CN102785695B - 一种双驱无转向轮车辆的转向自动化操作系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双驱无转向轮车辆的转向自动化操作系统及控制方法。解决现有技术中手动同时调节两侧驱动桥和油门带来的不方便且容易误操作的问题。系统包括左侧驱动桥、右侧驱动桥、左侧伺服系统、右侧伺服系统、控制中心和信号采集单元，左侧驱动桥和右侧驱动桥分别连接左侧伺服系统和右侧伺服系统，左侧伺服系统和右侧伺服系统连接在控制中心上。本发明的优点是设置有两套独立的驱动桥和两套伺服系统，通过控制中心自动控制两侧轮速，实现转弯，这样避免了手动调节左右两侧驱动桥还需兼顾发动机油门带来的操控不便以及误操作的问题。

Description

一种双驱无转向轮车辆的转向自动化操作系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种车辆自动控制技术，尤其是涉及一种无需手动，操作便捷的双驱无转向轮车辆的转向自动化操作系统，以及该系统的控制方法。

背景技术

一般无转向轮车的发动机的动力通过CVT后直接输入到静液驱动桥，在发动机油门一定的情况下，通过改变驱动桥的速比，从而进一步调节轮轴的输出转速/转矩。

当在车辆的左右两侧同时采用独立的静液驱动桥时，车辆的转向也可以通过两侧的转轴的差速来实现。由于两个驱动桥是完全独立的，差速具有多样性，转向的效果也是非常丰富的，可以很容易就实现汽车难以实现的“原地转向”。

然而，这种操控的灵活性也给车辆行驶的稳定性带来了负面的影响。用手动去调节两侧的驱动桥具有不便操控性和误操作性。不便操作性是因为需要左右手分别去调节两侧驱动桥，同时还要兼顾发动机的油门，所以很不方便。另外，由于左右手极难在复杂的路面/车速下按需要来实现精确调节，容易产生误操作。所以开发一款自动化系统来实现转向和速度操控时必须的。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的手动同时调节两侧驱动桥 和油门带来的不方便且容易误操作的问题，提供了一种无需手动操作，操作便捷的双驱无转向轮车辆的转向自动化操作系统。

本发明还提供了一种双驱无转向轮车辆的转向自动化控制方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种双驱无转向轮车辆的转向自动化操作系统，该双驱无转向轮车包括设置在左右两排的左侧非转向轮和右侧非转向轮，左侧非转向轮和右侧非转向轮各自通过半轴与发动机输出轴相联动，系统包括左侧驱动桥、右侧驱动桥、左侧伺服系统、右侧伺服系统、控制中心和信号采集单元，所述左右两侧非转向轮的半轴上分别连接左侧驱动桥和右侧驱动桥，左侧驱动桥和右侧驱动桥分别连接左侧伺服系统和右侧伺服系统，左侧伺服系统和右侧伺服系统连接在控制中心上，所述信号采集单元包括档位信号传感器、油门开度传感器和转向手柄角度传感器，档位信号传感器、油门开度传感器和转向手柄角度传感器分别连接在控制中心上。

双驱无转向轮具有左右两排轮，两排轮都为非转向轮，该左右两侧非转向轮各自通过联动装置相联动，联动装置分别与左右两侧车轮半轴连接。该档位信号传感器用于检测车的档位信号，油门开度传感器用于检测转向手柄上的油门转动角度，转向手柄角度传感器用于检测转向手柄转动的角度，控制中心根据信号采集器的各个信号计算出两侧轮的速度，控制中心将得到的左侧轮速度信号发送给左侧伺服系统，将右侧轮速信号发送给右侧伺服系统，左侧和右侧伺服系统根据轮速信号分别发送命令给左侧和右侧驱动桥，控制驱动桥的速比，即分别控制左侧和右侧非转向轮的速度，从而实现了转弯。本发明采用自动转弯操作系统，避免了手动调节左右两侧驱动桥还需兼顾发动机油门带来的操控不便以及误操作的问题。

