专利名称：一种并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械的控制领域，尤其涉及一种并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法及系统。
背景技术：
目前履带式工程机械车辆在建筑、煤矿、海边运输等施工工地得到广泛使用，由于使用环境的地质条件和特殊工况的限制，目前并排四履带工程机械车模式逐渐应用到工程机械设备中。如图1现有并排四履带工程机械车示意图所示，四条并行排列的履带分别放置一个驱动马达(分别是第一马达1、第二马达2、第三马达3、第四马达4)，四履带工程机械车辆依靠四个驱动马达——第一马达1、第二马达2、第三马达3、第四马达4驱动实现机械设备的直线行驶、转向行驶、后退行驶等功能。在直线行驶的工况下，位于驾驶室5的驾驶员通过同时控制四个驱动马达的转速达到基本一致从而实现直线行驶；在转向行驶工况下， 通过控制内侧和外侧驱动马达角速度一致，实现在一定的转向半径下转向行驶；在后退工况下，控制四个驱动马达转动方向并保持一定同步速度实现后退功能。并排四履带工程机械车在转向行驶过程中，由于内外侧四个驱动马达转速的转速差控制参数不匹配，将会导致外侧履带进行滑转，内侧履带进行滑移。在理想情况下四条履带转向过程中，四条履带的旋转角速度一致，但是每条履带的转向半径不一致，导致每条履带的线速度不一致，结果造成四条履带的接触面与地面接触的摩擦力增大，因此履带转向矩也增大，同时发动机需要输出的功率增大。转向半径越小，履带与地面的转向矩越大，同时发动机需要输出功率越大，当超过发动机额定输出功率时候，会造成发动机严重掉速甚至发动机熄火现象；同时由于连接四个履带的履带浮箱与车的上部进行刚性连接，在履带转向过程中，通过地面摩擦力传递，工程机械车的上车车体也进行受力，这种由于转向产生的力的传递效应，就会影响整个工程机械车的使用寿命。目前，常用的两履带工程机械的内侧和外侧履带速度控制采用转速比进行控制的方法实现转向行驶控制。由于并排四履带工程机械车在单侧的两个履带在转向工况下，如果角速度不能保持一致将会产生一个履带为驱动力方式而同侧的另一个履带为阻力方式。 同时由于同侧两履带速度比参数不匹配，产生内侧低速履带侧滑和外侧高速履带滑移现象。因此借用目前两履带转向行驶控制方法无法解决并排四履带工程机械车转向行驶过程中，产生的单侧履带速度不同步的技术难题。同时由于单侧两履带角速度转动不一致，造成履带与地面的摩擦力增大，使发动机输出功率增大甚至使发动机熄火，影响整车机械结构的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法及系统， 用于解决并排四履带工程机械车转向行驶工况下单侧履带转向行驶的时候角速度不一致的技术难题。为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下本发明提供一种并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，所述方法包括以下步骤按照采集周期检测四个履带上的马达转速；按照所述采集周期采集行驶手柄信号，根据采集到的手柄信号解析得到转向半径、行驶速度、行驶方向信息；当解析出的转向半径大于或者等于第一预定值时，控制并排四履带工程机械车按照直线行驶算法控制马达；当解析出的转向半径小于第一预定值时，控制并排四履带工程机械车按照转向行驶算法控制马达；所述转向控制算法保持四条履带的角速度一致；在转向行驶算法中，当行驶速度大于或等于第一预定速度时，控制按照第一预定速度进行行驶控制；当行驶速度小于第一预定速度时，控制按照从手柄解析出的所述行驶速度信息控制；根据从操作手柄解析出的行驶方向信息，确定行驶速度最大的马达，根据角速度和转向半径和履带之间的几何关系，计算出每条履带的速度控制参考设置值；转向控制算法根据计算出来的每条履带的速度控制参考设置值分别对每个马达转速进行控制，当马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值大于第一预定速度差值时，控制减小相应的马达输出；当马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值小于负的第一预定速度差值时， 控制增大相应的马达输出；否则控制马达保持当前的输出状态。优选地，所述方法还包括当分别对四个马达的输出进行调整完成后，如果检测到发动机转速掉速，则将四个马达的输出同时按照同比例系数缩小，保证马达输出同比例减小后，四履带转向的角速度保持一致；如果发动机转速没有掉速，则对马达进行实时控制并保持当前调整后的马达输出状态。优选地，所述发动机转速掉速为发动机掉速范围增大到原来速度的30%。优选地，所述采集周期为10ms。优选地，所述第一预定值为500m或500m以上。优选地，第一预定速度为1. 5km/h。优选地，第一预定速度差值为0. 01km/h。优选地，所述控制减小相应的马达输出具体按照如下公式进行控制马达的开度=控制马达的开度设定值_k*马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值，其中k为修正参数。优选地，所述控制增大相应的马达输出具体按照如下公式进行控制马达的开度=控制马达的开度设定值_k*马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值，其中k为修正参数。本发明还提供一种并排四履带工程机械车转向行驶的控制系统，所述系统包括
