用于履带车的行进控制方法、系统及驱动控制器与流程

1.本技术涉及车辆控制技术领域，尤其是涉及一种用于履带车的行进控制方法、系统及驱动控制器。


背景技术：

2.履带车的野外通过能力强，转向半径小，适应狭窄场地，机动灵活。能适应水田、果园、沼泽、河滩、沙漠、热带雨林、雪地和冰面等复杂恶劣的路况，在农林果园、货场装载、水利建设、基建工程和矿山场所应用广泛。
3.相关技术中，履带车很多是通过有刷电机来进行驱动，采用模拟电压控制。
4.在实践过程中，发明人发现该技术中至少还存在如下问题：目前的履带车经常会出现无法走直的情况，而且在工作人员操控过程中，对车辆行进控制尤其是连续控制时，会出现响应速度慢或不准确的问题。


技术实现要素：

5.为了解决履带车走不直、行进控制响应速度慢或不准确的问题，本技术提供一种用于履带车的行进控制方法、系统及驱动控制器。
6.第一方面，本技术提供的一种用于履带车的行进控制方法，采用如下的技术方案：一种用于履带车的行进控制方法，所述履带车包括位于车身两侧且相对设置的两个履带轮，包括以下步骤：获取所述履带车的行进控制指令；根据所述行进控制指令确定所述履带车的行进方式；根据所述行进方式输出两路控制信号；根据所述两路控制信号分别驱动所述两个履带轮所对应的两路无刷电机，以使所述履带车行进。
7.在一些实施方式中，所述行进方式包括直行前进、直行后退、转向。
8.在一些实施方式中，当所述行进方式为直行前进时，直行前进控制方式为输出两路同步的pwm信号，以使两路无刷电机同步正转；当所述行进方式为直行后退时，直行后退控制方式为输出两路同步的pwm信号和反向信号，以使两路无刷电机同步反转。
9.通过采用上述技术方案，通过同步的pwm信号驱动两路无刷电机，使履带车的两个履带轮能保持同步，直线前进或后退。
10.在一些实施方式中，所述转向的行进方式包括第一角度转向和第二角度转向，所述第二角度大于第一角度。
11.在一些实施方式中，当所述行进方式为第一角度转向时，第一角度转向控制方式为输出两路pwm信号，调整所述两路pwm信号的占空比，以使两个履带轮所对应无刷电机中的外侧履带轮电机转速大于内侧履带轮电机转速。
12.在一些实施方式中，当所述行进方式为第二角度转向时，第二角度转向控制方式
为对两个履带轮中的外侧履带轮电机输出一路pwm信号，对内侧履带轮电机输出另一路pwm信号和反向信号，两路pwm信号同步，以使履带车进行第二角度转向。
13.通过采用上述技术方案，将履带车的转向区分为大角度和小角度转向，分别采用不同的驱动控制方法。
14.在一些实施方式中，当所述履带车第二角度转向完成后，若下一步行进方式为直行前进，则对内侧履带轮电机停止输出反向信号，以使内侧履带轮电机转为正向，调整外侧履带轮电机的pwm信号的占空比，以使外侧履带轮电机等待内侧履带轮电机一个设定时间，并于设定时间后使两路无刷电机的pwm信号保持同步，以使两路无刷电机同步正转；若下一步行进方式为直行后退，则对外侧履带轮电机输出反向信号，以使外侧履带轮电机反转，调整内侧履带轮电机的pwm信号的占空比，以使内侧履带轮电机等待外侧履带轮电机一个设定时间，并于设定时间后使两路无刷电机的pwm信号保持同步，以使两路无刷电机同步反转；若下一步行进方式为同方向或向另一方向第一角度转向，则对内侧履带轮电机停止输出反向信号，以使内侧履带轮电机正转，调整外侧履带轮电机的pwm信号的占空比，以使外侧履带轮电机等待内侧履带轮电机一个设定时间，并于设定时间后执行所述第一角度转向控制方式；若下一步行进方式为向另一方向第二角度转向，则对内侧履带轮电机停止输出反向信号，以使内侧履带轮电机正转，对外侧履带轮电机输出反向信号，以使外侧履带轮电机反转，输出两路同步的pwm信号，以使履带车向另一方向进行第二角度转向。
15.通过采用上述技术方案，对转向后的履带车连续操控时，对两个履带轮采用特定的控制方法，以使两轮能跟得上操控指令且保持同步。
16.在一些实施方式中，当所述行进方式为直行前进或直行后退时，获取两路无刷电机的转速反馈信号；根据所述两路转速反馈信号得到两个履带轮所对应电机的转速差；若所述转速差大于0，则调整两路pwm信号的占空比，以使两路无刷电机保持同步。
