本發(fā)明涉及特種車輛技術(shù)領(lǐng)域，更為具體來說，本發(fā)明為特種車輛電液轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制方法。

背景技術(shù)：

大型重載特種車輛具有質(zhì)量大、質(zhì)心高、軸數(shù)多、軸距大等特點(diǎn)，為增強(qiáng)其機(jī)動性、靈活性及操縱穩(wěn)定性，使車輛在小場地低速轉(zhuǎn)彎時(shí)有較好的靈活性，以保證低速時(shí)能夠在較小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)向，同時(shí)在高速時(shí)具有較好的操縱穩(wěn)定性，以保證車輛的安全性，大型重載特種車輛大多采用多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)。

但是，現(xiàn)有多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)為機(jī)械式傳動液壓助力轉(zhuǎn)向技術(shù)，雖然可以實(shí)現(xiàn)多軸轉(zhuǎn)向，但受機(jī)械式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制方法的限制，其轉(zhuǎn)向精度低，易造成轉(zhuǎn)向橫拉桿變形、輪胎磨損嚴(yán)重。隨著電子技術(shù)及控制技術(shù)的發(fā)展，電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)便成了多軸轉(zhuǎn)向車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。

因此，如何通過電液轉(zhuǎn)向提高特種車輛轉(zhuǎn)向精度、減小轉(zhuǎn)向延遲時(shí)間、降低轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的磨損，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題和始終研究的重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)械式轉(zhuǎn)向控制方法存在的精度低、靈活性差、轉(zhuǎn)向橫拉桿變形、輪胎磨損嚴(yán)重等問題，本發(fā)明創(chuàng)新提出了一種特種車輛電液轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制方法，能夠有效地提高轉(zhuǎn)向精度、減小轉(zhuǎn)向延遲時(shí)間及降低轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的磨損。

為實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明公開了一種特種車輛電液轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制方法，所述閉環(huán)控制方法包括如下步驟，

步驟1，獲取實(shí)時(shí)車速和第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角，所述第一轉(zhuǎn)向橋?yàn)樘胤N車輛的前轉(zhuǎn)向橋；

步驟2，利用所述實(shí)時(shí)車速和第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角確定第二轉(zhuǎn)向橋的目標(biāo)轉(zhuǎn)角，所述第二轉(zhuǎn)向橋?yàn)樘胤N車輛的后轉(zhuǎn)向橋；

步驟3，獲取第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角；

步驟4，計(jì)算所述第二轉(zhuǎn)向橋的目標(biāo)轉(zhuǎn)角和第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)角偏差；

步驟5，基于比例-積分-微分控制方式，根據(jù)所述轉(zhuǎn)角偏差生成脈沖寬度調(diào)制信號；

步驟6，通過所述脈沖寬度調(diào)制信號控制比例方向閥動作，所述比例方向閥用于實(shí)時(shí)驅(qū)動油缸活塞桿運(yùn)動，所述油缸活塞桿用于實(shí)時(shí)調(diào)整第二轉(zhuǎn)向橋轉(zhuǎn)角、助力轉(zhuǎn)向。

通過上述的閉環(huán)控制方法，本發(fā)明能夠有效解決現(xiàn)有技術(shù)存在的轉(zhuǎn)向精度差、靈敏度低、轉(zhuǎn)向橫拉桿易變形、輪胎磨損嚴(yán)重等問題，從而實(shí)現(xiàn)特種車輛快速、靈活、準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)向。

進(jìn)一步地，步驟5中，當(dāng)生成的脈沖寬度調(diào)制信號的占空比小于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，通過為占空比增加偏移量的方式更新脈沖寬度調(diào)制信號；步驟6中，通過更新后的脈沖寬度調(diào)制信號控制比例方向閥動作；其中，所述偏移量通過比例方向閥的電阻值和開始動作時(shí)的電流值確定。

基于上述改進(jìn)的技術(shù)方案，本發(fā)明創(chuàng)新地增加了死區(qū)偏移，死區(qū)偏移即為上述的偏移量，將偏移量與小于第一預(yù)設(shè)值的占空比相加，從而解決低pwm占空比情況下比例方向閥不動作的問題，最終達(dá)到了提高本發(fā)明控制的可靠性和穩(wěn)定性的目的。

