CN101670851B - 车辆后桥电控转向轮随动控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的车辆后桥电控转向轮随动控制方法，用于控制驱动各后桥转向轮转动的电液比例阀，包括：检测前桥转向轮的实际转角值，并计算前桥转向轮转角的变化量；判断该转角变化量是否在预设死区范围外，若是，则将用于驱动控制相应后桥转向轮的控制参量增加一预设调整参量，用于修正驱动控制信号。其核心在于，由前桥转向轮转角的变化量来判断各后桥的随动控制是否开启，并通过在原控制参量的基础上增加一预设调整参量，以修正驱动控制信号；有效解决了传统控制方法中随动控制参量较小，后桥转向轮随动启动滞后的问题。在此基础上，本发明还提供一种车辆后桥电控转向轮随动控制系统。

Description

车辆后桥电控转向轮随动控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及工程机械的自动控制领域，具体涉及车辆后桥电控转向轮随动控制方法及控制系统。

背景技术

目前，工程车辆随着承载要求的不断提高呈大型化发展的趋势。

现有的大型工程车辆底盘的转向系统具有多组前桥和多组后桥，其中，各组前桥依靠机械结构刚性连接，前桥的转向操作由驾驶者操纵方向盘直接控制；各组后桥与前桥之间无机械连接，其采用电液比例闭环控制方法来控制后桥转向轮的转向动作。

请参见图1，该图是现有车辆底盘的后桥转向轮随动转向示意图。

如图1所示，传感器10检测到前桥(第一桥)的转角并输入至PLC控制器，控制器中的计算单元根据各后桥转向轮与第一桥之间的转角关系计算得出各后桥转向轮的当前目标转角，该转角关系如下式所示：

$\mathrm{\βi}=\arctan \frac{\mathrm{Li}*\tan \mathrm{\β}1}{L},$ 式中，βi-相应后桥转向轮的当前目标转角，Li-相应后桥至瞬时转向中心之间的距离，βi-第一桥车轮的当前转角，L-第一桥至瞬时转向中心之间的距离。

控制器根据各后桥转向轮的当前目标转角和各后桥传感器(40、50、60和70)检测的各后桥转向轮实际转角比较后的结果，依某种控制参量来控制驱动各桥对应的电液比例阀，从而调节相应转向液压油路的流量和流向，驱动相应后桥转向轮的转角趋向当前目标转角。

众所周知，后桥距转向中心越近，相应的Li值越小；由

可知，在相同的第一桥车轮转角的前提下，后桥距转向中心越近，其随动转向控制的当前目标转角β(i)越小。而实际上，受控制系统本身的控制器件和执行元件的精度和性能的限制，各后桥均存在控制死区。

下面以图1所示工程车辆底盘为例进行具体分析，如，第一桥右轮转动1°时(β1＝1°)，第4、5、6和7桥分别需转动0.12°、-0.12°、-0.49°、-0.72°(β4＝0.12°、β5＝-0.12°、β6＝-0.49°、β7＝-0.72°)。显然，由于第4、5桥距转向中心较近，故，第1桥的转角由转向关系对应到第4、5桥的目标转角是急剧缩小的(β1＝1°对应β4＝0.12°、β5＝-0.12°)。若因液压阀等执行器件的动作速度和性能等原因，第4、5、6和7桥转角的控制死区为0.3°；则依据现有控制方法，第1桥车轮需分别转动了约3°、3°、0.6°和0.42°时相应的后桥转向轮才开始随动跟随转向动作，也就是说，现有控制方法存在后桥随动启动滞后的问题。特别是，第4、5桥车轮启动随动转向时，第1桥已转动了约3°；以传统的定参数PID作为随动控制策略，跟随动作启动时目标值与实际值间的差值即偏差很小(即比死区0.3°稍大)，经PID运算后获得的对应输出控制量也较小，从而导致随动启动时的动作速度较慢，后桥转向轮转角相对与第1桥车轮转角的启动滞后现象非常明显。

上述分析可知，传统的车辆底盘车轮转向随动控制方法存在后桥转向轮的随动转向启动滞后的问题，且启动后跟随速度较慢，无法确保较好的随动转向控制动作启动时的快速性，从而导致前后桥转向轮转向动作的同步性较差。

