專利名稱：車輛后橋電控轉向輪隨動控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及工程機械的自動控制領域，具體涉及車輛后橋電控轉向輪隨動控 制系統。
技術背景 目前，工程車輛隨著承載要求的不斷提高呈大型化發展的趨勢。現有的大型工程車輛底盤的轉向系統具有多組前橋和多組后橋，其中，各組前橋 依靠機械結構剛性連接，前橋的轉向操作由駕駛者操縱方向盤直接控制；各組后橋與前橋 之間無機械連接，其采用電液比例閉環控制方法來控制后橋轉向輪的轉向動作。請參見圖1，該圖是現有車輛底盤的后橋轉向輪隨動轉向示意圖。如圖1所示，傳感器10檢測到前橋(第一橋)的轉角并輸入至PLC控制器，控制 器中的計算單元根據各后橋轉向輪與第一橋之間的轉角關系計算得出各后橋轉向輪的當 前目標轉角，該轉角關系如下式所示
r/ * tan β β i=arctan -——，式中，β i-相應后橋轉向輪的當前目標轉角，Li-相應
后橋至瞬時轉向中心之間的距離，P1-第一橋車輪的當前轉角，L-第一橋至瞬時轉向中心 之間的距離。控制器根據各后橋轉向輪的當前目標轉角和各后橋傳感器(40、50、60和70)檢測 的各后橋轉向輪實際轉角比較后的結果，依某種控制參量來控制驅動各橋對應的電液比例 閥，從而調節相應轉向液壓油路的流量和流向，驅動相應后橋轉向輪的轉角趨向當前目標角。
τ J * tan 61眾所周知，后橋距轉向中心越近，相應的Li值越小；由ρ^可知，在相同的
第一橋車輪轉角的前提下，后橋距轉向中心越近，其隨動轉向控制的當前目標轉角β (i) 越小。而實際上，受控制系統本身的控制器件和執行元件的精度和性能的限制，各后橋均存 在控制死區。下面以圖1所示工程車輛底盤為例進行具體分析，如，第一橋右輪轉動1°時(β 1 =1° )，第 4、5、6 和 7 橋分別需轉動 0. 12°、-0.12°、-0.49°、-0.72° (β4 = 0. 12°、 β 5 = -0. 12°、β 6 = -0. 49°、β 7 = -0. 72° )。顯然，由于第4、5橋距轉向中心較近， 故，第1橋的轉角由轉向關系對應到第4、5橋的目標轉角是急劇縮小的(β 1 = 1°對應β 4 =0.12°、β5 = -0. 12° )。若因液壓閥等執行器件的動作速度和性能等原因，第4、5、6 和7橋轉角的控制死區為0.3° ；則依據現有控制方法，第1橋車輪需分別轉動了約3°、 3°、0.6°和0.42°時相應的后橋轉向輪才開始隨動跟隨轉向動作，也就是說，現有控制方 法存在后橋隨動啟動滯后的問題。特別是，第4、5橋車輪啟動隨動轉向時，第1橋已轉動了 約3° ；以傳統的定參數PID作為隨動控制策略，跟隨動作啟動時目標值與實際值間的差值 即偏差很小(即比死區0.3°稍大)，經PID運算后獲得的對應輸出控制量也較小，從而導致隨動啟動時的動作速度較慢，后橋轉向輪轉角相對與第1橋車輪轉角的啟動滯后現象非 常明顯。上述分析可知，傳統的車輛底盤車輪轉向隨動控制方法存在后橋轉向輪的隨動轉 向啟動滯后的問題，且啟動后跟隨速度較慢，無法確保較好的隨動轉向控制動作啟動時的 快速性，從而導致前后橋轉向輪轉向動作的同步性較差。有鑒于此，亟待研制開發出一種可有效提高后橋轉向輪隨動跟隨啟動性能的車輛 后橋電控轉向輪隨動控制系統，以確保行車效率及安全可靠性。