進(jìn)一步地，為提高特種車輛轉(zhuǎn)向控制的合理性和準(zhǔn)確性，步驟6中，得到脈沖寬度調(diào)制信號后，獲取第二轉(zhuǎn)向橋鎖止翹板的開關(guān)信號：如果所述開關(guān)信號的狀態(tài)為非鎖止，即允許對第二轉(zhuǎn)向橋進(jìn)行控制，則控制比例方向閥動作、調(diào)整第二轉(zhuǎn)向橋轉(zhuǎn)角；如果所述開關(guān)信號的狀態(tài)為鎖止，即不允許對第二轉(zhuǎn)向橋進(jìn)行控制，則不控制比例方向閥動作、不調(diào)整第二轉(zhuǎn)向橋轉(zhuǎn)角。

進(jìn)一步地，步驟6中，根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號控制比例方向閥的開度大小和通電時(shí)間長短，進(jìn)而實(shí)時(shí)調(diào)整第二轉(zhuǎn)向橋轉(zhuǎn)角大小。這種調(diào)節(jié)方式具有調(diào)節(jié)精度高、可靠性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。

進(jìn)一步地，步驟1中，通過安裝于第一轉(zhuǎn)向橋左側(cè)的第一雙通道轉(zhuǎn)角傳感器獲取第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角；步驟3中，通過安裝于第二轉(zhuǎn)向橋左側(cè)的第二雙通道轉(zhuǎn)角傳感器獲取第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角；所述第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角通過計(jì)算第一雙通道轉(zhuǎn)角傳感器采集的雙通道轉(zhuǎn)角信號的均值得到，所述第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角通過計(jì)算第二雙通道轉(zhuǎn)角傳感器采集的雙通道轉(zhuǎn)角信號的均值得到。

本發(fā)明創(chuàng)新地采用了雙通道轉(zhuǎn)角傳感器，實(shí)現(xiàn)對兩路轉(zhuǎn)角信號的采集，通過雙通道冗余設(shè)計(jì)可極大地提高轉(zhuǎn)角檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。

進(jìn)一步地，步驟1中，第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角為前車輪與轉(zhuǎn)向之前的行車方向之間的夾角；步驟3中，第二轉(zhuǎn)向橋的的實(shí)際轉(zhuǎn)角為后車輪與轉(zhuǎn)向之前的行車方向之間的夾角。

進(jìn)一步地，步驟1中，將第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角與第一轉(zhuǎn)角上限進(jìn)行比較，如果所述第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角大于所述第一轉(zhuǎn)角上限，則進(jìn)行報(bào)警；步驟3中，將第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角與第二轉(zhuǎn)角上限進(jìn)行比較，如果所述第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角大于所述第二轉(zhuǎn)角上限，則進(jìn)行報(bào)警。

本發(fā)明采用了實(shí)際轉(zhuǎn)角超限報(bào)警的方式，能夠有效地提高轉(zhuǎn)向過程中行車的安全性。當(dāng)一橋轉(zhuǎn)角超出有效范圍后，進(jìn)行報(bào)警提示，當(dāng)一橋轉(zhuǎn)角回到有效范圍后，報(bào)警消除；當(dāng)四橋轉(zhuǎn)角超出有效范圍后，進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)控制四橋轉(zhuǎn)角不變，當(dāng)四橋轉(zhuǎn)角回到有效范圍后，報(bào)警消除；當(dāng)五橋轉(zhuǎn)角超出有效范圍后，進(jìn)行報(bào)警；同時(shí)控制五橋轉(zhuǎn)角不變，當(dāng)五橋轉(zhuǎn)角回到有效范圍后，報(bào)警消除。

進(jìn)一步地，所述第一轉(zhuǎn)向橋通過機(jī)械液壓驅(qū)動，所述第二轉(zhuǎn)向橋通過電控液壓驅(qū)動。

進(jìn)一步地，所述特種車輛為多軸轉(zhuǎn)向特種車輛。

進(jìn)一步地，所述特種車輛為五軸轉(zhuǎn)向特種車輛，所述五軸轉(zhuǎn)向特種車輛具有五橋；所述第一轉(zhuǎn)向橋包括一橋和二橋，所述第二轉(zhuǎn)向橋包括四橋和五橋；三橋?yàn)榉寝D(zhuǎn)向橋。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的特種車輛電液轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制方法可有效地提高轉(zhuǎn)向精度、實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)向，能夠滿足多軸特種車輛在不同路面、不同載荷下的低速靈活性和高速穩(wěn)定性，從而減小對轉(zhuǎn)向橫拉桿和輪胎的損害。

