一种集装箱自动导引车转向系统的制作方法

本实用新型属于港口集装箱自动运输设计领域，具体涉及一种集装箱自动导引车转向系统。

背景技术：

集装箱自动导引车是目前国际上先进的集装箱装卸工艺系统组成部分之一，作为自动化集装箱码头重要的运输设备，集装箱自动导引车采用无人驾驶技术自动运行，承担码头到堆场的集装箱自动运输工作。

目前，在国外，如：荷兰鹿特丹港、德国汉堡港、新加坡帕劳布兰尼码头等港口或码头有应用集装箱自动导引车承担集装箱的运输工作，在国内，如：厦门港、上海洋山港、青岛港也有集装箱自动导引车进行试运营。

现代电子信息和网络技术高速发展，推动了很多行业的智能化，也推动了无人驾驶的应用，其中集装箱自动导引车采用无人驾驶技术，无人驾驶是基于各种传感器获取车辆周围的环境信号，然后利用控制策略来控制车辆的转向和速度，保证车辆能安全可靠的在道路上行驶，并完成期望的目标路径。

目前集装箱自动导引车多采用多轴转向，转向过程中容易出现转向不平滑、轮胎摆振以及多轴转向不同步等问题，无法实现集装箱自动导引车转向的精确控制，影响整车的稳定性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服以上问题，提供一种能够实现转向的精确控制的集装箱自动导引车转向系统及其控制方法。

为实现以上目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种集装箱自动导引车转向系统，包括四个车桥，所述四个车桥分别为由整车前端至后端依次布置的前转向桥、前转向驱动桥、后转向驱动桥、后转向桥，所述前转向桥、前转向驱动桥、后转向驱动桥、后转向桥的两侧均对应布置有两个液压转向油缸，且前转向桥、前转向驱动桥、后转向驱动桥、后转向桥的左侧还设置有左轮转角传感器；

所述系统还包括整车控制器、转向控制器，所述整车控制器内部设置有期望转角计算模块，所述转向控制器的内部设置有转角信号接收模块、转向油缸控制模块、实际转角与期望转角差值计算模块一，所述期望转角计算模块的输出端通过转角信号接收模块与转向油缸控制模块的输入端相连接，所述实际转角与期望转角差值计算模块一的输入端与左轮转角传感器、转角信号接收模块的输出端相连接，实际转角与期望转角差值计算模块一的输出端与转向油缸控制模块的输入端相连接。

所述整车控制器的内部还设置有转向协调约束下的期望转角计算模块，所述转向控制器的内部还设置有实际转角与期望转角差值计算模块二、故障判断模块，所述转向协调约束下的期望转角计算模块的输出端与转角信号接收模块的输入端相连接，所述实际转角与期望转角差值计算模块二的输入端与左轮转角传感器、转角信号接收模块的输出端相连接，实际转角与期望转角差值计算模块二的输出端与故障判断模块的输入端相连接。

所述转向油缸控制模块通过比例伺服阀控制液压转向油缸。

所述前转向桥、前转向驱动桥位于集装箱前支撑横梁的前方，所述后转向驱动桥、后转向桥位于集装箱后支撑横梁的后方，且后前转向桥、前转向驱动桥、后转向驱动桥、后转向桥相对于整车的中心对称布置。

所述系统还包括与液压转向油缸相通的液压站。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型一种集装箱自动导引车转向系统中四个车桥分别为前转向桥、前转向驱动桥、后转向驱动桥、后转向桥，即所有车桥均采用转向桥，该全桥转向设计使得整车的转弯半径小，转弯占用空间小，且每个转向桥的两侧对应布置有两个液压转向油缸，仅在左侧车轮上设置转角传感器，不仅结构简单、控制元件较少，而且驱动的可靠性较强。因此，本实用新型不仅转弯半径小，而且结构简单、可靠、控制元件较少。