17.通过采用上述技术方案，实时监测两个履带轮各自对应的无刷电机的转速，若未保持转速同步，则进行调整补偿。
18.第二方面，本技术提供的一种用于履带车的行进控制系统，采用如下的技术方案：一种用于履带车的行进控制系统，所述履带车包括位于车身两侧且相对设置的两个履带轮，包括：控制指令获取模块，用于获取所述履带车的行进控制指令；行进方式判断模块，用于根据所述行进控制指令确定所述履带车的行进方式；控制信号输出模块，用于根据所述行进方式输出两路控制信号；驱动控制模块，用于根据所述两路控制信号分别驱动所述两个履带轮所对应的两路无刷电机，以使所述履带车行进。
19.第三方面，本技术提供的一种用于履带车的驱动控制器，采用如下的技术方案：一种用于履带车的驱动控制器，所述驱动控制器应用上述技术方案的方法进行无刷电机的驱动控制，以使履带车行进。
20.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1．采用两路无刷电机，分别驱动履带车的两个履带轮。
21.2．采用无刷电机，可控性更强，通过两路pwm数字信号进行控制，信号不会因接线的线长和线径等因素导致衰减或被干扰，使得准确稳定的控制成为可能。
22.3．通过对pwm信号的占空比调整，可实现精确的两路控制，对直行、转向或转向后的连续控制均可以实现准确稳定的操作。
23.4．对两路履带轮的无刷电机的转速实时监测，随时进行调整补偿。
附图说明
24.图1为本技术实施例提供的用于履带车的行进控制方法的流程示意图；图2为本技术实施例提供的用于履带车的行进控制系统的结构示意图。
具体实施方式
25.为使得本技术的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.目前行业中的履带车，大多是使用的有刷电机。有刷电机是有碳刷的，而其作为传统的电动车辆所使用的电机，主要构成部分有碳刷、换相器、电机转子、电机定子、电机轴、电机端盖、轴承等。其工作原理为利用电刷把转子的电流与调压装置连接，起到调压作用。有刷电机最大的优势就是结构简单，成本更低，且起步与制动效果更好。而在低速状态下，有刷电机的扭力性能优异、转矩更大。不过其缺点也很明显，碳刷磨损快，需要经常维护。另外，与无刷电机相比，其噪音更大，可控性差，转速受负载的变化影响大。最后，其受环境影响更大，使用寿命相对较短。
27.而无刷电机是没有碳刷的，无刷电机主要由定子、转子等组成，没有了碳刷和换向器之间的摩擦，没有了碳刷的磨损，且噪音会低许多，此优点对于运行稳定性是一个巨大的支持；没有了碳刷运行时产生的电火花，极大的减少了电火花对遥控无线设备的干扰；此外无刷电机的使用寿命更长，维护成本低，无刷电机的磨损主要是在轴承上，从机械角度看，无刷电机几乎是一种免维护的电动机，必要的时候，只需要做一些除尘维护即可。无刷动力系统目前正在高速的发展与普及阶段。
28.无刷电机控制器是通过集成电路的主动工作来控制电机按照设定的方向、速度、角度和响应时间进行工作，使得电机应用范围更为广泛，输出效率更高，噪音更小等优点。电机控制器是无刷直流电动机正常运行并实现各种调速伺服功能的指挥中心，它主要完成以下功能：对各种输入信号进行逻辑综合，为驱动电路提供各种控制信号；产生pwm脉宽调制信号，实现电机的调速；实现短路、过流、欠压等故障保护功能。无刷电机控制器可对电机速度进行控制并对电机进行必要的保护，无刷电机的控制器要比有刷电机控制器复杂得多。
29.本技术实施例中，无刷电机控制器主要由单片机主控电路、推动电路、功率放大电
路、电流反馈电路、电子换向器、霍尔信号检测电路、欠电检测电路、限流/过流检测电路、刹车信号电路、限速电路、速度检测电路、位置检测电路、电源电路等部分组成。
30.本技术实施例中，履带车的行进控制系统包括控制模块、驱动模块和电源电路，所述控制模块根据接收到的控制指令生成控制信号，并将控制信号发送至驱动模块；所述驱动模块根据控制信号驱动无刷电机，以使履带车启停和行进，并可获取无刷电机反馈的转速和转子位置；所述电源电路为控制模块和驱动模块进行供电。
31.以下结合附图1至2对本技术作进一步详细说明。