有鉴于此，亟待研制开发出一种可有效提高后桥转向轮随动跟随启动性能的车辆后桥电控转向轮随动控制方法，以确保行车效率及安全可靠性。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种车辆后桥电控转向轮随动控制方法，以有效提高后桥随动跟随启动性能。在此基础上，本发明还提供一种车辆后桥电控转向轮随动控制系统。

本发明提供的车辆后桥电控转向轮随动控制方法，用于控制驱动各后桥转向轮转动的电液比例阀，包括：

检测前桥转向轮的实际转角值，并计算前桥转向轮的转角变化量；

判断该转角变化量是否在预设死区范围内，若否，则将用于驱动控制相应后桥转向轮的控制参量增加一预设调整参量，用于修正驱动控制信号。

优选地，所述控制方法中的控制参量采用PID算法计算获得。

优选地，还包括：检测当前车速，并判断车速是否在第一预设车速范围内，若是，则选择与第一预设车速范围相对应的预设死区范围用于转角变化量的判断，以及选择与第一预设车速范围相对应的预设调整参量，用于修正驱动控制信号。

优选地，所述第一预设车速范围为小于50Km/h大于30Km/h，其对应的预设死区范围为小于0.35°。

优选地，还包括：当车速不在第一预设车速范围内时，判断车速是否在第二预设车速范围内，若是，则选择与第二预设车速范围相对应的预设死区范围用于转角变化量的判断，以及选择与第二预设车速范围相对应的预设调整参量，用于修正驱动控制信号。

优选地，所述第二预设车速范围为小于30Km/h，其对应的预设死区范围为小于0.2°。

优选地，还包括：设置一控制参数查询表，用于记录预设车速范围、预设死区范围以及预设调整参量的一一对应关系。

优选地，所述第一预设车速范围对应的预设调整参量小于所述第二预设车速范围对应的预设调整参量。

优选地，还包括：

各后桥转向轮按照修正后的驱动控制信号进行随动后，检测后桥转向轮的实际偏转角度，并计算后桥转向轮的随动偏差，此随动偏差为：所述修正后的驱动控制信号所对应的目标值与实际转角之间的差值；

判断所述后桥转向轮的随动偏差是否小于一阈值，若是，则停止后桥转向轮的随动转向动作。

本发明提供的车辆后桥电控转向轮随动控制系统，用于控制驱动各后桥转向轮转动的电液比例阀，包括：

第一检测装置，用于检测前桥转向轮的实际转角值；和

控制器，包括：

计算单元，用于根据前桥转向轮的实际转角值计算其转角变化量；

判断单元，用于判断前桥转向轮的转角变化量是否在预设死区范围内，若否，则计算单元将用于控制相应后桥转向轮的控制参量增加一预设调整参量，用于修正驱动控制信号；

存储单元，用于存储所述预设调整参量；和

输出单元，用于输出控制信号。

优选地，还包括：第二检测装置，用于检测当前车速；且所述判断单元还用于判断车速是否在第一预设车速范围内，若是，则选择与第一预设车速范围相对应的预设死区范围用于转角变化量的判断，以及选择与第一预设车速范围相对应的预设调整参量，用于修正驱动控制信号；所述存储单元还用于存储一控制参数查询表，该查询表用于记录第一预设车速范围、与该范围相对应的预设死区范围和预设调整参量。

优选地，当车速不在第一预设车速范围内时，所述判断单元还用于判断车速是否在第二预设车速范围内，若是，则选择与第二预设车速范围相对应的预设死区范围用于转角变化量的判断，以及选择与第二预设车速范围相对应的预设调整参量，用于修正驱动控制信号；

所述存储单元中存储的所述控制参数查询表，还用于记录第二预设车速范围、与该范围相对应的预设死区范围和预设调整参量。

优选地，还包括：第三检测装置，用于检测各后桥转向轮的实际偏转角度；所述计算单元还用于计算所述修正后的驱动控制信号所对应的目标值与实际转角之间的差值；所述判断单元还用于判断所述后桥转向轮的随动偏差是否小于一阈值，若是，则停止后桥转向轮的随动转向动作；所述存储单元还用于存储所述阈值。

