CN102514619B - 多轴车辆全轮转向控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种多轴车辆全轮转向控制方法,适用于对其前轴采用机械拉杆式转向,对其后轴采用电控转向的多轴车辆,多轴车辆包括ECU、若干角度传感器以及若干电控转向执行机构,所述方法包括以下步骤:通过角度传感器感测一根前轴的一侧轮的转角,并发送给ECU;通过ECU计算所有前轴的两侧轮转角的算术平均值的平均值;通过ECU驱动各电控转向执行机构推动各后轴转向,并使各后轴两侧轮转角算术平均值等于所有前轴的两侧轮转角算术平均值的平均值。本发明还提出一种多轴车辆全轮转向控制系统。采用这种多轴车辆全轮转向控制方法及控制系统,可明显减轻多轴车辆轮胎磨损,同时多轴车辆的提高机动性,改善车辆受力,增加了车辆的稳定性。
Description
技术领域
本发明是关于车辆转向控制领域,且特别是关于一种多轴车辆全轮转向控制方法及控制系统。
背景技术
大型运输车辆和某些特种车辆,例如全地面起重机,为了提高承载能力,采用多轴布置。多轴车辆中主要的轮胎磨损来自车辆转向时轮胎和地面之间的滑动摩擦。为减少多轴车辆的轮胎磨损,同时改善其操纵性能,多轴车辆转向一般采用全轮转向技术,其原理是使各转向轮在转向过程中沿半径不同的同心圆轨迹滚动,避免轮胎与地面之间发生滑动摩擦。显然这是一种理想的转向状态,只有在车辆的所有转向轮的轴线都相交于一点方能实现。目前能够实现的全轮转向技术,是使所有转向轴上的转向轮能够转向同一方向并在一定条件下行驶,即蟹行模式(crab)。蟹行模式可以在一定程度上减轻轮胎磨损,并且在车辆在空间狭小的场地转场时,蟹行转向模式就能够发挥优势。
目前,国内制造的全地面起重机较常采用的蟹行模式实现方式是将多根转向轴分为“前轴”和“后轴”两组。对前轴采用机械拉杆式转向,对后轴采用电控转向机构,控制后轴电控转向角度与前轴的第一轴车轮转角相同,从而进行蟹行。以某八轴全地面起重机为例,请参照图1所示,对前四根轴(第一轴91、第二轴92、第三轴93和第四轴94)采用机械拉杆转向,对后四轴(第五轴95、第六轴96、第七轴97和第八轴98)采用电控转向。即,前四根轴在方向盘的操纵下转向,由机械拉杆转向自身的性质以及阿克曼原理可以确定,在同一时刻,前轴的第二轴92、第三轴93和第四轴94的左右车轮转角均依次小于第一轴91的左右车轮转角。同时平均转角也同理,在同一时刻,前轴的第二轴92、第三轴93和第四轴94的平均转角均依次小于第一轴91的平均转角,即
在第一轴91的右轮侧设有角度传感器81,由角度传感器81实时感测第一轴91的右轮转角θ1r,并将该θ1r发送给车辆的电子控制单元(ECU,Electronic Control Unit),由ECU控制电控转向执行机构,促使后四轴(第五轴95、第六轴96、第七轴97和第八轴98)转向,并且使后四轴的右轮转角θjr(j取5、6、7、8)与第一轴右侧车轮转角θ1r相同,即θjr=θ1r(j取5、6、7、8)。在后四轴(第五轴95、第六轴96、第七轴97和第八轴98)的右轮侧分别设有角度传感器85、86、87、88,由角度传感器85、86、87、88实时感测第五轴95、第六轴96、第七轴97和第八轴98的右轮转角θjr(j取5、6、7、8),并将θjr(j取5、6、7、8)发送给ECU,由ECU将θjr(j取5、6、7、8)与θ1r进行比较,以确定电控转向执行机构的下一步动作。
采用这种蟹行模式,能够在一定程度上减轻轮胎磨损,但是仍然不够理想。这是由于,对于整个车辆来说,考察同一时刻所有车轮的滚动方向与车辆移动方向夹角中的最大值θmax1,此值越大,代表车轮滚动方向与车辆移动方向一致程度越低,这种运动不一致就会引起异常磨胎。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种多轴车辆全轮转向控制方法,可以有效防止多轴车辆的轮胎磨损,并且提高车辆的稳定性。
本发明的另一目的是提供一种多轴车辆全轮转向控制系统,可以有效防止多轴车辆的轮胎磨损,并且提高车辆的稳定性