32.本技术实施例的履带车主要用于林果业，针对果园采摘、剪枝、套袋等登高作业领域，本产品使用大规模的集成电路取代原有硬件设计，具有更高的抗干扰性及快速响应等性能。本产品适合驱动峰值电流在50a以下，并具有大电流工作时温度低的特点。该履带车高度约为3~4米，行驶速度约为2~5km/h，具有一个工作平台，通过操纵杆控制车辆前后左右的行进以及工作平台的上升下降。除林果业外，本技术的控制方法、系统及驱动控制器还可以用于其他作业领域。
33.如图1所示，本技术实施例公开了一种用于履带车的行进控制方法，所述履带车包括位于车身两侧且相对设置的两个履带轮，可以实施以下步骤：101、获取所述履带车的行进控制指令。
34.根据履带车操作人员对操纵杆的控制，得到行进控制指令，此外还可以通过遥控器来对履带车进行控制。
35.102、根据所述行进控制指令确定所述履带车的行进方式。
36.行进方式包括直行前进、直行后退、转向；103、根据所述行进方式输出两路控制信号。
37.两路控制信号，分别驱动控制对应两个履带轮的两路无刷电机。控制信号包括pwm信号和反向信号。通过调整pwm信号的占空比，可进行较为复杂的实时控制。
38.当所述行进方式为直行前进时，输出两路同步的pwm信号；当所述行进方式为直行后退时，输出两路同步的pwm信号和反向信号。
39.当所述行进方式为直行前进或直行后退时：获取两路无刷电机的转速反馈信号；根据所述两路转速反馈信号得到两个履带轮所对应电机的转速差；若所述转速差大于0，则调整两路pwm信号的占空比，使得两路无刷电机的转速相同，以使两个履带轮保持同步。
40.对无刷电机转速保持实时监测，如开始进行pwm信号调整后，在预设的时间阈值内仍无法实现电机转速的同步，则发出报警信号。
41.所述转向的行进方式包括第一角度转向和第二角度转向，所述第二角度大于第一角度。
42.本技术实施例中，第一角度可以为30
°
~60
°
，优选角度为45
°
；第二角度可以为60
°
~120
°
，优选角度为90
°
。
43.在本技术实施例中，一般设置为两个角度的转向，即45
°
和90
°
；如在其他行业使用时，也可以根据需要设置更多的转向角度。由于采用两路pwm信号控制的方式来驱动无刷电机，转向角度可以灵活设置为多个，只需调整pwm信号的占空比即可实现。
44.当所述行进方式为第一角度（45
°
）转向时，输出两路pwm信号，调整所述两路pwm信号的占空比，使得外侧无刷电机的转速大于内侧无刷电机，以使两个履带轮中的外侧履带轮速度大于内侧履带轮速度，实现履带车的差速转向。
45.当所述行进方式为第二角度（90
°
）转向时，对两个履带轮中的外侧履带轮输出一路pwm信号，对内侧履带轮输出另一路pwm信号和反向信号，以使履带车进行第二角度转向。
46.本技术实施例中，保持两路无刷电机的转速相等，但外侧无刷电机为正转，内侧无刷电机为反转，实现履带车的原地转向。
47.当所述履带车第二角度转向完成后，若下一步行进方式为直行前进，则对内侧履带轮电机停止输出反向信号，以使内侧履带轮电机转为正向，调整外侧履带轮电机的pwm信号的占空比，以使外侧履带轮电机等待内侧履带轮电机一个设定时间，并于设定时间后使两路无刷电机的pwm信号保持同步，以使两路无刷电机同步正转；若下一步行进方式为直行后退，则对外侧履带轮电机输出反向信号，以使外侧履带轮电机反转，调整内侧履带轮电机的pwm信号的占空比，以使内侧履带轮电机等待外侧履带轮电机一个设定时间，并于设定时间后使两路无刷电机的pwm信号保持同步，以使两路无刷电机同步反转；若下一步行进方式为同方向第一角度（45
°
）转向，或向另一方向第一角度（45
°
）转向，则对内侧履带轮电机停止输出反向信号，以使内侧履带轮电机正转，调整外侧履带轮电机的pwm信号的占空比，以使外侧履带轮电机等待内侧履带轮电机一个设定时间，并于设定时间后执行所述第一角度转向控制方式；若下一步行进方式为向另一方向第二角度（90
°
）转向，则对内侧履带轮电机停止输出反向信号，以使内侧履带轮电机正转，对外侧履带轮电机输出反向信号，以使外侧履带轮电机反转，输出两路同步的pwm信号，以使履带车向另一方向进行第二角度转向。
48.履带车为第二角度（90
°