實用新型內容針對上述缺陷，本實用新型解決的技術問題在于，提供一種車輛后橋電控轉向輪 隨動控制系統，以有效提高后橋隨動跟隨啟動性能。本實用新型提供的車輛后橋電控轉向輪隨動控制系統，用于控制驅動各后橋轉向 輪轉動的電液比例閥，包括第一檢測裝置和控制器；其中，所述第一檢測裝置用于檢測跟隨 對象的實際轉角值；所述控制器包括計算單元、判斷單元、存儲單元和輸出單元；所述計算 單元用于根據跟隨對象的實際轉角值計算其轉角變化量；并根據判斷單元獲得的判斷結 果，將控制相應被控對象的控制參量增加一預設調整參量，以修正驅動控制信號；所述判斷 單元用于判斷該轉角變化量是否在預設死區范圍內，若否，則輸出判斷結果至計算單元；所 述存儲單元用于存儲所述預設調整參量；所述輸出單元用于輸出控制信號。優選地，所述控制系統中的控制參量采用PID算法計算獲得。優選地，還包括用于檢測當前車速的第二檢測裝置；且所述判斷單元還用于判斷 車速是否在第一預設車速范圍內，若是，則選擇與第一預設車速范圍相對應的預設死區范 圍用于轉角變化量的判斷，以及選擇與第一預設車速范圍相對應的預設調整參量，用于修 正驅動控制信號；所述存儲單元還用于存儲一控制參數查詢表，該查詢表用于記錄第一預 設車速范圍、與該范圍相對應的預設死區范圍和預設調整參量。優選地，所述第一預設車速范圍為小于50Km/h大于30Km/h，其對應的預設死區范 圍為小于0.35°。優選地，當車速不在第一預設車速范圍內時，所述判斷單元還用于判斷車速是否 在第二預設車速范圍內，若是，則選擇與第二預設車速范圍相對應的預設死區范圍用于轉 角 變化量的判斷，以及選擇與第二預設車速范圍相對應的預設調整參量，用于修正驅動控 制信號；所述存儲單元中存儲的所述控制參數查詢表，還用于記錄第二預設車速范圍、與該 范圍相對應的預設死區范圍和預設調整參量。優選地，所述第二預設車速范圍為小于30Km/h，其對應的預設死區范圍為小于 0. 2°。優選地，所述第一預設車速范圍對應的預設調整參量小于所述第二預設車速范圍 對應的預設調整參量。優選地，還包括用于檢測各被控對象的實際偏轉角度的第三檢測裝置；所述計算 單元還用于計算所述修正后的驅動控制信號所對應的目標值與實際轉角之間的差值；所述 判斷單元還用于判斷所述被控對象的隨動偏差是否小于一閾值，若是，則停止被控對象的 隨動轉向動作；所述存儲單元還用于存儲所述閾值。[0021]本實用新型提供的車輛后橋電控轉向輪隨動控制系統進行了優化設計，在控制過 程中，一旦檢測到隨動對象的轉角變化超出某一預設范圍，則在原PID控制參量的基礎上 增加一預設調整參量，以修正驅動控制信號；即，在第一橋車輪剛剛轉動一定角度時，相應 后橋轉向輪就開始以較快的動作速度進行轉向動作。與現有閉環隨動控制方法相比，本實 用新型具有下述有益效果首先，本實用新型有效 解決了傳統控制方法中隨動控制參量較小，后橋轉向輪隨 動啟動滯后的問題。其次，基于各橋車輪的啟動滯后問題得到了有效的解決，進一步提高了各橋間動 作的同步性能。再次，提高了底盤的轉向性能，可減少因轉向不同步導致的輪胎磨損，進而降低了 設備的維護成本。第四，優選方案中，根據當前車速確定相應的預設調整參量。對于中高速行駛、低 速行駛及高速行駛等不同工況，采取不同的控制策略。比如，車速高于50km/h時，后橋轉向 鎖定不轉向(車輛直行鎖定)；車速低于50km/h時調整控制參量，且介于30km/h 50km/ h的之間時的預設調整參量小于車速小于30km/h時的預設調整參量，該預設調整量隨車速 的增加而相應地減小。這樣，使得車輛既在低速時具有良好的轉向靈活性，同時又在高速時 亦具有較好操縱穩定性，避免在高速時轉向過程中后橋發生甩尾現象。本實用新型適用于多橋輪式底盤，特別適用于大型工程機械的多橋輪式底盤。
圖1是現有車輛底盤的后橋轉向輪隨動轉向示意圖；圖2是具體實施方式
中所述車輛后橋電控轉向輪隨動控制系統的組成框圖；圖3是具體實施方式
中所述車輛后橋電控轉向輪隨動控制系統的工作流程框圖。
具體實施方式
