特种车辆电液转向的闭环控制方法与流程

本发明涉及特种车辆技术领域，更为具体来说，本发明为特种车辆电液转向的闭环控制方法。

背景技术：

大型重载特种车辆具有质量大、质心高、轴数多、轴距大等特点，为增强其机动性、灵活性及操纵稳定性，使车辆在小场地低速转弯时有较好的灵活性，以保证低速时能够在较小的空间内实现灵活转向，同时在高速时具有较好的操纵稳定性，以保证车辆的安全性，大型重载特种车辆大多采用多轴转向技术。

但是，现有多轴转向技术为机械式传动液压助力转向技术，虽然可以实现多轴转向，但受机械式转向机构和转向控制方法的限制，其转向精度低，易造成转向横拉杆变形、轮胎磨损严重。随着电子技术及控制技术的发展，电液转向系统便成了多轴转向车辆转向系统的发展方向。

因此，如何通过电液转向提高特种车辆转向精度、减小转向延迟时间、降低转向机构的磨损，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

技术实现要素：

为解决现有技术中的机械式转向控制方法存在的精度低、灵活性差、转向横拉杆变形、轮胎磨损严重等问题，本发明创新提出了一种特种车辆电液转向的闭环控制方法，能够有效地提高转向精度、减小转向延迟时间及降低转向机构的磨损。

为实现上述的技术目的，本发明公开了一种特种车辆电液转向的闭环控制方法，所述闭环控制方法包括如下步骤，

步骤1，获取实时车速和第一转向桥的实际转角，所述第一转向桥为特种车辆的前转向桥；

步骤2，利用所述实时车速和第一转向桥的实际转角确定第二转向桥的目标转角，所述第二转向桥为特种车辆的后转向桥；

步骤3，获取第二转向桥的实际转角；

步骤4，计算所述第二转向桥的目标转角和第二转向桥的实际转角的转角偏差；

步骤5，基于比例-积分-微分控制方式，根据所述转角偏差生成脉冲宽度调制信号；

步骤6，通过所述脉冲宽度调制信号控制比例方向阀动作，所述比例方向阀用于实时驱动油缸活塞杆运动，所述油缸活塞杆用于实时调整第二转向桥转角、助力转向。

通过上述的闭环控制方法，本发明能够有效解决现有技术存在的转向精度差、灵敏度低、转向横拉杆易变形、轮胎磨损严重等问题，从而实现特种车辆快速、灵活、准确地转向。

进一步地，步骤5中，当生成的脉冲宽度调制信号的占空比小于第一预设值时，通过为占空比增加偏移量的方式更新脉冲宽度调制信号；步骤6中，通过更新后的脉冲宽度调制信号控制比例方向阀动作；其中，所述偏移量通过比例方向阀的电阻值和开始动作时的电流值确定。

基于上述改进的技术方案，本发明创新地增加了死区偏移，死区偏移即为上述的偏移量，将偏移量与小于第一预设值的占空比相加，从而解决低pwm占空比情况下比例方向阀不动作的问题，最终达到了提高本发明控制的可靠性和稳定性的目的。

进一步地，为提高特种车辆转向控制的合理性和准确性，步骤6中，得到脉冲宽度调制信号后，获取第二转向桥锁止翘板的开关信号：如果所述开关信号的状态为非锁止，即允许对第二转向桥进行控制，则控制比例方向阀动作、调整第二转向桥转角；如果所述开关信号的状态为锁止，即不允许对第二转向桥进行控制，则不控制比例方向阀动作、不调整第二转向桥转角。

进一步地，步骤6中，根据脉冲宽度调制信号控制比例方向阀的开度大小和通电时间长短，进而实时调整第二转向桥转角大小。这种调节方式具有调节精度高、可靠性强等突出优点。

进一步地，步骤1中，通过安装于第一转向桥左侧的第一双通道转角传感器获取第一转向桥的实际转角；步骤3中，通过安装于第二转向桥左侧的第二双通道转角传感器获取第二转向桥的实际转角；所述第一转向桥的实际转角通过计算第一双通道转角传感器采集的双通道转角信号的均值得到，所述第二转向桥的实际转角通过计算第二双通道转角传感器采集的双通道转角信号的均值得到。

