一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种货车车厢自动平衡技术，具体是一种基于预见控制的货车车厢自 动平衡控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002] 货车是一种现代化非常重要的交通运输工具，随着运输业的发展，对货物的运输 数量和质量的要求越来越高，货物的安全运输成了国内外企业、学者研究的热点领域。
[0003] 车厢是运送货物的载体，承担着装卸、运输货物的功能，起到了保证货物安全的关 键性作用。货车车厢自动平衡技术是保证货物在运输过程中不随路面的起伏、不平等状态 的变化而发生相对移动和碰撞，W降低货物损坏率的有效技术。
[0004] 当前大多数货车车厢主要靠车辆的悬架系统来减轻路面不平的激励，并主要靠将 货物与车厢固定的方法保证货物不发生相对位移，而要实现货物的平稳运输，其关键技术 是车厢姿态的自动平衡。
[0005] 目前车厢的自动平衡控制方法主要是宏动平衡方式和反馈控制两种形式，采用宏 动平衡方式导致只能实现大倾角范围内的车厢平衡，而无法抑制车厢的小幅振动;若采用 反馈控制的方式将导致车厢的平衡调节总是滞后于路面的扰动，特别是当路面崎帳不平 时，车厢的平衡控制越发困难。
[0006] 现有技术中，对车厢自动平衡装置的研究比较少，大多集中于机械结构的设计，且 主要是针对车厢的宏观位移进行平衡控制，特别是车厢姿态的实时控制研究并未设及，例 如专利号为：CN201020 117481 . 1、名称为一种货车车厢平衡控制装置；专利号为： CN200410040100.3、名称为一种车辆和车厢的自身平衡系统；专利号为:CN201020117042.0 名称为一种车厢自动平衡装置。
[0007] W上专利主要是针对车厢宏观位移自动平衡机械结构的设计及控制方法的实现， 而对于路况扰动信号的预判与实时控制的方法方面的研究并未设及，为下一步微调车厢的 姿态平衡带来很大的不便。因此，需要设计一种车厢自动平衡控制装置和控制方法，实现对 车厢姿态的精确调整和车厢振动的消除，具有很强的现实意义。
【发明内容】
[000引本发明提供一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置及控制方法，其能够 有效解决现有车厢抗路面干扰能力差、存在小幅振动和实时性不足的缺陷，进一步保证货 物的运输安全。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种基于预见控制的货车车厢自 动平衡控制装置，它包括：
[0010] 控制系统、倾斜伺服电动弹黃缸、副臂、导向杆、车架、倾角传感器、第一组垂直伺 服电动弹黃缸、第二组垂直伺服电动弹黃缸、双向对称伸缩缸、车厢、第一组位移传感器、第 二组位移传感器W及第Ξ组位移传感器；
[0011] 所述倾斜伺服电动弹黃缸的前端通过车架前端中屯、处固定的第一组转动副较接 在车架上、后端通过第一组万向较串接在车厢前端下沿设有的导向杆上；
[0012] 所述第一组垂直伺服电动弹黃缸的下端通过车架尾端设有的第一组固定安装孔 固定安装在车架上、上端通过第二组万向较较接在双向对称伸缩缸左端；
[0013] 所述第二组垂直伺服电动弹黃缸的下端通过车架尾端设有的第二组固定安装孔 固定安装在车架上、上端通过第Ξ组万向较较接在双向对称伸缩缸右端；
[0014] 所述双向对称伸缩缸通过车厢尾端上沿设有的第二组转动副较接在车厢顶部；
[0015] 所述倾角传感器安装在车厢正下方中屯、处；
[0016] 所述第一组位移传感器安装在倾斜伺服电动弹黃缸的活塞与缸筒之间；
[0017] 所述第二组位移传感器安装在第一组垂直伺服电动弹黃缸的活塞与缸筒之间；
[0018] 所述第Ξ组位移传感器安装在第二组垂直伺服电动弹黃缸的活塞与缸筒之间；