本发明提供的车辆后桥电控转向轮随动控制方法进行了优化设计，在控制过程中，一旦检测到随动对象的转角变化超出某一预设范围，则在原PID控制参量的基础上增加一预设调整参量，以修正驱动控制信号；即，在第一桥车轮刚刚转动一定角度时，相应后桥转向轮就开始以较快的动作速度进行转向动作。与现有闭环随动控制方法相比，本发明具有下述有益效果：

首先，本发明有效解决了传统控制方法中随动控制参量较小，后桥转向轮随动启动滞后的问题。

其次，基于各桥车轮的启动滞后问题得到了有效的解决，进一步提高了各桥间动作的同步性能。

再次，提高了底盘的转向性能，可减少因转向不同步导致的轮胎磨损，进而降低了设备的维护成本。

第四，优选方案中，根据当前车速确定相应的预设调整参量。对于中高速行驶、低速行驶及高速行驶等不同工况，采取不同的控制策略。比如，车速高于50km/h时，后桥转向锁定不转向(车辆直行锁定)；车速低于50km/h时调整控制参量，且介于30km/h～50km/h的之间时的预设调整参量小于车速小于30km/h时的预设调整参量，该预设调整量随车速的增加而相应地减小。这样，使得车辆既在低速时具有良好的转向灵活性，同时又在高速时亦具有较好操纵稳定性，避免在高速时转向过程中后桥发生甩尾现象。

本发明适用于多桥轮式底盘，特别适用于大型工程机械的多桥轮式底盘。

附图说明

图1是现有车辆底盘的后桥转向轮随动转向示意图；

图2是具体实施方式中所述车辆后桥电控转向轮随动控制方法的流程框图；

图3是具体实施方式中所述车辆后桥电控转向轮随动控制系统的组成框图。

具体实施方式

本发明提供的车辆后桥电控转向轮随动控制方法，用于控制驱动各后桥转向轮转动的电液比例阀，包括：检测跟随对象的实际转角值，并计算其转角变化量；判断该转角变化量是否在预设死区范围内，若否，则将用于驱动控制相应被控对象的控制参量增加一预设调整参量，用于修正驱动控制信号；其核心在于，使各被控对象车轮随第1桥转动而跟随转动的启动条件独立于各后桥随前桥转动的转角关系，可在第1桥车轮(随动对象)刚刚转动了一定角度时就开始转向动作，显著减小了因转角关系计算使目标转角较第1桥转角明显减小而造成的启动滞后，且通过在原控制参量的基础上增加一预设调整参量，以修正驱动控制信号；有效解决了传统控制方法中随动控制参量较小，后桥转向轮随动启动滞后的问题。

需要说明的是，所述控制方法中的控制参量采用PID算法计算获得。此外，本文中所述跟随对象是指第一前桥转向轮、所述各被控对象是指各后桥转向轮。

下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

如图2所示，本实施方式所述控制方法基于当前车速的确定相应的控制策略，该方法按下述步骤进行：

100、检测当前车速。

本方案预设有两个车速范围：第一预设车速范围(小于50Km/h大于30Km/h)和第二预设车速范围(小于30Km/h)；并且设置一控制参数查询表，用于记录预设车速范围、预设死区范围以及预设调整参量的一一对应关系。本方案中，与第一预设车速范围相对应的预设死区范围为小于0.35°、预设调整参量为A₁；与第二预设车速范围相对应的预设死区范围为小于0.2°、预设调整参量为A₂。

200、判断车速是否在第一预设车速范围内，若是，则进行步骤：

301、选择与第一预设车速范围(小于50Km/h大于30Km/h)相对应的预设死区范围(小于0.35°)用于转角变化量的判断，以及选择与第一预设车速范围相对应的预设调整参量A₁，用于修正驱动控制信号。

若车速不在第一预设车速范围内时，则进行步骤：

201、判断车速是否在第二预设车速范围内，若是，则进行步骤：

302、选择与第二预设车速范围(小于30Km/h)相对应的预设死区范围(0.2°)用于转角变化量的判断，以及选择与第二预设车速范围相对应的预设调整参量A₂，用于修正驱动控制信号。