本发明创新地采用了双通道转角传感器，实现对两路转角信号的采集，通过双通道冗余设计可极大地提高转角检测的准确性和可靠性。

进一步地，步骤1中，第一转向桥的实际转角为前车轮与转向之前的行车方向之间的夹角；步骤3中，第二转向桥的的实际转角为后车轮与转向之前的行车方向之间的夹角。

进一步地，步骤1中，将第一转向桥的实际转角与第一转角上限进行比较，如果所述第一转向桥的实际转角大于所述第一转角上限，则进行报警；步骤3中，将第二转向桥的实际转角与第二转角上限进行比较，如果所述第二转向桥的实际转角大于所述第二转角上限，则进行报警。

本发明采用了实际转角超限报警的方式，能够有效地提高转向过程中行车的安全性。当一桥转角超出有效范围后，进行报警提示，当一桥转角回到有效范围后，报警消除；当四桥转角超出有效范围后，进行报警，同时控制四桥转角不变，当四桥转角回到有效范围后，报警消除；当五桥转角超出有效范围后，进行报警；同时控制五桥转角不变，当五桥转角回到有效范围后，报警消除。

进一步地，所述第一转向桥通过机械液压驱动，所述第二转向桥通过电控液压驱动。

进一步地，所述特种车辆为多轴转向特种车辆。

进一步地，所述特种车辆为五轴转向特种车辆，所述五轴转向特种车辆具有五桥；所述第一转向桥包括一桥和二桥，所述第二转向桥包括四桥和五桥；三桥为非转向桥。

本发明的有益效果为：本发明的特种车辆电液转向的闭环控制方法可有效地提高转向精度、实现灵活转向，能够满足多轴特种车辆在不同路面、不同载荷下的低速灵活性和高速稳定性，从而减小对转向横拉杆和轮胎的损害。

附图说明

图1为特种车辆电液转向的闭环控制方法的流程示意图。

图2为特种车辆电液转向的闭环控制方法的实施状态框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的特种车辆电液转向的闭环控制方法进行详细的解释和说明。

一般来说，采用电液转向系统的大型重载特种车辆，需要对车轮实现瞬时定位，保证转向的准确性和可靠性，本发明提出一种多轴转向特种车辆电液转向系统控制方案，并提出采用分段pid(比例-积分-微分)算法加死区偏移的控制方法，从而有效地解决电液转向系统转向延迟时间长、转向精度差的问题。具体地，本发明公开了一种特种车辆电液转向的闭环控制方法。如图1、2所示，该闭环控制方法包括如下步骤。

步骤1，获取实时车速和第一转向桥的实际转角，第一转向桥为特种车辆的前转向桥、通过机械液压驱动，且第一转向桥的实际转角为前车轮与转向之前的行车方向之间的夹角；本实施例中，通过安装于第一转向桥左侧的第一双通道转角传感器获取第一转向桥的实际转角，第一转向桥的实际转角通过计算第一双通道转角传感器采集的双通道转角信号的均值得到。为了提高转向控制的安全性，将第一转向桥的实际转角与第一转角上限进行比较，如果上述的第一转向桥的实际转角大于第一转角上限，则进行报警。

本发明涉及的特种车辆为多轴转向的特种车辆，本实施例以五轴转向重型特种车辆为例，五轴转向特种车辆具有五桥；第一转向桥包括一桥和二桥，一桥和二桥为前转向桥，第二转向桥包括四桥和五桥，四桥和五桥为后转向桥且独立控制；三桥为非转向桥。下表对本实施例五轴转向重型特种车辆的电液转向控制系统的输入输出信号进行详细说明。

步骤2，利用实时车速和第一转向桥的实际转角确定第二转向桥的目标转角，对于计算目标转角的策略，在本发明的技术启示下，本领域技术人员可从常规技术中合理选择；第二转向桥为特种车辆的后转向桥且通过电控液压驱动。