[0019] 其中，所述倾斜伺服电动弹黃缸、第一组垂直伺服电动弹黃缸、第二组垂直伺服电 动弹黃缸、副臂分别连接至控制系统，控制系统接收和发出动作指令，控制各弹黃缸的伸 缩。
[0020] 所述的双向对称伸缩缸包括第一组活塞杆、缸筒、推杆腔、推杆、滑块、第二组活塞 杆和导向槽；
[0021] 其中，第一组活塞杆、第二组活塞杆与缸筒内壁之间通过移动副连接，两侧推杆的 一端分别与第一组活塞杆、第二组活塞杆较接，另一端分别与分布在两侧的滑块较接，导向 杆穿过滑块使其沿着自身滑动；
[0022] 当两侧第一组活塞杆、第二组活塞杆向外运动时，两侧推杆带动中间的滑块沿中 间的导向槽向缸筒中屯、收犹;两侧推杆等长，从而使两侧第一组活塞杆、第二组活塞杆的伸 长量保持同步。
[0023] 所述倾斜伺服电动弹黃缸可绕第一组转动副在竖直面内转动，其转角范围为0°~ 60。。
[0024] 所述车厢可绕第二组转动副前后俯仰，其俯仰角变化范围为±30°。
[0025] 所述车厢通过第一组垂直伺服电动弹黃缸、第二组垂直伺服电动弹黃缸进行左右 翻转，其翻转角变化范围为±20°。
[0026] -种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制方法，包括W下步骤：
[0027] 1)调节车厢的左右平衡：
[0028] 根据倾角传感器测得的翻转角为β，由控制系统输出控制信号，分别调整第一组垂 直伺服电动弹黃缸、第二组垂直伺服电动弹黃缸的伸长量，直到将车厢调成左右等高；
[0029] 此时分别利用第二组位移传感器、第Ξ组位移传感器记录下在该调整过程中第一 组垂直伺服电动弹黃缸的伸长量A b和第二组垂直伺服电动弹黃缸的伸长量Δ L2;
[0030] 2)调节车厢的前后平衡：
[0031] 基于步骤1)得到的伸长量Δレ和ΔL2,得到车厢尾端中屯、处的竖直位移Ahi，并根 据倾斜伺服电动弹黃缸的初始长度L30,车厢高度为b，第一组转动副到平衡时车厢前端的水 平距离d，第二组转动副的轴屯、到车架的距离D，计算得出倾斜伺服电动弹黃缸的预计伸长 量Δ L3,由控制系统输出控制信号，调节倾斜伺服电动弹黃缸的伸长量为Δ L3,并驱动副臂 辅助倾斜伺服电动弹黃缸的伸缩，直到将车厢调成前后等高，从而使车厢恢复到平衡状态；
[0032] 3)采用预见控制方法，应用最优控制理论得到最优控制信号u(t)、从而及时消除 车厢的小幅振动。
[0033] 与现有的宏观调控方式相比，本发明在车厢上安装平衡控制系统，在车架的前端 安装倾斜伺服电动弹黃缸，在车架的尾端对称安装两个垂直伺服电动弹黃缸，车厢通过万 向较与Ξ个伺服电动弹黃缸连接，并安装用于检测弹黃缸位移和车厢倾角的传感器；
[0034] 结合预见控制方法W及货车车厢自动平衡技术的机械结构于一体，通过控制弹黃 缸的伸缩的可对车厢的前、后、左、右、进行平衡调节；
[0035] 该方法和装置能够直接用于货车在上坡下坡、转弯或在颠鑛路面时车厢的自动平 衡，能够减少复杂路貌对车厢平衡的影响，同时也能降低车厢的小幅振动，进一步保证货物 的运输安全;具有环境适应能力强、操作简单、实时性好、可靠性高、稳定性好等优点。
【附图说明】
[0036] 图1本发明的控制装置的主视图；
[0037] 图2为图1的右视图；
[0038] 图3为本发明中双向对称伸缩缸示意图；
[0039] 图4为本发明的Ξ维示意图；
[0040] 图5为本发明方法的流程图；
[0041 ]图6为本发明中车厢倾斜时的结构示意图；
[0042] 图7为本发明中车厢平衡后的结构示意图；
[0043] 图8为本发明中车厢的左右平衡调节原理图；
[0044] 图9为本发明中车厢的前后平衡调节原理图；
[0045] 图10为本发明中车厢的预见平衡控制原理示意图。
[0046] 其中，1、控制系统，2、第一组转动副，3、