一車輪偏轉角傳感器、用于檢測所述牽引車相對于所述掛車繞該牽引車與掛車之間的鉸接樞轉點(4)轉動角度的轉角傳感器、轉向控制器、以及用于對應地驅動所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪轉向的電控轉向驅動裝置； 各個所述第一車輪偏轉角傳感器、轉角傳感器以及各個所述電控轉向驅動裝置分別電連接于所述轉向控制器，從而所述轉向控制器在所述牽引車的前輪轉向時能夠接收所述轉角傳感器檢測的轉角信號和各個所述第一車輪偏轉角傳感器檢測的偏轉角信號，以獲得所述牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角a和所述牽引車的轉向內側前輪的偏轉角9 1，并且所述轉向控制器通過控制各個所述電控轉向驅動裝置以驅動所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪轉向。
17.根據權利要求16所述的拖掛車轉向系統，其中，所述轉向控制器包括相互電連接的牽引車轉向控制器和掛車轉向控制器，其中各個所述第一車輪偏轉角傳感器以及所述牽引車的除該牽引車前輪之外的各對轉向輪所對應的各個所述電控轉向驅動裝置分別電連接于所述牽引車轉向控制器，所述掛車的各對轉向輪所對應的各個所述電控轉向驅動裝置分別電連接于所述掛車轉向控制器，所述轉角傳感器電連接于所述牽引車轉向控制器和/或掛車轉向控制器。
18.根據權利要求17所述的拖掛車轉向系統，其中，所述牽引車轉向控制器計算所述牽引車(321)上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角0 i，并通過控制該牽引車上的各個所述電控轉向驅動裝置而驅動所述牽引車上的除了所述牽引車前輪之外的各對轉向輪轉向；所述掛車轉向控制器計算所述掛車(322)上的各對轉向輪中的內側轉向輪的偏轉角9 j，并通過控制該掛車上的各個所述電控轉向驅動裝置而驅動所述掛車上的各對轉向輪轉向。
19.根據權利要求17所述的拖掛車轉向系統，其中，所述牽引車轉向控制器和掛車轉向控制器為電子控制單元、單片機、可編程序控制器或微處理器。
20.根據權利要求16所述的拖掛車轉向系統，其中，所述前輪轉向機構包括轉向操縱機構、轉向器和轉向直拉桿，所述轉向操縱機構包括依次連接的方向盤、轉向軸、轉向萬向節和轉向傳動軸，該轉向傳動軸連接于轉向器的輸入軸，該轉向器的輸出軸連接于所述轉向直拉桿，該轉向直拉桿連接于所述牽引車左前輪的轉向節的轉向節臂上，所述牽引車的前輪通過連接在該牽引車前輪的左、右前輪之間的轉向梯形聯動桿系而形成轉向聯動結構。
21.根據權利要求16所述的拖掛車轉向系統，其中，各個所述電控轉向驅動裝置分別包括液壓缸，各個所述液壓缸的活塞桿連接于所述拖掛車的相應一對轉向輪中的左轉向輪的轉向節的轉向節臂上，以通過所述活塞桿的伸縮以及該相應一對轉向輪之間的轉向梯形聯動桿系而驅動該對轉向輪轉向，各個所述液壓缸連接于具有電控比例換向閥的液壓缸伸縮控制回路，各個所述電控轉向驅動裝置的電控比例換向閥電連接于所述轉向控制器。
22.根據權利要求21所述的拖掛車轉向系統，其中，所述電控比例換向閥為電磁比例換向閥或電液比例換向閥。
23.根據權利要求16至22中任一項所述的拖掛車轉向系統，其中，所述拖掛車轉向系統還包括用于對應地檢測所述拖掛車的除了所述牽引車前輪之外的各個轉向輪偏轉角的第二車輪偏轉角傳感器，各個所述第二車輪偏轉角傳感器分別電連接于所述轉向控制器。
24.拖掛車，其中，該拖掛車包括根據權利要求16至23中任一項所述的拖掛車轉向系統。
25.根據權利要求22所述的拖掛車，其中，所述拖掛車的牽引車和掛車均為二軸車輛。
全文摘要
拖掛車轉向控制方法，包括第一，控制牽引車的前輪轉向，并獲取牽引車前輪中的轉向內側前輪的偏轉角θ1以及牽引車縱向中心豎直平面與掛車縱向中心豎直平面之間的夾角α；第二，控制拖掛車的其它各對轉向輪轉向，其中，使得牽引車上的其它各內側轉向輪的偏轉角arctan((Li/L1)·tanθ1)-3°≤θi≤arctan((Li/L1)·tanθ1)+3°；并且使得掛車上的各內側轉向輪的偏轉角α－arctan(Z/P)-3°≤θj≤α－arctan(Z/P)+3°。此外，本發明還提供一種控制器、拖掛車轉向系統以及拖掛車。本發明能夠使得拖掛車的各個車輪至少能夠繞同一個轉向中心區域轉動，顯著程度地減輕輪胎的異常磨損，增強了轉向穩定性，改善了拖掛車的通過性。
文檔編號B62D6/00GK103057586SQ20131003168
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者張虎, 王啟濤, 蔣浩中, 譚友建 申請人:中聯重科股份有限公司