一种双驱无转向轮车辆的转向自动化控制方法，采用权利要求1所述的自动化控制系统，其特征是包括以下步骤：

1）．根据转向手柄角度传感器的信息判断车辆是否进行转弯；

转向手柄角度传感器检测出转向手柄转向的角度，设定前进方向左右若干角度为非转弯角度，其他角度则为转弯角度，若检测到的角度大于非转弯角度，则控制中心判断车邻进行转弯。

2）．若为转弯，进入下一步骤，若不为转弯，则处理器发送信号给左右伺服系统，由左右伺服系统控制左、右驱动桥的转向相同；在非转弯状态，左、右两侧驱动桥的速比保持一致，且左、右两侧驱动桥的转向一致，这样保持前进或后退的行驶状态。

3）．控制中心根据油门开度传感器计算出车辆转弯前行驶速度，根据手柄角度传感器的转动角度信息计算出车辆转弯半径，然后再根据行驶速度、转弯半径和左、右两侧非转向轮之间的轮距分别计算出左侧非转向轮和右侧非转向轮的速度，并根据速度得出左右两侧驱动桥速比值；车辆发动机输出转轴转速是由发动机的油门开度控制的，而发动机的油门开度就为转向手柄上油门转动角，则转速与油门开度的关系为： ，其中为转速，为油门开度， 为比例系数。根据手柄角度传感器检测到的信息可以得到发动机输出转速，根据转速可以得到车辆行驶速度。

4）．控制中心将左侧驱动桥和右侧驱动桥的速比信息分别发送给左侧伺服系统和右侧伺服系统，左侧伺服系统和右侧伺服系统根据速比信息分别发出命令调节左侧驱动桥和右侧驱动桥的速比，实现车辆转弯；通过控制左、右侧驱动桥的速比，使得左右两侧非转动轮速度不同，通过差速实现转弯。

5）．转向手柄回正后，则进入步骤1）。

作为一种优选方案，所述控制中心内设置有车辆转弯时内侧轮速度数学公式和外侧轮速度数学公式，其中r为转弯半径，v为车辆速度，d为左右两侧轮之间的轮距，所述控制中心根据根据车辆速度、转弯半径和轮距可得到转弯时内侧轮速度和外侧轮速度。

作为一种优选方案，在所述步骤3）中还包括根据转向手柄传感器的信息判断车辆左转或右转的步骤，该步骤为：

转向手柄角度传感器检测的角度信号根据左转右转分为正负值，控制中心根据该角度正负信息直接判断车辆左转还是右转。

若判断车辆左转，则左侧非转向轮和右侧非转向轮分别根据内侧轮速度公式和外侧轮速度公式得出速度；

若判断车辆右转，则右侧非转向轮和左侧非转向轮分别根据内侧轮速度公式和外侧轮速度公式得出速度。

5.根据权利要求2所述的一种双驱无转向轮车辆的转向自动化控制方法，其特征是在所述步骤1）之前还具有根据档位信号传感器信号进行车辆状态的判断步骤，该步骤如下：

a．车辆是否处于原地转向档，若是则进入下一步骤，否则进入步骤c；

b．控制中心转向手柄角度传感器判断原地转向方向，然后发送信号给左、右伺服系统，由左、右伺服系统控制左、右侧驱动桥的速比一致且转向相反，其中若是顺时针原地转向，则控制左侧非转动轮正转，右侧非转动轮反转，若是逆时针原地转向，则控制左侧非转动轮反转，右侧非转动轮正转；

c．车辆处于前进档还是倒车档，

若是处于前进档，则控制中心发送信号给左、右侧伺服系统，由左、右侧伺服系统分别控制左、右侧驱动桥的速比一致且转向正转；

若是处于倒车档，则控制中心发送信号给左、右侧伺服系统，由左、右侧伺服系统分别控制左、右侧驱动桥的速比一致且转向反转。

因此，本发明的优点是设置有两套独立的驱动桥和两套伺服系统，通过控制中心自动控制两侧轮速，实现转弯，这样避免了手动调节左右两侧驱动桥还需兼顾发动机油门带来的操控不便以及误操作的问题。

