CN103287402A

CN103287402A - 一种车辆调平控制方法

Info

Publication number: CN103287402A
Application number: CN2013102546364A
Authority: CN
Inventors: 任条娟; 蒋燕君; 许森
Original assignee: Zhejiang Shuren University
Current assignee: Zhejiang Shuren University
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明公开了一种车辆调平控制方法。自动调平控制系统安装在车辆上，通过对电动千斤顶的升降调节，实现车辆的自动或手动调平。当遥控单元的自动调平按键按下后，控制系统进入自动调平程序，微处理器发出信号传给驱动单元，驱动电机使四个支架着地，利用双轴式倾角传感器检测到的当前车辆所处倾斜状况相关数据，与事先标定的平衡状态角度值作比较，如果水平误差超出允许范围时，根据四个电动千斤顶的行程大小，微处理器将按照一定的调平方法产生控制信号，使各千斤顶作升降运动，从而带动车辆倾斜角度向相反方向改变，最终实现车辆调平。本发明复杂度低，易实现，调平精度高，工作稳定，性能可靠，硬件资源要求低，降低产品成本，有利于推广应用。

Description

一种车辆调平控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制方法，具体地说是一种用于车辆调平的低复杂度的控制方法。

背景技术

2000年以来，我国经济发展迅速，人们对生活质量和社会保障的要求快速提高，车辆控制相关技术的研发也日益受到科技工作者的重视。自动调平作为车辆的一项重要控制技术，已引起了汽车电子研发机构的广泛关注。现有的车辆自动调平系统大多采用多传感器来采集车辆的各种状态信息，借助高性能的微处理器，利用复杂的控制算法来实现车辆的自动调平。这种控制技术相对来说，已实现车辆倾斜程度、各千斤顶支撑情况、电机驱动电流、千斤顶行程大小等实时信息的精确采集，具有调平精度较高、调平速度较快、车辆状态明析等特点，但其居高不下的成本制约了这种控制技术的进一步推广和应用。经研究发现，其高昂的成本主要体现在以下方面，一是为了精确采集各千斤顶支撑力的大小，在每个千斤顶合适位置安装了压力传感部件；二是采用四个直线位移传感器来实现各千斤顶行程大小的精确采集；三是利用霍尔电流传感器来收集各电机驱动电流的大小；四是由于处理信息繁多，控制算法复杂，只能采用高档高性能的微处理器来进行控制。这种基于多传感器多信息处理的复杂控制算法的自动调平系统，很难解决高调平精度与低生产成本之间的矛盾。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种车辆调平控制方法，针对车辆自动调平系统低成本低复杂度的要求，采用取样电阻替代霍尔电流传感器对当前电机驱动电流进行采集，通过电机驱动电流直接判断千斤顶支撑情况，避免使用压力传感器，采用上下限位开关替代直线位移传感器对千斤顶极限行程状况进行采集，采用高变速比策略使驱动千斤顶升降的直流电机毋需调速，采用中低档单片微处理器替代高档高性能微处理器，同时车辆仍可达x、y双轴水平倾角均在0.035⁰以内的高调平精度。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：

本发明的一种车辆调平控制方法，将调平系统安装在车辆上，该调平系统包括遥控单元、操控单元、主控单元、驱动单元、四个电动千斤顶及四个支架；利用事先固化在主控单元微处理器上的控制程序，通过对四个电动千斤顶的升降调节，实现车辆的自动或手动调平；该方法的步骤如下：

1）当遥控单元的自动调平按键按下，控制器接收到调平指令后，由微处理器发送相应控制信号，传递给驱动单元，驱动直流电机，使支架1、2、3、4依次着地，该过程同一时刻只有一个电机处于工作状态，采用取样电阻采集当前电机驱动电流来判断千斤顶是否着地，若当前电机电流在2~3A之间时，对应千斤顶处于空载，即未着地的升降过程，若当前电机电流在20~30A之间时，对应千斤顶处于负载，即着地的升降过程，若当前电机电流在40~50A之间时，则认为该电机处于堵转状态，若当前电机电流超过60A时，则认为该电机处于过流状态，通过电机驱动电流大小可判定千斤顶支撑情况，从而毋需使用压力传感器；

2）根据安装在四个千斤顶上的上限位开关状态，判断是否有一个千斤顶达到最大行程，若没有，则接收双轴式倾角传感器检测出的当前车辆所处倾斜状况相应x、y轴水平倾角θ _x、θ _y，与事先标定的车辆平衡状态双轴倾角值θ _xo、θ _yo作比较，确定位置最低的支架，转第3）步骤；若有，则判断当前车辆是否处于水平状态，转第4）步骤；