附圖說明

圖1為特種車輛電液轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制方法的流程示意圖。

圖2為特種車輛電液轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制方法的實(shí)施狀態(tài)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的特種車輛電液轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制方法進(jìn)行詳細(xì)的解釋和說明。

一般來說，采用電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的大型重載特種車輛，需要對車輪實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)定位，保證轉(zhuǎn)向的準(zhǔn)確性和可靠性，本發(fā)明提出一種多軸轉(zhuǎn)向特種車輛電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方案，并提出采用分段pid(比例-積分-微分)算法加死區(qū)偏移的控制方法，從而有效地解決電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向延遲時(shí)間長、轉(zhuǎn)向精度差的問題。具體地，本發(fā)明公開了一種特種車輛電液轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制方法。如圖1、2所示，該閉環(huán)控制方法包括如下步驟。

步驟1，獲取實(shí)時(shí)車速和第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角，第一轉(zhuǎn)向橋?yàn)樘胤N車輛的前轉(zhuǎn)向橋、通過機(jī)械液壓驅(qū)動，且第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角為前車輪與轉(zhuǎn)向之前的行車方向之間的夾角；本實(shí)施例中，通過安裝于第一轉(zhuǎn)向橋左側(cè)的第一雙通道轉(zhuǎn)角傳感器獲取第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角，第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角通過計(jì)算第一雙通道轉(zhuǎn)角傳感器采集的雙通道轉(zhuǎn)角信號的均值得到。為了提高轉(zhuǎn)向控制的安全性，將第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角與第一轉(zhuǎn)角上限進(jìn)行比較，如果上述的第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角大于第一轉(zhuǎn)角上限，則進(jìn)行報(bào)警。

本發(fā)明涉及的特種車輛為多軸轉(zhuǎn)向的特種車輛，本實(shí)施例以五軸轉(zhuǎn)向重型特種車輛為例，五軸轉(zhuǎn)向特種車輛具有五橋；第一轉(zhuǎn)向橋包括一橋和二橋，一橋和二橋?yàn)榍稗D(zhuǎn)向橋，第二轉(zhuǎn)向橋包括四橋和五橋，四橋和五橋?yàn)楹筠D(zhuǎn)向橋且獨(dú)立控制；三橋?yàn)榉寝D(zhuǎn)向橋。下表對本實(shí)施例五軸轉(zhuǎn)向重型特種車輛的電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的輸入輸出信號進(jìn)行詳細(xì)說明。

步驟2，利用實(shí)時(shí)車速和第一轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角確定第二轉(zhuǎn)向橋的目標(biāo)轉(zhuǎn)角，對于計(jì)算目標(biāo)轉(zhuǎn)角的策略，在本發(fā)明的技術(shù)啟示下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可從常規(guī)技術(shù)中合理選擇；第二轉(zhuǎn)向橋?yàn)樘胤N車輛的后轉(zhuǎn)向橋且通過電控液壓驅(qū)動。

步驟3，獲取第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角，且第二轉(zhuǎn)向橋的的實(shí)際轉(zhuǎn)角為后車輪與轉(zhuǎn)向之前的行車方向之間的夾角；本實(shí)施例中，通過安裝于第二轉(zhuǎn)向橋左側(cè)的第二雙通道轉(zhuǎn)角傳感器獲取第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角，第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角通過計(jì)算第二雙通道轉(zhuǎn)角傳感器采集的雙通道轉(zhuǎn)角信號的均值得到。為提高轉(zhuǎn)向控制的安全性，將第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角與第二轉(zhuǎn)角上限進(jìn)行比較，如果第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角大于第二轉(zhuǎn)角上限，則進(jìn)行報(bào)警。

本實(shí)施例中，在一橋、四橋及五橋左側(cè)各安裝一個(gè)雙通道轉(zhuǎn)角傳感器，兩路通道獨(dú)立采集轉(zhuǎn)角信號，經(jīng)過相應(yīng)的轉(zhuǎn)角計(jì)算策略，分別得到一橋、四橋、五橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角，本發(fā)明通過雙通道冗余設(shè)計(jì)能夠提高轉(zhuǎn)角檢測的可靠性。對于二橋，可跟隨一橋一齊轉(zhuǎn)向，也可進(jìn)行單獨(dú)控制。

步驟4，計(jì)算第二轉(zhuǎn)向橋的目標(biāo)轉(zhuǎn)角和第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)角偏差，具體來說，通過將第二轉(zhuǎn)向橋的目標(biāo)轉(zhuǎn)角和第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角做差的方式實(shí)現(xiàn)計(jì)算轉(zhuǎn)角偏差，二者差的絕對值即為轉(zhuǎn)角偏差值。