第一检测单元，用于按照采集周期检测四个履带上的马达转速；第一解析单元，用于按照所述采集周期采集行驶手柄信号，根据采集到的手柄信号解析得到转向半径、行驶速度、行驶方向信息；第一判断单元，用于当解析出的转向半径大于或者等于第一预定值时，控制并排四履带工程机械车按照直线行驶算法控制马达；当解析出的转向半径小于第一预定值时， 控制所述并排四履带工程机械车按照转向行驶算法控制马达；所述转向控制算法保持四条履带的角速度一致；第二判断单元，用于在转向行驶算法中，当行驶速度大于或等于第一预定速度时， 控制按照第一预定速度进行行驶控制；当行驶速度小于第一预定速度时，控制按照从手柄解析出的所述行驶速度信息控制；第一计算单元，用于根据从操作手柄解析出的行驶方向信息，确定行驶速度最大的马达，根据角速度和转向半径和履带之间的几何关系，计算出每条履带的速度控制参考设置值；第三判断单元，转向控制算法根据计算出来的每条履带的速度控制参考设置值分别对每个马达转速进行控制，当马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值大于第一预定速度差值时，控制减小相应的马达输出；第四判断单元，当马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值小于负的第一预定速度差值时，控制增大相应的马达输出；否则控制马达保持当前的输出状态。通过上述方案的描述，可以看到本发明具备以下优点由于本发明实施例所述并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，按照采集周期检测四个履带上的马达转速；按照所述采集周期采集行驶手柄信号，根据采集到的手柄信号解析得到转向半径、行驶速度、行驶方向信息；判断当解析出的转向半径大于或者等于第一预定值时，控制并排四履带工程机械车按照直线行驶算法控制马达；判断当解析出的转向半径小于第一预定值时，控制并排四履带工程机械车按照转向行驶算法控制马达；所述转向控制算法保持四条履带的角速度一致。在转向行驶算法中，当行驶速度大于或等于第一预定速度时，控制按照第一预定速度进行行驶控制；当行驶速度小于第一预定速度时， 控制按照从手柄解析出的所述行驶速度信息控制。根据从操作手柄解析出的行驶方向信息，确定行驶速度最大的马达，根据角速度和转向半径和履带之间的几何关系，计算出每条履带的速度控制参考设置值；根据计算出来的每条履带的速度控制参考设置值分别对每个马达转速进行控制，可以很好地解决并排四履带工程机械车转向行驶工况下单侧履带转向行驶的时候角速度不一致的技术难题。当马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值大于第一预定速度差值时，控制减小相应的马达输出；当马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值大于负的第一预定速度差值时，控制增大相应的马达输出，否则控制马达保持当前的输出状态。由于按照采集周期采集和处理各种传感器信号，同时进行算法进行计算一次，因此该算法可以进行定时调节输出，并保持算法调整的实时性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是并排四履带工程机械车示意图；图2是并排四履带工程机械车右前行驶示意图；图3是本发明所述并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法第一实施例流程图；图4是图3中所示的马达转速控制流程图；图5是本发明所述并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法第二实施例流程图；图6是本发明实施例所述并排四履带工程机械车转向行驶的控制系统结构图。