3）以支架1位置最低为例，通过相应千斤顶与车辆底盘相接触点的水平面为基准面，计算出相邻千斤顶2和4超出基准面的垂直高度分别为l ₂=l _x*tanθ _x、l ₄=l _y*tanθ _y，依次启动支架2和4对应电机，减少其行程，为使机械装置动作到位，延时500ms，直到千斤顶2和4分别下降垂直高度l ₂和l ₄；若千斤顶2和4无法下降对应高度，即根据其对应千斤顶的下限位开关状态，判断出千斤顶2和4中至少有1个在动作到位前已达到最小行程，则依次启动四个千斤顶，以增加其行程，转第2）步骤；若千斤顶2和4已动作到位，则启动支架3对应电机，逐步减少其行程，每减少一次行程，延时500ms，并通过对电机电流大小的判断，使其恰好处于有效支撑与虚撑的临界位置，而其余3个支架均处于有效支撑状态，转第4）步骤；若千斤顶3无法下降到有效支撑与虚撑的临界位置，也即千斤顶3在动作到位前已达到最小行程，则依次启动四个千斤顶，以增加其行程，转第2）步骤；

4）采集倾角传感器检测到的当前水平倾角值，确定车辆调平精度是否符合要求，也即判断车辆当前是否处于水平状态，若是则调平过程结束，并显示车辆已调平的信息，若不是则再次比较倾角测量值与水平标定值，确定位置最低的支架，判断该支架对应千斤顶是否达到最大行程，如果不是则转第3）步骤；如果位置最低的支架对应千斤顶已达到最大行程，则再次判断当前车辆是否处于水平状态，若是则调平过程结束，并显示车辆已调平的信息，若不是则调平结束，并显示由于车辆所处地面状况恶劣而导致无法调平的信息。

采用高变速比，使驱动千斤顶升降的直流电机毋需调速。

在车辆调平过程中，①通过比较倾角测量值与水平标定值确定的位置最低的支架对应的千斤顶只升不降；②依次启动四个千斤顶，以增加其行程，这一步骤中每个千斤顶增加的行程量是相同的，且均为千斤顶上升的最小行程单位。

在车辆调平过程中，电动千斤顶下降的行程量是通过驱动电机运行时间来确定的，也即通过控制电机运行时间量来间接确定千斤顶下降的行程变化量，这是需要事先通过实验来测定的，且需要根据车辆当前负荷和电瓶电压大小作适当补偿与修正。

车辆调平精度可达x、y双轴水平倾角均在0.035⁰以内。

本发明具有的有益效果是：

本发明由于复杂度较低，可采用中低档单片微处理器替代高档高性能微处理器，同时车辆仍可达x、y双轴水平倾角均在0.035⁰以内的高调平精度，最终实现低复杂度、调平精度高、工作稳定、性能可靠、硬件资源要求低的控制策略，降低了产品成本，有利于推广应用。

附图说明

图1是本发明车辆四点支撑示意图。

图2是本发明车辆自动调平系统组成框图。

图3是本发明车辆四点支撑时各相关物理量示意图。

图4是本发明车辆调平控制方法的流程框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细阐述。

图1是本发明车辆四点支撑示意图，将驾驶室下面的支架标识为支架1，从高处俯视，以逆时针方向依次将其余3个支架标识为支架2、支架3和支架4。

图2是本发明车辆自动调平系统组成框图，该调平系统由遥控单元、操控单元、主控单元、驱动单元、四个电动千斤顶及四个支架依次连接而成。

图3是本发明车辆四点支撑时各相关物理量示意图，加粗黑色竖线1~4分别对应为电动千斤顶1~4，千斤顶1位置最低，o点为千斤顶1与车辆底盘的接触点，oxy坐标平面为经过o点的水平面，该水平面与车辆标定时的基准水平面相平行，θ _x、θ _y分别为车辆底盘当前所处平面与oxy坐标平面的x、y轴方向的水平倾角，l ₂、l ₄分别为千斤顶2、4与车辆底盘当前所处平面的接触点距离oxy坐标平面的垂直高度。

如图2所示，利用事先固化在主控单元微处理器上的控制程序，通过对四个电动千斤顶的升降调节，实现车辆的自动或手动调平；如图4所示是本发明车辆调平控制方法的流程框图，该方法的步骤如下：

1）当遥控单元的自动调平按键按下，控制器接收到调平指令后，由微处理器发送相应控制信号，传递给驱动单元，驱动直流电机，使支架1、2、3、4依次着地，如图1所示，该过程同一时刻只有一个电机处于工作状态，采用取样电阻采集当前电机驱动电流来判断千斤顶是否着地，若当前电机电流在2~3A之间时，对应千斤顶处于空载，即未着地的升降过程，若当前电机电流在20~30A之间时，对应千斤顶处于负载，即着地的升降过程，若当前电机电流在40~50A之间时，则认为该电机处于堵转状态，若当前电机电流超过60A时，则认为该电机处于过流状态，通过电机驱动电流大小可判定千斤顶支撑情况，从而毋需使用压力传感器；

2）根据安装在四个千斤顶上的上限位开关状态，判断是否有一个千斤顶达到最大行程，若没有，则接收双轴式倾角传感器检测出的当前车辆所处倾斜状况相应x、y轴水平倾角θ _x、θ _y，如图3所示，与事先标定的车辆平衡状态双轴倾角值θ _xo、θ _yo作比较，确定位置最低的支架，转第3）步骤；若有，则判断当前车辆是否处于水平状态，转第4）步骤；