本发明提供一种多轴车辆全轮转向控制方法,适用于对其前轴采用机械拉杆式转向,对其后轴采用电控转向的多轴车辆,所述多轴车辆包括ECU、若干角度传感器以及若干电控转向执行机构,所述方法包括以下步骤:通过所述角度传感器感测一根所述前轴的一侧轮的转角,并发送给所述ECU;通过所述ECU计算所有所述前轴的两侧轮转角的算术平均值的平均值;通过所述ECU驱动各所述电控转向执行机构推动各所述后轴转向,并使各所述后轴两侧轮转角算术平均值等于所有所述前轴的两侧轮转角算术平均值的平均值。
在本发明的一个实施例中,前述的通过所述角度传感器感测一根所述前轴的一侧轮的转角的步骤,感测的是所述前轴的第一轴的右轮的转角;所有所述前轴的两侧轮转角算术平均值的平均值为加权平均值。
在本发明的一个实施例中,前述的通过所述ECU计算所有所述前轴的两侧轮转角算术平均值的加权平均值的步骤包括:通过所述ECU根据所述角度传感器发送的一根所述前轴的转角计算所有前轴的两侧轮转角算术平均值;通过所述ECU根据所有前轴的两侧轮转角算术平均值计算其加权平均值。
在本发明的一个实施例中,前述的通过ECU驱动各所述电控转向执行机构推动各所述后轴转向,并使各所述后轴的转角等于所有所述前轴的两侧轮转角算术平均值的加权平均值的步骤包括:通过所述ECU得到与所有所述前轴的两侧轮转角算术平均值的加权平均值相等的各后轴两侧轮转角算术平均值;通过所述ECU根据各后轴两侧轮转角算术平均值结合各后轴的转向梯形计算各后轴的左车轮转角或者右车轮转角的计算值;通过所述ECU根据各后轴的左车轮转角或者右车轮转角的计算值,驱动各所述电控转向执行机构推动各所述后轴的左车轮或者右车轮转向。
在本发明的一个实施例中,前述的通过所述ECU驱动各所述电控转向执行机构推动各所述后轴转向,并使各所述后轴的转角算术平均值等于所有所述前轴的两侧轮转角算术平均值的加权平均值的步骤还包括:通过若干所述角度传感器分别感测各所述后轴由所述电控转向执行机构推动的一侧轮的转角,并将测量值发送给所述ECU;通过所述ECU比较若干所述角度传感器发送的各所述后轴由所述电控转向执行机构推动的一侧轮的转角所述测量值与所述计算值是否相同。
在本发明的一个实施例中,前述的通过所述ECU驱动各所述电控转向执行机构推动各所述后轴转向,并使各所述后轴的转角算术平均值等于所有所述前轴的两侧轮转角算术平均值的加权平均值的步骤还包括:如果所述测量值与所述计算值相同,则驱动相应的所述电控转向执行机构保持现在的角度;如果所述测量值小于所述计算值,则通过所述ECU继续驱动相应的所述电控转向执行机构转动相应的后轴该侧轮。
在本发明的一个实施例中,前述的加权平均值根据下述公式计算:其中为第i根所述前轴等效至车辆纵向中心线处的车轮转角,即第i根所述前轴左右车轮转角的算术平均值,ai为设定的权重系数,所述权重系数根据应用本发明多轴车辆全轮转向控制方法的多轴车辆的参数确定,n为所述前轴的轴数;
在本发明的一个实施例中,在前述的ECU中对各所述后轴预先设定了关于所述前轴车轮转角加权平均值的转角函数关系,即所述函数为线性函数或者其它函数,其中θjr是第j根所述后轴的右轮转角。
本发明还提供一种多轴车辆全轮转向控制系统,适用于对其前轴采用机械拉杆式转向,对其后轴采用电控转向的多轴车辆,所述多轴车辆全轮转向控制系统包括包括ECU、若干角度传感器以及若干电控转向执行机构,所述角度传感器设置在一根所述前轴的一侧轮处,并可感测其转角,并可将感测到的转角发送给所述ECU;所述ECU设置成可根据所述角度传感器感测到的转角计算所有所述前轴的两侧轮转角算术平均值的加权平均值,并可驱动各所述电控转向执行机构推动各所述后轴转向,并使各所述后轴的转角算术平均值等于所有所述前轴的两侧轮转角算术平均值的加权平均值。
在本发明的一个实施例中,前述的多轴车辆全轮转向控制系统还包括分别设置在各所述后轴的一侧轮的若干角度传感器,所述若干角度传感器设置成可分别感测各所述后轴的一侧轮的转角,并可将感测到的转角测量值发送给所述ECU。
本发明的有益效果是,采用本发明多轴车辆全轮转向控制方法及控制系统的多轴车辆在蟹行时,后轴车轮转角与前轴各轴两侧轮转角平均值的平均值保持一致。对于整个车辆来说,同一时刻所有车轮的滚动方向与车辆移动方向的夹角最大值较小,相比现有技术,此值可减小50%,代表车轮滚动方向与车辆移动方向一致程度较高。因此,本发明多轴车辆全轮转向控制方法可明显减轻轮胎磨损,同时提高机动性,改善车辆受力,增加了车辆的稳定性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1是采用现有的转向控制方法及控制系统的八轴全地面起重机的转向示意图。