具体实施例方式本发明提供一种并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，用于解决并排四履带工程机械车转向行驶工况下单侧履带转向行驶的时候角速度不一致的技术难题。参见图3，该图是本发明所述并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法第一实施例流程图。本发明第一实施例所述并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，包括以下步骤首先在进行并排四履带工程机械车转向行驶控制方法前，要求驾驶室中的显示屏正常工作，并且显示屏能够正常显示整车系统的状态参数，同时整车控制系统正常工作。S100、按照采集周期检测四个履带上的马达转速。在整车控制系统正常工作的状态下，通过行驶速度传感器按照采集周期检测四个履带上的马达的转速，并将转速信号传送到控制器。采集周期可以设定为10ms，此时可以认为是实时检测。控制器通过在一定时间内计算速度传感器传送的马达转动的圈数，同时控制器通过圈数信息和马达旋转半径，计算得到车行驶速度。S200、按照所述采集周期采集行驶手柄信号，根据采集到的手柄信号解析得到转向半径、行驶速度、行驶方向信息。通过控制器实时采集行驶手柄信号，控制器根据采集到的手柄信号进行解析，计算出转向半径，解析出手柄推动位置的速度值。手柄信息解析包括转向半径数据、行驶速度数据、行驶方向命令等信息。控制器具体可以通过采集手柄左右摆动时的行程比例，进行比例计算出转向半径。当转向半径范围为38米至无穷大，由于车的机械结构的强度限制，转向半径最小为38 米。控制器可以通过采集手柄前后方向的行程比例，对速度进行比例计算出当前行驶速度大小。由于发动机功率限制352kW时，速度最快只能行驶到4.2千米/时。根据速度的比例关系，从而解析出手柄推动位置的速度值；控制器可以根据手柄推动的方向，判读车行驶的方向命令。S300、判断解析出的所述转向半径是否大于或者等于第一预定值，如果是，执行步骤S400 ；否则执行步骤S500。第一预定值可以设定为500米或500米以上的任意值。根据直线狭义定义，直线是由无限大半径的圆的弧线；在工程中，认为以500米为半径形成的圆的圆弧，近似为直线，500米为工程近似值，该参数选择越大，直线的效果越好，但是工程控制精度越低。S400、控制并排四履带工程机械车按照直线行驶算法控制马达。S500、控制并排四履带工程机械车按照转向行驶算法控制马达；所述转向控制算法保持四条履带的角速度一致。a)马达轮周长L = Ji *D = π *0· 76443 = 2. 401527672183m其中，L为马达轮子周长、D为马达轮子直径；b)轮子转速r = ρ/86转/分；其中，r为轮子转速单位为转/分；P为在1分钟内，控制器记录马达轮子的脉冲个数；c)直线行驶轮子转速折算成线速度ν = r*L = ρ*1· 675484422 米 / 小时其中，V为轮子的线速度单位为米/小时；d)运输车拐弯工况在理想情况下，运输车拐弯半径为R(指运输车车体中心位置到旋转中心的距离)；图2中标号1、2、3、4分别为第一马达、第二马达、第三马达、第四马达四个马达，A、B、 C、D分别为第一马达、第二马达、第三马达、第四马达四个马达对应的四条履带——第一履带、第二履带、第三履带和第四履带。记录四个马达的旋转半径分别为Ra、Rb、Re、Rd ；Ra = R-3. 65 (m)；Rb = R-1. 85 (m)；Rc = R+1. 85 (m)；Rd = R+3. 65 (m)；Pa,Pb,Pc,Pd分别为第一马达1、第二马达2、第三马达3、第四马达4四个马达轮子在旋转工况下1分钟内的脉冲个数。
PaLa = — *π* (m/s)
86
PJjLb = — *π* (m/s)
86
PcLc = — *π* (m/s)
86
PdLd = — *π* (m/s)
86La、Lb、Lc、Ld分别为第一马达1、第二马达2、第三马达3、第四马达4四个马达轮子的线速度。第一马达1轮子角速度叱== D L “ (c° /S )
第二马达2轮子角速度
权利要求
1.一种并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤按照采集周期检测四个履带上的马达转速；按照所述采集周期采集行驶手柄信号，根据采集到的手柄信号解析得到转向半径、行驶速度、行驶方向信息；当解析出的转向半径大于或者等于第一预定值时，控制并排四履带工程机械车按照直线行驶算法控制马达；当解析出的转向半径小于第一预定值时，控制并排四履带工程机械车按照转向行驶算法控制马达；所述转向控制算法保持四条履带的角速度一致；在转向行驶算法中，当行驶速度大于或等于第一预定速度时，控制按照第一预定速度进行行驶控制；当行驶速度小于第一预定速度时，控制按照从手柄解析出的所述行驶速度信息控制；根据从操作手柄解析出的行驶方向信息，确定行驶速度最大的马达，根据角速度和转向半径和履带之间的几何关系，计算出每条履带的速度控制参考设置值；转向控制算法根据计算出来的每条履带的速度控制参考设置值分别对每个马达转速进行控制，当马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值大于第一预定速度差值时，控制减小相应的马达输出；当马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值小于负的第一预定速度差值时，控制增大相应的马达输出；否则控制马达保持当前的输出状态。