附图说明

附图1是本发明的一种结构框架示意图；

附图2是本发明的一种控制流程示意图。

1-信号采集单元 2-控制中心 3-左侧伺服系统 4-左侧驱动桥 5-右侧伺服系统 6-右侧驱动桥 7-档位信号传感器 8-油门开度传感器 9-转向手柄角度传感器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例一种双驱无转向轮车辆的转向自动化操作系统，该双驱无转向轮车包括设置在左右两排的左侧非转向轮和右侧非转向轮，左侧非转向轮通过联动装置相联动，该联动装置与左侧车轮半轴连接；右侧非转向轮通过联动装置相联动，该联动装置与右侧车轮半轴连接。如图1所述，双驱无转向轮车辆的转向自动化操作系统包括左侧驱动桥4、右侧驱动桥6、左侧伺服系统3、右侧伺服系统5、控制中心2和信号采集单元1，左侧非转向轮的半轴连接左侧驱动桥4，右侧非转向轮的半轴连接右侧驱动桥6，左侧驱动桥和右侧驱动桥分别连接左侧伺服系统3和右侧伺服系统5，左侧伺服系统和右侧伺服系统连接在控制中心2上。信号采集单元1包括检测车所处档位的档位信号传感器7、检测转向手柄上的油门转动角度的油门开度传感器8和检测转转向手柄转向角度的转向手柄角度传感器9，档位信号传感器、油门开度传感器和转向手柄角度传感器分别连接在控制中心。

本实施例双驱无转向轮车辆具有一个控制方向的转动手柄，在转动手柄的一端握柄上设置有控制油门开度的油门装置，该转向手柄角度传感器安装在转向手柄转动联合部，油门开度传感器则安装在该油门装置上。该车辆具有原地转向档、前进档、倒车档爬坡档和停车档五个档位，当车辆处于某个档位时发送相应信号给档位信号传感器，档位信号传感器根据该信号得知车辆所处档位。

该双驱无转向轮车辆的转向自动化操作系统的控制方法如下：

如图2所示，根据先根据档位信号传感器信号进行车辆状态的判断步骤，该步骤如下：

S1．车辆是否处于原地转向档，若是则进入下一步骤，否则进入步骤S3；

S2．控制中心转向手柄角度传感器判断原地转向方向，然后发送信号给左、右伺服系统，由左、右伺服系统控制左、右侧驱动桥的速比一致且转向相反，若原地转向方向为顺时针，则控制左侧非转动轮正转，右侧非转动轮反转，若原地转向方向为原地转向，则控制左侧非转动轮反转，右侧非转动轮正转；

S3．判断车辆处于前进档还是倒车档，若是处于前进档则进入步骤4，若是处于倒车档位，则进入步骤S9；

S4．若是处于前进档，则控制中心发送信号给左、右侧伺服系统，由左、右侧伺服系统分别控制左、右侧驱动桥的速比一致且转向正转；

S5．根据转向手柄角度传感器的信息判断车辆是否进行转弯，若是则进入下一步骤，若否，则控制中心发送信号给左、右伺服系统，由左、右伺服系统控制左、右驱动桥的转向相同；

S6．再根据转向手柄角度传感器的信息判断车辆左转还是右转，若是左转则进入步骤S7，若是右转则进入步骤S8；

S7．控制中心根据行驶速度、转弯半径和左、右两侧非转向轮之间的轮距分别计算出左侧非转向轮和右侧非转向轮的速度；

控制中心内设置有车辆转弯时内侧轮速度数学公式和外侧轮速度数学公式，控制中心根据档位信号传感器7、油门开度传感器8和转向手柄角度传感器9的信息计算出车速v、车转弯半径r，左侧非转向轮根据内侧轮速度公式计算出左侧非转向轮轮速，右侧非转向轮根据外侧轮速度公式计算出右侧非转向轮轮速；