需要说明的是，第一预设车速范围(小于50Km/h大于30Km/h)对应的预设调整参量A₁小于所述第二预设车速范围(小于30Km/h)对应的预设调整参量A₂。该预设调整量随车速的增加而相应地减小，以使得车辆既在低速时具有良好的转向灵活性，在高速时亦具有较好操纵稳定性。

实际上，车速范围的界定不限于本方案中公开的两种工况，与相应车速范围对应的预设死区范围和预设调整参量完全可以根据具体工况预设。应当理解，只要应用本发明的核心思想解决后轮随动启动滞后的问题，均在本申请请求保护的范围内。

若车速不是第二预设车速范围内，则后桥锁定不转动。

400、检测跟随对象的实际转角值，并其转角变化量。

500、判断跟随对象的转角变化量是否在预设死区范围内，若否，则进行步骤600。

600、将用于驱动控制相应被控对象的控制参量增加相应的预设调整参量，用于修正驱动控制信号。

若跟随对象的转角变化量不在预设死区范围内，则返回进行步骤100。

700、各被控对象(后桥转向轮)按照修正后的驱动控制信号进行随动后，检测被控对象的实际偏转角度，并计算被控对象的随动偏差，此随动偏差为：所述修正后的驱动控制信号所表征的目标值与实际偏转角度之间的差值。

800、判断所述被控对象的随动偏差是否小于一阈值，若是，则进行步骤：

900、停止被控对象的随动转向动作。

需要说明的是，该阈值即为相应的预设死区范围的最大值，应当理解，基于不同的系统结构中控制器件和执行元件的精度、性能，前述预设死区范围的最大值将会有相应的区别。

若被控对象的随动偏差不小于该阈值，则结束控制。

在前述控制方法的基础上，本实施方式还提供一种车辆后桥电控转向轮随动控制系统。请参见图3，该图是所述系统的组成框图。

如图3所示，本发明提供的车辆后桥电控转向轮随动控制系统，用于控制驱动各被控对象(后桥转向轮)转动的电液比例阀，包括第一检测装置、第二检测装置和第三检测装置和控制器；其中，第一检测装置具体采用角度传感器，用于检测跟随对象的实际转角值。控制器包括计算单元、判断单元、存储单元和输出单元。其中，计算单元用于根据跟随对象的实际转角值计算其转角变化量，判断单元用于判断该转角变化量是否在预设死区范围内，若否，则计算单元将用于控制相应被控对象的控制参量增加一预设调整参量，用于修正驱动控制信号；存储单元用于存储所述预设调整参量；输出单元用于输出控制信号。

第二检测装置具体采用速度传感器，用于检测当前车速；且所述判断单元还用于判断车速是否在第一预设车速范围内，若是，则选择与第一预设车速范围相对应的预设死区范围用于转角变化量的判断，以及选择与第一预设车速范围相对应的预设调整参量，用于修正驱动控制信号；所述存储单元还用于存储一控制参数查询表，该查询表用于记录第一预设车速范围、与该范围相对应的预设死区范围和预设调整参量。

当车速不在第一预设车速范围内时，所述判断单元还用于判断车速是否在第二预设车速范围内，若是，则选择与第二预设车速范围相对应的预设死区范围用于转角变化量的判断，以及选择与第二预设车速范围相对应的预设调整参量，用于修正驱动控制信号；所述存储单元中存储的所述控制参数查询表，还用于记录第二预设车速范围、与该范围相对应的预设死区范围和预设调整参量。

第三检测装置具体采用角度传感器，用于检测各被控对象的实际偏转角度；所述计算单元还用于计算所述修正后的驱动控制信号所对应的目标值与实际转角之间的差值；所述判断单元还用于判断所述被控对象的随动偏差是否小于一阈值，若是，则停止被控对象的随动转向动作；所述存储单元还用于存储所述阈值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.车辆后桥电控转向轮随动控制方法，用于控制驱动各后桥转向轮转动的电液比例阀，其特征在于，包括：