2.根据权利要求1所述的并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，其特征在于， 所述方法还包括当分别对四个马达的输出进行调整完成后，如果检测到发动机转速掉速，则将四个马达的输出同时按照同比例系数缩小，保证马达输出同比例减小后，四履带转向的角速度保持一致；如果发动机转速没有掉速，则对马达进行实时控制并保持当前调整后的马达输出状态。
3.根据权利要求2所述的并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，其特征在于， 所述发动机转速掉速为发动机掉速范围增大到原来速度的30%。
4.根据权利要求1所述的并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，其特征在于， 所述采集周期为10ms。
5.根据权利要求1所述的并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，其特征在于， 所述第一预定值为500m或500m以上。
6.根据权利要求1所述的并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，其特征在于， 第一预定速度为1. 5km/h。
7.根据权利要求1所述的并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，其特征在于， 第一预定速度差值为0.0ikm/ho
8.根据权利要求1所述的并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，其特征在于， 所述控制减小相应的马达输出具体按照如下公式进行控制马达的开度=控制马达的开度设定值_k*马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值，其中k为修正参数。
9.根据权利要求1所述的并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法，其特征在于， 所述控制增大相应的马达输出具体按照如下公式进行控制马达的开度=控制马达的开度设定值_k*马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值，其中k为修正参数。
10.一种并排四履带工程机械车转向行驶的控制系统，其特征在于，所述系统包括第一检测单元，用于按照采集周期检测四个履带上的马达转速；第一解析单元，用于按照所述采集周期采集行驶手柄信号，根据采集到的手柄信号解析得到转向半径、行驶速度、行驶方向信息；第一判断单元，用于当解析出的转向半径大于或者等于第一预定值时，控制并排四履带工程机械车按照直线行驶算法控制马达；当解析出的转向半径小于第一预定值时，控制所述并排四履带工程机械车按照转向行驶算法控制马达；所述转向控制算法保持四条履带的角速度一致；第二判断单元，用于在转向行驶算法中，当行驶速度大于或等于第一预定速度时，控制按照第一预定速度进行行驶控制；当行驶速度小于第一预定速度时，控制按照从手柄解析出的所述行驶速度信息控制；第一计算单元，用于根据从操作手柄解析出的行驶方向信息，确定行驶速度最大的马达，根据角速度和转向半径和履带之间的几何关系，计算出每条履带的速度控制参考设置值；第三判断单元，转向控制算法根据计算出来的每条履带的速度控制参考设置值分别对每个马达转速进行控制，当马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值大于第一预定速度差值时，控制减小相应的马达输出；第四判断单元，当马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值小于负的第一预定速度差值时，控制增大相应的马达输出；否则控制马达保持当前的输出状态。
全文摘要
一种并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法包括检测四个履带上的马达转速；采集行驶手柄信号，解析出转向半径等信息；转向半径≥第一预定值，按照直线行驶算法控制马达；否则控制按照转向行驶算法控制马达。在转向行驶算法中，行驶速度≥第一预定速度，按照第一预定速度进行行驶控制；行驶速度<第一预定速度，按照从手柄解析出的所述行驶速度信息控制；根据解析出的行驶方向信息，确定行驶速度最大的马达，计算出每条履带的速度控制参考设置值分别对每个马达转速进行控制，根据马达的实际转速与转速控制参考设定值的差值的关系，对马达进行相应控制。本发明提供一种并排四履带工程机械车转向行驶的控制方法及系统，解决转向行驶时角速度不一致的难题。
文档编号B62D6/02GK102167081SQ201110020489
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者王西昌, 程会锋, 胡兰 申请人:三一电气有限责任公司