根据左侧非转向轮轮速和右侧非转向轮轮速分别得出左、右侧驱动桥速输出转轴转速，而车辆发动机输出转轴转速是由发动机的油门开度控制的，根据油门开度传感器检测到的油门开度数值，以及发动机转轴转速与油门开度的关系式得出发动机输出轴转速，这样根据速比为发动机转速与驱动桥之比的值，就可以得到左、右侧驱动桥的速比；

控制中心将左侧驱动桥和右侧驱动桥的速比信息分别发送给左侧伺服系统和右侧伺服系统，左侧伺服系统和右侧伺服系统根据速比信息分别发出命令调节左侧驱动桥和右侧驱动桥的速比，实现车辆左转弯；然后进入步骤S14；

S8．控制中心得出行驶速度、转弯半径左和左右侧轮距，左侧非转向轮根据外侧轮速度公式计算出左侧非转向轮速度，右侧非转向轮根据内侧轮速度公式计算出左侧非转向轮速度，然后再根据档位信号传感器7、油门开度传感器8和转向手柄角度传感器9的信息计算出左、右侧驱动桥速比值，计算过程同理于步骤S7中过程，不再赘述，控制中心将左侧驱动桥和右侧驱动桥的速比信息分别发送给左侧伺服系统和右侧伺服系统，左侧伺服系统和右侧伺服系统根据速比信息分别发出命令调节左侧驱动桥和右侧驱动桥的速比，实现车辆右转弯；然后进入步骤S14；

S9．若是处于倒车档，则控制中心发送信号给左、右侧伺服系统，由左、右侧伺服系统分别控制左、右侧驱动桥的速比一致且转向反转；

S10．根据转向手柄角度传感器的信息判断车辆是否进行转弯，若是则进入下一步骤，若否，则控制中心发送信号给左、右伺服系统，由左、右伺服系统控制左、右驱动桥的转向相同；

S11．再根据转向手柄角度传感器的信息判断车辆左转还是右转，若是左转则进入步骤S12，若是右转则进入步骤S13；

S12．控制中心得出行驶速度、转弯半径左和左右侧轮距，左侧非转向轮根据内侧轮速度公式计算出左侧非转向轮速度，右侧非转向轮根据外侧轮速度公式计算出左侧非转向轮速度，然后再根据档位信号传感器7、油门开度传感器8和转向手柄角度传感器9的信息计算出左、右侧驱动桥速比值，计算过程同理于步骤S7中过程，控制中心将左侧驱动桥和右侧驱动桥的速比信息分别发送给左侧伺服系统和右侧伺服系统，左侧伺服系统和右侧伺服系统根据速比信息分别发出命令调节左侧驱动桥和右侧驱动桥的速比，实现车辆左转弯；然后进入步骤S14；

S13．控制中心得出行驶速度、转弯半径左和左右侧轮距，左侧非转向轮根据外侧轮速度公式计算出左侧非转向轮速度，右侧非转向轮根据内侧轮速度公式计算出左侧非转向轮速度，然后再根据档位信号传感器7、油门开度传感器8和转向手柄角度传感器9的信息计算出左、右侧驱动桥速比值，计算过程同理于步骤S7中过程，不再赘述，控制中心将左侧驱动桥和右侧驱动桥的速比信息分别发送给左侧伺服系统和右侧伺服系统，左侧伺服系统和右侧伺服系统根据速比信息分别发出命令调节左侧驱动桥和右侧驱动桥的速比，实现车辆右转弯；

S14．车辆是否停止，若停止，则处理中心工作结束，若未停止，则进入步骤S1循环进行判断。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了左侧驱动桥、右侧驱动桥、控制中心、信号采集单元、油门开度传感器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (4)