2、本实用新型一种集装箱自动导引车转向系统中整车控制器内部设置有期望转角计算模块，转向控制器的内部设置有转角信号接收模块、转向油缸控制模块、实际转角与期望转角差值计算模块一，系统运行时，期望转角计算模块首先根据车辆期望行驶轨迹、车辆运动学模型计算出各车桥的车轮期望转角，并将车轮转角信号发送给转向控制器，随后转向油缸控制模块根据车轮转角信息控制液压转向油缸推动车轮按指定角度转向，在车轮转向的过程中，左轮转角传感器实时监测各车桥左侧车轮的实际转角，并将实际转角信号发送给实际转角与期望转角差值计算模块一，实际转角与期望转角差值计算模块一再计算实际转角与该车桥车轮的期望转角之间的差值是否在合理的范围内，若不在，则将计算得到的差值信号发送给转向油缸控制模块，然后转向油缸控制模块控制液压转向油缸调节车轮的转角，直至实际转角与期望转角的差值在合理的范围内，该设计通过对各车桥车轮转角的精确控制实现了整车的准确转向。因此，本实用新型实现了实现转向的精确控制。

3、本实用新型一种集装箱自动导引车转向系统中整车控制器的内部还设置有转向协调约束下的期望转角计算模块，转向控制器的内部还设置有实际转角与期望转角差值计算模块二、故障判断模块，当系统运行时，转向协调约束下的期望转角计算模块根据车辆期望行驶轨迹、车辆运动学模型以及各车桥的转向动作协调约束计算出各车桥的车轮期望转角，在车轮转向的过程中，左轮转角传感器实时监测各车桥左侧车轮的实际转角，并将实际转角信号发送给实际转角与期望转角差值计算模块二，实际转角与期望转角差值计算模块二再计算实际转角与该车桥车轮的期望转角之间的差值并将其发送给故障判断模块，最后故障判断模块计算所述差值是否在合理的范围内，若所有车桥的车轮的实际转角与期望转角的差值均在合理的范围内，则判定各车桥车轮的转向动作协调，若有任一车桥的车轮的实际转角与期望转角的差值不在合理的范围内，则判定各车桥车轮转向异常，发出紧急停车指令，该设计通过以上策略保证了各车桥车轮转向动作的协调性，进一步提高了整车转向的稳定性。因此，本实用新型提高了整车转向的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的控制原理图。

图中，前转向桥1、液压站11、集装箱前支撑横梁12、集装箱后支撑横梁13、前转向驱动桥2、后转向驱动桥3、后转向桥4、液压转向油缸5、左轮转角传感器6、整车控制器7、期望转角计算模块71、转向协调约束下的期望转角计算模块72、转向控制器8、转角信号接收模块81、转向油缸控制模块82、实际转角与期望转角差值计算模块一83、实际转角与期望转角差值计算模块二84、故障判断模块85、比例伺服阀9。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

参见图1、图2，一种集装箱自动导引车转向系统，包括四个车桥，所述四个车桥分别为由整车前端至后端依次布置的前转向桥1、前转向驱动桥2、后转向驱动桥3、后转向桥4，所述前转向桥1、前转向驱动桥2、后转向驱动桥3、后转向桥4的两侧均对应布置有两个液压转向油缸5，且前转向桥1、前转向驱动桥2、后转向驱动桥3、后转向桥4的左侧还设置有左轮转角传感器6；

所述系统还包括整车控制器7、转向控制器8，所述整车控制器7内部设置有期望转角计算模块71，所述转向控制器8的内部设置有转角信号接收模块81、转向油缸控制模块82、实际转角与期望转角差值计算模块一83，所述期望转角计算模块71的输出端通过转角信号接收模块81与转向油缸控制模块82的输入端相连接，所述实际转角与期望转角差值计算模块一83的输入端与左轮转角传感器6、转角信号接收模块81的输出端相连接，实际转角与期望转角差值计算模块一83的输出端与转向油缸控制模块82的输入端相连接。

所述整车控制器7的内部还设置有转向协调约束下的期望转角计算模块72，所述转向控制器8的内部还设置有实际转角与期望转角差值计算模块二84、故障判断模块85，所述转向协调约束下的期望转角计算模块72的输出端与转角信号接收模块81的输入端相连接，所述实际转角与期望转角差值计算模块二84的输入端与左轮转角传感器6、转角信号接收模块81的输出端相连接，实际转角与期望转角差值计算模块二84的输出端与故障判断模块85的输入端相连接。