图2是采用本发明多轴车辆全轮转向控制方法及控制系统的较佳实施例的八轴全地面起重机实例的转向示意图。
图3是本发明多轴车辆全轮转向控制系统的较佳实施例的模块示意图。
图4是本发明多轴车辆全轮转向控制方法的较佳实施例的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的多轴车辆全轮转向控制方法及控制系统的具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如下:
有关本发明的前述及其它技术内容、特点及功效,在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明,当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解,然而所附图式仅是提供参考与说明之用,并非用来对本发明加以限制。
本发明实施例的多轴车辆全轮转向控制方法及控制系统适用于多轴车辆,特别适用于对其前轴采用机械拉杆式转向,对其后轴采用电控转向的多轴车辆。在本实施例中,以八轴全地面起重机为例,请一并参照图2和图3所示,该八轴全地面起重机的八根轴,即第一轴11、第二轴12、第三轴13、第四轴14、第五轴15、第六轴16、第七轴17和第八轴18分成前后两组。对前四根轴(第一轴11、第二轴12、第三轴13和第四轴14)采用机械拉杆转向,对后四轴(第五轴15、第六轴16、第七轴17和第八轴18)采用电控转向。
本发明多轴车辆全轮转向控制系统包括设置在前轴的一个车轮上的角度传感器21,设置在各后轴上的角度传感器25、26、27、28,电子控制单元3(ECU,Electronic Control Unit),以及设置在各后轴上的电控转向执行机构45、46、47、48。
在本实施例中,角度传感器21设置在第一轴11的右轮侧,角度传感器21可实时感测第一轴11的右轮转角θ1r,并将该θ1r发送给起重机的ECU 3。角度传感器25、26、27、28分别设置在后四根轴(第五轴15、第六轴16、第七轴17和第八轴18)的右轮侧,角度传感器25、26、27、28可实时感测第五轴15、第六轴16、第七轴17和第八轴18的右轮转角θjr(j取5、6、7、8),并将θjr(j取5、6、7、8)发送给ECU 3。并且电控转向执行机构45、46、47、48分别设置在后四根轴(第五轴15、第六轴16、第七轴17和第八轴18)上,电控转向执行机构45、46、47、48可分别控制第五轴15、第六轴16、第七轴17和第八轴18的转向角度。
请参照图4所示,本发明实施例的多轴车辆全轮转向控制方法包括以下步骤:
步骤S1,由角度传感器21感测第一轴11的右轮转角θ1r,并将该θ1r发送给ECU 3。
(i取1、2、3、4)为等效至车辆纵向中心线处的车轮转角,即单轴左右车轮转角的算术平均值,则其中θil和θir分别是单轴左、右车轮转角。θil和θir表示的机械拉杆转向部分,即前四根轴的同轴车轮和同侧车轮满足阿克曼原理,并以此得出
以下简述阿克曼原理。在一般转向条件下,每个车轮的转向半径是不同的。因此,同一转向轴上的左右两个转向车轮转角,即外侧车轮的偏转角αi(θil和θir中的一个)和内侧车轮的偏转角βi(θil和θir中的另一个,可根据实际情况确定)之间应满足式(1)即阿克曼公式。
式中αi表示汽车第i轴外轮转角,βi表示汽车第i轴内轮转角,i取自然数;B表示左、右车轮分别绕车桥旋转的轴线(主销)与地面的两个交点之间的距离,Li表示第i轴到转向中心线的距离。另外,不同转向轴的同一侧车轮的转角关系应满足式(2)和式(3)。
Licot(αi)=Ljcot(αj) (2)
Licot(βi)=Ljcot(βj) (3)
式中αi和αj分别表示汽车第i、j轴外侧轮转角,βi和βj分别表示汽车第i、j轴内侧轮转角,i、j为自然数,Li和Lj表示汽车第i、j轴到转向中心线的距离。