1.一种双驱无转向轮车辆的转向自动化控制方法，采用双驱无转向轮车辆的转向自动化操作系统，该双驱无转向轮车包括设置在左右两排的左侧非转向轮和右侧非转向轮，左侧非转向轮和右侧非转向轮各自通过半轴与发动机输出轴相联动，系统包括左侧驱动桥(4)、右侧驱动桥(6)、左侧伺服系统(3)、右侧伺服系统(5)、控制中心(2)和信号采集单元(1)，所述左右两侧非转向轮的半轴上分别连接左侧驱动桥(4)和右侧驱动桥(6)，左侧驱动桥和右侧驱动桥分别连接左侧伺服系统(3)和右侧伺服系统(5)，左侧伺服系统和右侧伺服系统连接在控制中心(2)上，所述信号采集单元(1)包括档位信号传感器(7)、油门开度传感器(8)和转向手柄角度传感器(9)，档位信号传感器、油门开度传感器和转向手柄角度传感器分别连接在控制中心(2)上，其特征是包括以下步骤：

1).根据转向手柄角度传感器的信息判断车辆是否进行转弯；

2).若为转弯，进入下一步骤，若不为转弯，则控制中心发送信号给左、右伺服系统，由左、右伺服系统控制左、右驱动桥的转向相同；

3).控制中心根据油门开度传感器计算出车辆转弯前行驶速度，根据转向手柄角度传感器的转动角度信息计算出车辆转弯半径，然后再根据行驶速度、转弯半径和左、右两侧非转向轮之间的轮距分别计算出左侧非转向轮和右侧非转向轮的速度，并根据速度得出左右两侧驱动桥速比值；

4).控制中心将左侧驱动桥和右侧驱动桥的速比信息分别发送给左侧伺服系统和右侧伺服系统，左侧伺服系统和右侧伺服系统根据速比信息分别发出命令调节左侧驱动桥和右侧驱动桥的速比，实现车辆转弯；

5).转向手柄回正后，则进入步骤1)。

2.根据权利要求1所述的一种双驱无转向轮车辆的转向自动化控制方法，其特征是所述控制中心内设置有车辆转弯时内侧轮速度数学公式和外侧轮速度数学公式其中r为转弯半径，v为车辆速度，d为左右两侧轮之间的轮距，所述控制中心根据车辆速度、转弯半径和轮距可得到转弯时内侧轮速度和外侧轮速度。

3.根据权利要求2所述的一种双驱无转向轮车辆的转向自动化控制方法，其特征是在所述步骤3)中还包括根据转向手柄角度传感器的信息判断车辆左转或右转的步骤，该步骤为：

若判断车辆左转，则左侧非转向轮和右侧非转向轮分别根据内侧轮速度公式和外侧轮速度公式得出速度；

若判断车辆右转，则右侧非转向轮和左侧非转向轮分别根据内侧轮速度公式和外侧轮速度公式得出速度。

4.根据权利要求1所述的一种双驱无转向轮车辆的转向自动化控制方法，其特征是在所述步骤1)之前还具有根据档位信号传感器信号进行车辆状态的判断步骤，该步骤如下：

a.车辆是否处于原地转向档，若是则进入下一步骤，否则进入 步骤c；

b.控制中心转向手柄角度传感器判断原地转向方向，然后发送信号给左、右伺服系统，由左、右伺服系统控制左、右侧驱动桥的速比一致且转向相反，其中若是顺时针原地转向，则控制左侧非转动轮正转，右侧非转动轮反转，若是逆时针原地转向，则控制左侧非转动轮反转，右侧非转动轮正转；

c.车辆处于前进档还是倒车档，

若是处于前进档，则控制中心发送信号给左、右侧伺服系统，由左、右侧伺服系统分别控制左、右侧驱动桥的速比一致且转向正转；

若是处于倒车档，则控制中心发送信号给左、右侧伺服系统，由左、右侧伺服系统分别控制左、右侧驱动桥的速比一致且转向反转。