所述转向油缸控制模块82通过比例伺服阀9控制液压转向油缸5。

所述前转向桥1、前转向驱动桥2位于集装箱前支撑横梁12的前方，所述后转向驱动桥3、后转向桥4位于集装箱后支撑横梁13的后方，且后前转向桥1、前转向驱动桥2、后转向驱动桥3、后转向桥4相对于整车的中心对称布置。

所述系统还包括与液压转向油缸5相通的液压站11。

实施例1：

参见图1、图2，一种集装箱自动导引车转向系统，包括四个车桥、整车控制器7、转向控制器8、液压站11，所述四个车桥分别为由整车前端至后端依次布置的前转向桥1、前转向驱动桥2、后转向驱动桥3、后转向桥4，所述前转向桥1、前转向驱动桥2、后转向驱动桥3、后转向桥4的两侧均对应布置有两个液压转向油缸5，且前转向桥1、前转向驱动桥2、后转向驱动桥3、后转向桥4的左侧还设置有左轮转角传感器6，所述液压站11与液压转向油缸5相通，所述整车控制器7内部设置有期望转角计算模块71、转向协调约束下的期望转角计算模块72，所述转向控制器8的内部设置有转角信号接收模块81、转向油缸控制模块82、实际转角与期望转角差值计算模块一83、实际转角与期望转角差值计算模块二84、故障判断模块85，所述期望转角计算模块71的输出端通过转角信号接收模块81与转向油缸控制模块82的输入端相连接，所述转向协调约束下的期望转角计算模块72的输出端与转角信号接收模块81的输入端相连接，所述实际转角与期望转角差值计算模块一83的输入端与左轮转角传感器6、转角信号接收模块81的输出端相连接，实际转角与期望转角差值计算模块一83的输出端与转向油缸控制模块82的输入端相连接，所述转向油缸控制模块82通过比例伺服阀9控制液压转向油缸5，所述实际转角与期望转角差值计算模块二84的输入端与左轮转角传感器6、转角信号接收模块81的输出端相连接，实际转角与期望转角差值计算模块二84的输出端与故障判断模块85的输入端相连接。

上述集装箱自动导引车转向系统的控制方法包括闭环控制方法和转向协调控制方法；

所述闭环控制方法是指：首先，所述期望转角计算模块71根据车辆期望行驶轨迹、车辆运动学模型计算出各车桥的车轮期望转角，并将车轮转角信号发送给转向控制器8，随后转向油缸控制模块82根据车轮转角信息控制液压转向油缸5推动车轮按指定角度转向，在车轮转向的过程中，所述左轮转角传感器6实时监测各车桥左侧车轮的实际转角，并将实际转角信号发送给实际转角与期望转角差值计算模块一83，实际转角与期望转角差值计算模块一83再比较实际转角与该车桥车轮的期望转角之间的差值A的绝对值与定值e的大小，若A的绝对值大于e，则将差值A的信号发送给转向油缸控制模块82，然后转向油缸控制模块82控制液压转向油缸5调节车轮的转角，直至差值A的绝对值小于等于e；

所述转向协调控制方法是指：所述转向协调约束下的期望转角计算模块72根据车辆期望行驶轨迹、车辆运动学模型以及各车桥的转向动作协调约束计算出各车桥的车轮期望转角，在车轮转向的过程中，所述左轮转角传感器6实时监测各车桥左侧车轮的实际转角，并将实际转角信号发送给实际转角与期望转角差值计算模块二84，实际转角与期望转角差值计算模块二84再计算实际转角与该车桥车轮的期望转角之间的差值B并将其发送给故障判断模块85，最后故障判断模块85比较所述差值B的绝对值与定值E的大小，若所有车桥的车轮的差值B的绝对值均小于等于定值E，则判定各车桥车轮的转向动作协调，若有任一车桥的车轮的差值B的绝对值大于定值E，则判定各车桥车轮转向异常，发出紧急停车指令。