步骤3，获取第二转向桥的实际转角，且第二转向桥的的实际转角为后车轮与转向之前的行车方向之间的夹角；本实施例中，通过安装于第二转向桥左侧的第二双通道转角传感器获取第二转向桥的实际转角，第二转向桥的实际转角通过计算第二双通道转角传感器采集的双通道转角信号的均值得到。为提高转向控制的安全性，将第二转向桥的实际转角与第二转角上限进行比较，如果第二转向桥的实际转角大于第二转角上限，则进行报警。

本实施例中，在一桥、四桥及五桥左侧各安装一个双通道转角传感器，两路通道独立采集转角信号，经过相应的转角计算策略，分别得到一桥、四桥、五桥的实际转角，本发明通过双通道冗余设计能够提高转角检测的可靠性。对于二桥，可跟随一桥一齐转向，也可进行单独控制。

步骤4，计算第二转向桥的目标转角和第二转向桥的实际转角的转角偏差，具体来说，通过将第二转向桥的目标转角和第二转向桥的实际转角做差的方式实现计算转角偏差，二者差的绝对值即为转角偏差值。

步骤5，基于比例-积分-微分(pid)的控制方式，根据转角偏差生成脉冲宽度调制信号，本实施例中，将四桥和五桥的转角偏差分别作为输入，输出分别用于控制四桥和五桥的比例阀bl1和bl2二者中的一个、bl3和bl4二者中的一个的pwm占空比信号，控制四桥、五桥的车轮左转或右转，根据转向系统的控制精度要求，本发明将pid中的比例环节p分成七段，分别整定每段对应的参数，从而提高可转向系统的灵敏度，当然，根据实际控制精度需要，可将pid中的比例环节p分成若干段，分别整定每段对应的参数；为提高转向控制的可靠性，当生成的脉冲宽度调制信号的占空比小于第一预设值时，通过为占空比增加偏移量的方式来更新脉冲宽度调制信号，第一预设值可根据需要进行合理设置。本发明创新地增加了死区偏移，将其与分段pid算法输出的pwm占空比相加，解决低pwm占空比时，比例阀不动作的问题。不仅如此，本发明设计分段pid算法，对pid参数进行整定，能够有效增加低转角偏差时转向的灵敏度。分段pid算法与死区偏移相结合得控制方法，有效地提高了转向的精度，减小转向过程中轮胎的磨损，增加轮胎使用寿命。

步骤6，通过脉冲宽度调制信号控制比例方向阀动作，如果脉冲宽度调制信号被更新过，则通过更新后的脉冲宽度调制信号来控制比例方向阀动作；本实施例的偏移量通过比例方向阀的电阻值和开始动作时的电流值确定，根据脉冲宽度调制信号控制比例方向阀的开度大小和通电时间长短，比例方向阀用于实时驱动油缸活塞杆运动，油缸活塞杆用于实时调整第二转向桥转角、助力转向，最终实现实时调整第二转向桥转角大小。本步骤中，需要说明的是，在得到脉冲宽度调制信号后，获取第二转向桥锁止翘板的开关信号：如果开关信号的状态为非锁止，ecu控制电磁换向阀ya3、ya4通电，则控制比例方向阀动作、调整第二转向桥转角，则四桥和五桥转向；如果开关信号的状态为锁止，则ecu控制电磁换向阀ya3、ya4断电，则不控制比例方向阀动作、不调整第二转向桥转角，则四桥和五桥不转向。在实际控制中，上述步骤往往会反复执行，即步骤6执行完成后会返回步骤1，而步骤3中的第二转向桥的实际转角为上次步骤6控制后的结果。

需要说明的是，应用本发明方案的重型特种车辆的电液转向控制系统可集成于车辆的电子控制单元(ecu)中，比如，通过该ecu采集第二转向桥锁止翘板的开关信号，判断是否接触后桥锁止。本实施例中，ecu采用ttc60控制器，上述涉及的pid算法可运行于ecu中，并可应用codesys组态软件开发控制算法及控制策略。另外，本发明特种车辆电液转向的闭环控制方法具有较强的通用性，对参数合理修改后可适用于其他车型。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，上述的参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。