3）以支架1位置最低为例，通过相应千斤顶与车辆底盘相接触点的水平面为基准面，计算出相邻千斤顶2和4超出基准面的垂直高度分别为l ₂=l _x*tanθ _x、l ₄=l _y*tanθ _y，如图3所示，依次启动支架2和4对应电机，减少其行程，为使机械装置动作到位，延时500ms，直到千斤顶2和4分别下降垂直高度l ₂和l ₄；若千斤顶2和4无法下降对应高度，即根据其对应千斤顶的下限位开关状态，判断出千斤顶2和4中至少有1个在动作到位前已达到最小行程，则依次启动四个千斤顶，以增加其行程，转第2）步骤；若千斤顶2和4已动作到位，则启动支架3对应电机，逐步减少其行程，每减少一次行程，延时500ms，并通过对电机电流大小的判断，使其恰好处于有效支撑与虚撑的临界位置，而其余3个支架均处于有效支撑状态，转第4）步骤；若千斤顶3无法下降到有效支撑与虚撑的临界位置，也即千斤顶3在动作到位前已达到最小行程，则依次启动四个千斤顶，以增加其行程，转第2）步骤；

车辆调平精度可达x、y双轴水平倾角均在0.035⁰以内。

本发明实施前，需事先把车辆停在一个基准水平面上，记录此时的水平倾角，再把车辆旋转一个方向，再次记录当前水平倾角，如此几次后，再求其均值，作为基准水平的车辆平衡初始标定值θ _xo、θ _yo，其中θ _xo为x轴方向的平衡标定值，θ _yo为y轴方向的平衡标定值。

本发明采用取样电阻替代霍尔电流传感器对主电路电流进行采集，由于汽车电瓶功率有限，四个电机须分时段运行，故任一瞬间只有一个电机处于工作状态，因此取样电阻采集到的主电路电流即为当前电机工作电流值，从而仅需一个低成本取样电阻实现四个电机工作电流的实时监控。

本发明通过电机驱动电流直接判断千斤顶支撑情况，根据本实施例情况，若当前电机驱动电流在2～3A之间时，对应千斤顶处于空载（即未着地）升降过程；若当前电机驱动电流在20～30A之间时，对应千斤顶处于负载（即着地）升降过程；若当前电机电流在40～50A之间时，则认为该动作电机处于堵转状态；若当前电机电流超过60A时，则认为该电机处于过流状态。由此，通过电机驱动电流足以判断千斤顶支撑情况，从而避免使用压力传感器。

本发明在车辆调平过程中，电动千斤顶下降的行程量是通过驱动电机运行时间来确定的，也即通过控制电机运行时间量来间接确定千斤顶下降的行程变化量。这是需要事先通过实验来测定的，且需要根据车辆当前负荷和电瓶电压大小作适当补偿与修正。同时本发明采用上下限位开关替代直线位移传感器对千斤顶极限行程状况进行采集，当上限位开关状态有效时，说明千斤顶已达到最大行程；当下限位开关有效时，说明千斤顶已达到最小行程。而根据本发明，不需要千斤顶未达到极限行程状态时行程大小的信息，从而避免使用直线位移传感器。

本发明中通过对电机电流大小的判断，来确定有效支撑与虚撑的临界位置，若当前电机驱动电流在2~3A之间时，则认为该千斤顶处于“虚撑”状态；若当前电机驱动电流在20~30A之间时，则认为该千斤顶处于“有效支撑”状态；若当前电机驱动电流刚从2~3A之间增大到20~30A时，则认为当前千斤顶所处位置为有效支撑与虚撑的临界位置。

本发明采用高变速比策略使驱动千斤顶升降的直流电机毋需调速，避免使用变速驱动控制电路。

Claims

1.一种车辆调平控制方法，将调平系统安装在车辆上，该调平系统包括遥控单元、操控单元、主控单元、驱动单元、四个电动千斤顶及四个支架；利用事先固化在主控单元微处理器上的控制程序，通过对四个电动千斤顶的升降调节，实现车辆的自动或手动调平；其特征在于，该方法的步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种车辆调平控制方法，其特征在于：采用高变速比，使驱动千斤顶升降的直流电机毋需调速。

3.根据权利要求1所述的一种车辆调平控制方法，其特征在于：在车辆调平过程中，①通过比较倾角测量值与水平标定值确定的位置最低的支架对应的千斤顶只升不降；②依次启动四个千斤顶，以增加其行程，这一步骤中每个千斤顶增加的行程量是相同的，且均为千斤顶上升的最小行程单位。

4.根据权利要求1所述的一种车辆调平控制方法，其特征在于：在车辆调平过程中，电动千斤顶下降的行程量是通过驱动电机运行时间来确定的，也即通过控制电机运行时间量来间接确定千斤顶下降的行程变化量，这是需要事先通过实验来测定的，且需要根据车辆当前负荷和电瓶电压大小作适当补偿与修正。

5.根据权利要求1所述的一种车辆调平控制方法，其特征在于：车辆调平精度可达x、y双轴水平倾角均在0.035⁰以内。