步骤S3,由ECU 3根据计算出的前四根轴(第一轴11、第二轴12、第三轴13和第四轴14)的左右车轮转角的算术平均值(i取1、2、3、4)计算前四根轴(i取1、2、3、4)的加权平均值,即其中a、b、c、d为设定的权重系数。
上述权重系数的确定需要根据具体应用本发明多轴车辆全轮转向控制方法的多轴车辆的参数进行确定,普遍运用试验方法得到。该权重系数与整车质量分布、整车重心位置、车辆轴距布置、车辆行驶速度、轮胎特性和悬架特性等有关。
步骤S4,由ECU 3根据计算出的前四根轴(第一轴11、第二轴12、第三轴13和第四轴14)的左右车轮转角的算术平均值(i取1、2、3、4)的加权平均值,即得到后四根轴(第五轴15、第六轴16、第七轴17和第八轴18)的左右车轮转角的算术平均值(j取5、6、7、8)。
步骤S5,由ECU 3得到的后四根轴(第五轴15、第六轴16、第七轴17和第八轴18)的左右车轮转角算术平均值(j取5、6、7、8)结合各后轴的转向梯形计算后四根轴的左右车轮转角θjl和θjr(j取5、6、7、8)的计算值。
在ECU 3中对每根后轴预先设定了不同的关于前轴车轮转角加权平均值即(j取5、6、7、8)的转角函数关系,即(j取5、6、7、8),此函数优选为线性函数,也可为其它形式的函数,目的是保证各后轴的平均转角(j取5、6、7、8)相等且等于所有前轴左右车轮转角的算术平均值(i取1、2、3、4)的加权平均值。
步骤S6,由ECU 3根据其计算出的后四根轴的左右车轮转角θjl和θjr(j取5、6、7、8)的计算值分别驱动电控转向执行机构45、46、47、48,从而分别控制后轴中的第五轴15、第六轴16、第七轴17和第八轴18的右轮转动θjr(j取5、6、7、8)角度。
步骤S7,由角度传感器25、26、27、28分别感测第五轴15、第六轴16、第七轴17和第八轴18的右轮转角θjr(j取5、6、7、8),并将θjr(j取5、6、7、8)的测量值发送给ECU 3。
步骤S8,由ECU 3对接收到的第五轴15、第六轴16、第七轴17和第八轴18的右轮转角θjr(j取5、6、7、8)的测量值与步骤S5得到的第五轴15、第六轴16、第七轴17和第八轴18的右轮转角θjr(j取5、6、7、8)的计算值作比较。如果该测量值与该计算值相同,则驱动相应的电控转向执行机构保持现在的角度;如果该测量值小于该计算值,则回到步骤S6,继续驱动相应的电控转向执行机构转动相应的后轴右轮。
这样,采用本发明多轴车辆全轮转向控制方法及控制系统的较佳实施例的八轴全地面起重机在蟹行时,后轴车轮转角与前轴各轴两侧轮转角算术平均值的平均值保持一致。对于整个车辆来说,同一时刻所有车轮的滚动方向n2与车辆移动方向m2的夹角最大值θmax2较小,相比现有技术,此值可减小50%,代表车轮滚动方向与车辆移动方向一致程度较高。因此,本发明多轴车辆全轮转向控制方法可明显减轻轮胎磨损,同时提高机动性,改善车辆受力,增加了车辆的稳定性。
在本实施例的步骤S1中,是通过角度传感器21感测第一轴11的右轮转角θ1r,再将θ1r发送给ECU 3,由ECU 3来计算前四根轴(第一轴11、第二轴12、第三轴13和第四轴14)的左右车轮转角的算术平均值(i取1、2、3、4)。但是在本发明的其它实施例中,也可以是由角度传感器21感测前轴中的任意一根轴的任意一侧轮的转角,同样可以由阿克曼原理计算出前轴的转角的算术平均值
在本实施例的步骤S3中,是由ECU 3根据计算出的前四根轴(第一轴11、第二轴12、第三轴13和第四轴14)的左右车轮转角的算术平均值(i取1、2、3、4)计算前四根轴(i取1、2、3、4)的加权平均值,即其中a、b、c、d为设定的权重系数。但是在本发明的其它实施例中,也可以是由ECU 3根据前四根轴的左右车轮转角的算术平均值(i取1、2、3、4)计算前四根轴(i取1、2、3、4)的其它平均值,例如几何平均值、平方平均值等。
可以理解,本发明多轴车辆全轮转向控制方法及控制系统也可以应用于其它多轴车辆,不限定车辆轴数,例如6轴、9轴、10轴车辆均可,并且不限定多轴车辆的前后轴数分配。只要是前轴采用机械拉杆式转向,后轴采用电控转向的多轴车辆,即可采用本发明多轴车辆全轮转向控制方法及控制系统。在这种情况下,前轴的左右车轮转角的算术平均值的加权平均值根据下述公式计算:
其中为第i根前轴等效至车辆纵向中心线处的车轮转角,即第i根前轴左右车轮转角的算术平均值,ai为设定的权重系数,权重系数根据应用本发明多轴车辆全轮转向控制方法的多轴车辆的参数确定,n为前轴的轴数;使各后轴两侧轮转角算术平均值等于所有前轴的两侧轮转角算术平均值的加权平均值,即其中是第j根后轴左右车轮转角的算术平均值。在ECU 3中对各后轴预先设定了关于前轴车轮转角加权平均值的转角函数关系,即该函数为线性函数或者其它函数,其中θjr是第j根后轴的右轮转角。
以上所述,仅是本发明的实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种多轴车辆全轮转向控制方法,适用于对其前轴采用机械拉杆式转向,对其后轴采用电控转向的多轴车辆,所述多轴车辆包括ECU、若干角度传感器以及若干电控转向执行机构,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
通过所述角度传感器感测一根所述前轴的一侧车轮的转角,并发送给所述ECU;
通过所述ECU根据所述角度传感器发送的一根所述前轴的一侧车轮的转角计算各前轴的两侧车轮转角的算术平均值;
通过所述ECU根据所有前轴的两侧车轮转角的算术平均值计算出加权平均值;所述加权平均值根据下述公式计算:
其中为第i根所述前轴等效至车辆纵向中心线处的车轮转角,即第i根所述前轴左右车轮转角的算术平均值,ai为设定的权重系数,所述权重系数根据应用本发明多轴车辆全轮转向控制方法的多轴车辆的参数确定,n为所述前轴的轴数;
通过所述ECU得到与所有所述前轴的两侧车轮转角的算术平均值的加权平均值相等的各后轴两侧车轮转角的算术平均值,使各所述后轴两侧车轮转角算术平均值等于所有所述前轴的两侧车轮转角的算术平均值的加权平均值,即:
其中是第j根所述后轴左右车轮转角的算术平均值;
通过所述ECU根据各后轴两侧车轮转角的算术平均值结合各后轴的转向梯形计算各后轴的左车轮转角或者右车轮转角的计算值;
通过所述ECU根据各后轴的左车轮转角或者右车轮转角的计算值,驱动各所述电控转向执行机构推动各所述后轴的左车轮或者右车轮转向。
2.根据权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法,其特征是:通过所述角度传感器感测一根所述前轴的一侧车轮的转角的步骤,感测的是所述前轴的第一轴的右轮的转角。
3.根据权利要求1所述的多轴车辆全轮转向控制方法,其特征是:所述方法还包括:
通过各所述角度传感器分别感测各所述后轴由所述电控转向执行机构推动的一侧车轮的转角,并将测量值发送给所述ECU;
通过所述ECU比较各所述角度传感器发送的各所述后轴由所述电控转向执行机构推动的一侧车轮的转角的所述测量值与所述计算值是否相同。
4.根据权利要求3所述的多轴车辆全轮转向控制方法,其特征是:所述方法还包括:
如果所述测量值与所述计算值相同,则驱动相应的所述电控转向执行机构保持现在的角度;如果所述测量值小于所述计算值,则通过所述ECU继续驱动相应的所述电控转向执行机构转动相应的后轴的该侧车轮。
6.一种多轴车辆全轮转向控制系统,适用于对其前轴采用机械拉杆式转向,对其后轴采用电控转向的多轴车辆,其特征在于,所述多轴车辆全轮转向控制系统包括ECU、若干角度传感器以及若干电控转向执行机构,所述多轴车辆全轮转向控制系统用于执行如权利要求1至5任一项所述的多轴车辆全轮转向控制方法。
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Denomination of invention: Control method and system for all wheel steering of multi axle vehicles Effective date of registration: 20231122 Granted publication date: 20140409 Pledgee: ZOOMLION Group Finance Co.,Ltd. Pledgor: ZOOMLION HEAVY INDUSTRY SCIENCE&TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980066999 |