本實用新型提供的車輛后橋電控轉向輪隨動控制系統，用于控制驅動各后橋轉向 輪轉動的電液比例閥，包括第一檢測裝置和控制器；其中，所述第一檢測裝置用于檢測跟隨 對象的實際轉角值；所述控制器包括計算單元、判斷單元、存儲單元和輸出單元；所述計算 單元用于根據跟隨對象的實際轉角值計算其轉角變化量；所述判斷單元用于判斷該轉角變 化量是否在預設死區范圍內，若否，則計算單元將用于控制相應被控對象的控制參量增加 一預設調整參量，用于修正驅動控制信號；所述存儲單元用于存儲所述預設調整參量；所 述輸出單元用于輸出控制信號。本實用新型的核心在于，使各被控對象車輪隨第1橋轉動而跟隨轉動的啟動條件 獨立于各后橋隨前橋轉動的轉角關系，可在第1橋車輪(隨動對象)剛剛轉動了一定角度 時就開始轉向動作，顯著減小了因轉角關系計算使目標轉角較第1橋轉角明顯減小而造成 的啟動滯后，且通過在原控制參量的基礎上增加一預設調整參量，以修正驅動控制信號；有 效解決了傳統控制方法中隨動控制參量較小，后橋轉向輪隨動啟動滯后的問題。需要說明的是，所述控制系統中的控制參量采用PID算法計算獲得。此外，本文中 所述跟隨對象是指第一前橋轉向輪、所述各被控對象是指各后橋轉向輪。[0033]下面結合說明書附圖具體說明本實施方式。 請一并參見圖2和圖3，其中，圖2是所述車輛后橋電控轉向輪隨動控制系統的組 成框圖；圖3是所述車輛后橋電控轉向輪隨動控制系統的工作流程框圖。如圖2所示，該控制系統還包括第二檢測裝置和第三檢測裝置。第二檢測裝置具體采用速度傳感器，用于檢測當前車速；且所述判斷單元還用于 判斷車速是否在第一預設車速范圍內，若是，則選擇與第一預設車速范圍相對應的預設死 區范圍用于轉角變化量的判斷，以及選擇與第一預設車速范圍相對應的預設調整參量，用 于修正驅動控制信號；所述存儲單元還用于存儲一控制參數查詢表，該查詢表用于記錄第 一預設車速范圍、與該范圍相對應的預設死區范圍和預設調整參量。當車速不在第一預設車速范圍內時，所述判斷單元還用于判斷車速是否在第二預 設車速范圍內，若是，則選擇與第二預設車速范圍相對應的預設死區范圍用于轉角變化量 的判斷，以及選擇與第二預設車速范圍相對應的預設調整參量，用于修正驅動控制信號；所 述存儲單元中存儲的所述控制參數查詢表，還用于記錄第二預設車速范圍、與該范圍相對 應的預設死區范圍和預設調整參量。第三檢測裝置具體采用角度傳感器，用于檢測各被控對象的實際偏轉角度；所述 計算單元還用于計算所述修正后的驅動控制信號所對應的目標值與實際轉角之間的差值； 所述判斷單元還用于判斷所述被控對象的隨動偏差是否小于一閾值，若是，則停止被控對 象的隨動轉向動作；所述存儲單元還用于存儲所述閾值。如圖3所示，具體地，本實施方式所述控制系統基于當前車速的確定相應的控制 策略，其工作流程按下述步驟進行100、檢測當前車速。本方案預設有兩個車速范圍第一預設車速范圍(小于50Km/h大于30Km/h)和第 二預設車速范圍(小于30Km/h)；并且設置一控制參數查詢表，用于記錄預設車速范圍、預 設死區范圍以及預設調整參量的一一對應關系。本方案中，與第一預設車速范圍相對應的 預設死區范圍為小于0. 35°、預設調整參量為A1 ；與第二預設車速范圍相對應的預設死區 范圍為小于0.2°、預設調整參量為A2。200、判斷車速是否在第一預設車速范圍內，若是，則進行步驟301、選擇與第一預設車速范圍(小于50Km/h大于30Km/h)相對應的預設死區范 圍(小于0. 35° )用于轉角變化量的判斷，以及選擇與第一預設車速范圍相對應的預設調 整參量A1，用于修正驅動控制信號。若車速不在第一預設車速范圍內時，則進行步驟201、判斷車速是否在第二預設車速范圍內，若是，則進行步驟302、選擇與第二預設車速范圍(小于30Km/h)相對應的預設死區范圍(0. 