步驟5，基于比例-積分-微分(pid)的控制方式，根據(jù)轉(zhuǎn)角偏差生成脈沖寬度調(diào)制信號，本實(shí)施例中，將四橋和五橋的轉(zhuǎn)角偏差分別作為輸入，輸出分別用于控制四橋和五橋的比例閥bl1和bl2二者中的一個(gè)、bl3和bl4二者中的一個(gè)的pwm占空比信號，控制四橋、五橋的車輪左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制精度要求，本發(fā)明將pid中的比例環(huán)節(jié)p分成七段，分別整定每段對應(yīng)的參數(shù)，從而提高可轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈敏度，當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際控制精度需要，可將pid中的比例環(huán)節(jié)p分成若干段，分別整定每段對應(yīng)的參數(shù)；為提高轉(zhuǎn)向控制的可靠性，當(dāng)生成的脈沖寬度調(diào)制信號的占空比小于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，通過為占空比增加偏移量的方式來更新脈沖寬度調(diào)制信號，第一預(yù)設(shè)值可根據(jù)需要進(jìn)行合理設(shè)置。本發(fā)明創(chuàng)新地增加了死區(qū)偏移，將其與分段pid算法輸出的pwm占空比相加，解決低pwm占空比時(shí)，比例閥不動作的問題。不僅如此，本發(fā)明設(shè)計(jì)分段pid算法，對pid參數(shù)進(jìn)行整定，能夠有效增加低轉(zhuǎn)角偏差時(shí)轉(zhuǎn)向的靈敏度。分段pid算法與死區(qū)偏移相結(jié)合得控制方法，有效地提高了轉(zhuǎn)向的精度，減小轉(zhuǎn)向過程中輪胎的磨損，增加輪胎使用壽命。

步驟6，通過脈沖寬度調(diào)制信號控制比例方向閥動作，如果脈沖寬度調(diào)制信號被更新過，則通過更新后的脈沖寬度調(diào)制信號來控制比例方向閥動作；本實(shí)施例的偏移量通過比例方向閥的電阻值和開始動作時(shí)的電流值確定，根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號控制比例方向閥的開度大小和通電時(shí)間長短，比例方向閥用于實(shí)時(shí)驅(qū)動油缸活塞桿運(yùn)動，油缸活塞桿用于實(shí)時(shí)調(diào)整第二轉(zhuǎn)向橋轉(zhuǎn)角、助力轉(zhuǎn)向，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整第二轉(zhuǎn)向橋轉(zhuǎn)角大小。本步驟中，需要說明的是，在得到脈沖寬度調(diào)制信號后，獲取第二轉(zhuǎn)向橋鎖止翹板的開關(guān)信號：如果開關(guān)信號的狀態(tài)為非鎖止，ecu控制電磁換向閥ya3、ya4通電，則控制比例方向閥動作、調(diào)整第二轉(zhuǎn)向橋轉(zhuǎn)角，則四橋和五橋轉(zhuǎn)向；如果開關(guān)信號的狀態(tài)為鎖止，則ecu控制電磁換向閥ya3、ya4斷電，則不控制比例方向閥動作、不調(diào)整第二轉(zhuǎn)向橋轉(zhuǎn)角，則四橋和五橋不轉(zhuǎn)向。在實(shí)際控制中，上述步驟往往會反復(fù)執(zhí)行，即步驟6執(zhí)行完成后會返回步驟1，而步驟3中的第二轉(zhuǎn)向橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角為上次步驟6控制后的結(jié)果。

需要說明的是，應(yīng)用本發(fā)明方案的重型特種車輛的電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)可集成于車輛的電子控制單元(ecu)中，比如，通過該ecu采集第二轉(zhuǎn)向橋鎖止翹板的開關(guān)信號，判斷是否接觸后橋鎖止。本實(shí)施例中，ecu采用ttc60控制器，上述涉及的pid算法可運(yùn)行于ecu中，并可應(yīng)用codesys組態(tài)軟件開發(fā)控制算法及控制策略。另外，本發(fā)明特種車輛電液轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制方法具有較強(qiáng)的通用性，對參數(shù)合理修改后可適用于其他車型。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本說明書的描述中，上述的參考術(shù)語“本實(shí)施例”、“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容上所作的任何修改、等同替換和簡單改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。