检测前桥转向轮的实际转角值，并计算前桥转向轮的转角变化量；

判断该转角变化量是否在预设死区范围内，若否，则将用于驱动控制相应后桥转向轮的控制参量增加一预设调整参量，用于修正驱动控制信号。

2.根据权利要求1所述的车辆后桥电控转向轮随动控制方法，其特征在于，所述控制方法中的控制参量采用PID算法计算获得。

3.根据权利要求1所述的车辆后桥电控转向轮随动控制方法，其特征在于，还包括：

检测当前车速，并判断车速是否在第一预设车速范围内，若是，则选择与第一预设车速范围相对应的预设死区范围用于转角变化量的判断，以及选择与第一预设车速范围相对应的预设调整参量，用于修正驱动控制信号。

4.根据权利要求3所述的车辆后桥电控转向轮随动控制方法，其特征在于，所述第一预设车速范围为小于50Km/h大于30Km/h，其对应的预设死区范围为小于0.35°。

5.根据权利要求3所述的车辆后桥电控转向轮随动控制方法，其特征在于，还包括：

当车速不在第一预设车速范围内时，判断车速是否在第二预设车速范围内，若是，则选择与第二预设车速范围相对应的预设死区范围用于转角变化量的判断，以及选择与第二预设车速范围相对应的预设调整参量，用于修正驱动控制信号。

6.根据权利要求5所述的车辆后桥电控转向轮随动控制方法，其特征在于，所述第二预设车速范围为小于30Km/h，其对应的预设死区范围为小于0.2°。

7.根据权利要求3或4所述的车辆后桥电控转向轮随动控制方法，其特征在于，还包括：

设置一控制参数查询表，用于记录预设车速范围、预设死区范围以及预设调整参量的一一对应关系。

8.根据权利要求4所述的车辆后桥电控转向轮随动控制方法，其特征在于，所述第一预设车速范围对应的预设调整参量小于所述第二预设车速范围对应的预设调整参量。

9.根据权利要求1所述的车辆后桥电控转向轮随动控制方法，其特征在于，还包括：

各后桥转向轮按照修正后的驱动控制信号进行随动后，检测后桥转向轮的实际偏转角度，并计算后桥转向轮的随动偏差，此随动偏差为：所述修正后的驱动控制信号所对应的目标值与实际转角之间的差值；

判断所述后桥转向轮的随动偏差是否小于一阈值，若是，则停止后桥转向轮的随动转向动作。

10.车辆后桥电控转向轮随动控制系统，用于控制驱动各后桥转向轮转动的电液比例阀，其特征在于，包括：

第一检测装置，用于检测前桥转向轮的实际转角值；和

控制器，包括：

计算单元，用于根据前桥转向轮的实际转角值计算其转角变化量；

判断单元，用于判断该转角变化量是否在预设死区范围内，若否，则计算单元将用于控制相应后桥转向轮的控制参量增加一预设调整参量，用于修正驱动控制信号；

存储单元，用于存储所述预设调整参量；和

输出单元，用于输出控制信号。

11.根据权利要求10所述的车辆后桥电控转向轮随动控制系统，其特征在于，还包括：

第二检测装置，用于检测当前车速；且

所述判断单元还用于判断车速是否在第一预设车速范围内，若是，则选择与第一预设车速范围相对应的预设死区范围用于转角变化量的判断，以及选择与第一预设车速范围相对应的预设调整参量，用于修正驱动控制信号；

所述存储单元还用于存储一控制参数查询表，该查询表用于记录第一预设车速范围、与该范围相对应的预设死区范围和预设调整参量。

12.根据权利要求11所述的车辆后桥电控转向轮随动控制系统，其特征在于，当车速不在第一预设车速范围内时，所述判断单元还用于判断车速是否在第二预设车速范围内，若是，则选择与第二预设车速范围相对应的预设死区范围用于转角变化量的判断，以及选择与第二预设车速范围相对应的预设调整参量，用于修正驱动控制信号；

所述存储单元中存储的所述控制参数查询表，还用于记录第二预设车速范围、与该范围相对应的预设死区范围和预设调整参量。

13.根据权利要求10、11或12所述的车辆后桥电控转向轮随动控制系统，其特征在于，还包括：

第三检测装置，用于检测各后桥转向轮的实际偏转角度；

所述计算单元还用于计算所述修正后的驱动控制信号所对应的目标值与实际转角之间的差值；

所述判断单元还用于判断所述后桥转向轮的随动偏差是否小于一阈值，若是，则停止后桥转向轮的随动转向动作；

所述存储单元还用于存储所述阈值。

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