2° )用 于轉角變化量的判斷，以及選擇與第二預設車速范圍相對應的預設調整參量A2，用于修正 驅動控制信號。需要說明的是，第一預設車速范圍(小于50Km/h大于30Km/h)對應的預設調整參 量A1小于所述第二預設車速范圍(小于30Km/h)對應的預設調整參量A2。該預設調整量 隨車速的增加而相應地減小，以使得車輛既在低速時具有良好的轉向靈活性，在高速時亦 具有較好操縱穩定性。[0048]實際上，車速范圍的界定不限于本方案中公開的兩種工況，與相應車速范圍對應 的預設死區范圍和預設調整參量完全可以根據具體工況預設。應當理解，只要應用本實用 新型的核心思想解決后輪隨動啟動滯后的問題，均在本申請請求保護的范圍內。若車速不是第二預設車速范圍內，則后橋鎖定不轉動。400、檢測跟隨對象的實際轉角值，并其轉角變化量。500、判斷跟隨對象的轉角變化量是否在預設死區范圍內，若否，則進行步驟600。600、將用于驅動控制相應被控對象的控制參量增加相應的預設調整參量，用于修 正驅動控制信號。若跟隨對象的轉角變化量不在預設死區范圍內，則返回進行步驟100。700、各被控對象(后橋轉向輪)按照修正后的驅動控制信號進行隨動后，檢測被 控對象的實際偏轉角度，并計算被控對象的隨動偏差，此隨動偏差為所述修正后的驅動控 制信號所表征的目標值與實際偏轉角度之間的差值。800、判斷所述被控對象的隨動偏差是否小于一閾值，若是，則進行步驟900、停止被控對象的隨動轉向動作。需要說明的是，該閾值即為相應的預設死區范圍的最大值，應當理解，基于不同的 系統結構中控制器件和執行元件的精度、性能，前述預設死區范圍的最大值將會有相應的 區別。若被控對象的隨動偏差不小于該閾值，則結束控制。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和 潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求車輛后橋電控轉向輪隨動控制系統，用于控制驅動各后橋轉向輪轉動的電液比例閥，其特征在于，包括第一檢測裝置，用于檢測跟隨對象的實際轉角值；和控制器，包括計算單元，用于根據跟隨對象的實際轉角值計算其轉角變化量；并根據判斷單元獲得的判斷結果，將控制相應被控對象的控制參量增加一預設調整參量，以修正驅動控制信號；判斷單元，用于判斷該轉角變化量是否在預設死區范圍內，若否，則輸出判斷結果至計算單元；存儲單元，用于存儲所述預設調整參量；和輸出單元，用于輸出控制信號。
2.根據權利要求1所述的車輛后橋電控轉向輪隨動控制系統，其特征在于，所述控制 系統中的控制參量采用PID算法計算獲得。
專利摘要本實用新型提供的車輛后橋電控轉向輪隨動控制系統，用于控制驅動各后橋轉向輪轉動的電液比例閥，包括第一檢測裝置和控制器；其中，所述第一檢測裝置用于檢測跟隨對象的實際轉角值；所述控制器包括計算單元、判斷單元、存儲單元和輸出單元；所述計算單元用于根據跟隨對象的實際轉角值計算其轉角變化量；并根據判斷單元獲得的判斷結果，將控制相應被控對象的控制參量增加一預設調整參量，以修正驅動控制信號；所述判斷單元用于判斷該轉角變化量是否在預設死區范圍內，若否，則輸出判斷結果至計算單元；所述存儲單元用于存儲所述預設調整參量；所述輸出單元用于輸出控制信號。本實用新型有效解決了傳統控制方法中隨動控制參量較小，后橋轉向輪隨動啟動滯后的問題。
文檔編號G05B19/04GK201610171SQ20092017923
公開日2010年10月20日 申請日期2009年9月29日 優先權日2009年9月29日
發明者劉權, 詹純新, 郭堃, 郭紀梅, 黎鑫溢 申請人:長沙中聯重工科技發展股份有限公司