）转向时，会采用履带轮一正一反的原地转向方式，但在转向完成后或转向过程中的连续控制时，要直行前进时，需将反向履带轮电机调整为正转；要直行后退时，需将正向履带轮电机调整为反转；要进行第一角度转向（同向或另一方向），即左或右第一角度（45
°
）转向，需将反向履带轮电机调为正转。因上述几种控制方式均需要调整其中一路电机的转动方向，再根据pwm信号的控制进行两路电机的转速控制，在实际生产研发过程中，会出现履带车的反向履带轮电机无法跟得上控制信号的情况，导致履带车无法按控制指令行进（向另一方向第二角度转向则不会存在此问题，因两路电机均需要调整）。此时需预设一个设定时间，使得履带车的正向轮电机等待反向轮电机，采用此种方式后，即可完美解决该问题。
49.在本技术实施例中，所述设定时间为0.4~0.7秒。通过采用上述技术方案，对等待的设定时间进行范围限制，既能保证不影响履带轮运转，也不会影响用户体验。该设定时间可能会根据履带车自身重量及尺寸规格而有所变化，该设定时间的范围适用于在本技术实施例中的用于林果业的履带车中。所述设定时间优选为0.4秒。实际测试过程中，0.4秒为最为合适的时间，低于0.4秒时仍可能会出现履带车反向履带轮电机无法跟上控制信号的情况；而高于0.7秒，会使得用户体验较差。因此选择0.4秒，作为兼顾稳定性和用户体验的设定时间。
50.本技术实施例中，除行进方式外，还需结合当前行进环境输出控制信号，所述行进环境包括行进路面倾斜度、行进路面种类和天气环境。
51.当车辆行进时，如行驶在有倾斜度的路面上时，或受路面种类和天气环境的影响，同样的操作会影响车辆速度，因此需对履带车的无刷电机转速进行监测，当转速低于预设的最低速度阈值时，调整两路pwm信号的占空比，进行输出电压补偿，以使电机转速达到最低速度阈值；当转速高于预设的最高速度阈值时，调整两路pwm信号的占空比，降低输出的电压，以使电机转速不高于最高速度阈值。
52.因本履带车可用于果园采摘，因此工作平台上会放置做采摘的水果，如在倾斜路面上行进或停止时，倾斜的工作平台会有水果翻倒的可能，导致水果表皮受损；并且如倾斜度过大，还会影响工作人员的安全。本技术实施例中，在工作平台上设置陀螺仪等角度测量仪器，当工作平台倾斜时，会传输信号至履带车控制系统，实时对工作平台作倾斜度调整。
53.104、根据所述两路控制信号分别驱动所述两个履带轮所对应的两路无刷电机，以使所述履带车行进。
54.因履带车规格尺寸均较大，因此需加强其安全防范。在履带车四周可设置摄像头和传感器，以保证履带车在行进时实时监测车辆周边的障碍物，对障碍物相关数据进行实时分析，比如障碍物的距离、尺寸、种类等等，判断是否影响履带车的行进，如超出预设的第一阈值，则判定为影响，此时则需发出报警信号，并及时调整pwm信号的占空比，降低无刷电机的输出电压，使车辆减速；如超出预设的第二阈值，需及时启动刹车系统，使车辆刹车停止，并且无法直接启动。如操作人员判断并无影响，可通过另外的解锁装置解锁，并重新启动车辆。此安全功能在操作人员使用遥控器进行控制时更为重要。
55.如图2所示，本技术实施例公开了一种用于履带车的行进控制系统，所述履带车包括位于车身两侧且相对设置的两个履带轮，包括：控制指令获取模块201，用于获取所述履带车的行进控制指令；行进方式判断模块202，用于根据所述行进控制指令确定所述履带车的行进方式；控制信号输出模块203，用于根据所述行进方式输出两路控制信号；驱动控制模块204，用于根据所述两路控制信号分别驱动所述两个履带轮所对应的两路无刷电机，以使所述履带车行进。
56.本技术实施例公开了一种用于履带车的驱动控制器，所述驱动控制器应用上述技术方案的方法进行无刷电机的驱动控制，以使履带车行进。
57.需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
58.尽管已经示出和描述了本技术的实施例，并非依此限制本技术的保护范围，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本技术的原理和精神的情况下，还可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型。因此，凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。