CN103640623A - 车辆高速四轮转向稳定装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆高速四轮转向稳定装置及其控制方法，其特征在于设有车载PLC控制系统、转向模式选择开关、前轮角度传感器、后轮角度传感器、CAN协议、调整阀和故障报警装置，转向模式选择开关、前轮角度传感器、后轮角度传感器、CAN通讯、调整阀和故障报警装置分别与车载PLC相连接控制，当车速V低于设定车速值V1时，四轮转向按照常规四轮方式进行，当车速信号V高于设定车速V1但低于最高设定车速V2时，减小后轮的跟随角度A2；当车速大于最高设定车速V2时，随动轮保持在中央直行模式，具有转向平稳、无甩尾现象、易于控制等优点。

Description

车辆高速四轮转向稳定装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及特种车辆控制技术领域，具体的说是一种用于对车辆高速四轮转向时，出现甩尾、不稳定等状态进行控制的车辆高速四轮转向稳定装置及其控制方法。 

背景技术

目前，通用的车辆四轮转向控制方式时，使用前馈型转向系统，使稳态下车体侧偏角接近为零，但其缺陷是增加了瞬态下的侧滑速度给驾驶者带来不安的心理负担。也有一些新型控制策略，如延迟随动轮跟随速度方案，这个方案虽然一定程度上提高了车辆高速行驶的稳定性，但是会减少车辆跟随轮的灵敏度，当驾驶员大幅度转弯并紧急变向时，车辆的尾部有瞬时延迟现象，需要驾驶者来修正方向。 

该对比技术的不足是： 

1、上述监测技术有的仅采用角度监测方式，只能根据前后轮角度的差别调整车辆的转向姿态，无法根据车辆速度对车辆转向姿态进行准确监测及调整；有的虽引入速度环节对随动轮跟随的速度进行延迟调节，但当高速转弯并紧急变向操作时，车辆姿态不稳，易出现甩尾，转向过度而难以控制。

2、当出现传感器故障，或超速行驶时不能有效提醒操作者，易发生事故。 

由于该存在上述不足，使用时对操作者要求高，高速行车四轮转弯时易出现车辆失稳。 

发明内容

为了克服现有车辆高速四轮转向稳定性不足的状况，本发明专利的目的在于提供一种车辆高速四轮转向稳定装置及其控制方法，提高车辆四轮转向时的稳定性，在出现传感器故障，或超速行驶时有效提醒操作者，预防事故发生。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种车辆高速四轮转向稳定装置，其特征在于设有车载PLC控制系统、转向模式选择开关、前轮角度传感器、后轮角度传感器、CAN协议、调整阀和故障报警装置，转向模式选择开关、前轮角度传感器、后轮角度传感器、CAN协议、调整阀和故障报警装置分别与车载PLC控制系统相连接，所述转向模式选择开关包括两轮转向、四轮转向和蟹行转向三种开关，当转向模式选择开关选择“四轮”、“蟹行”模式时，车载PLC控制系统会自动介入，当转向模式选择开关选择“两轮转向”模式时，车载PLC控制系统不介入转向控制，车载PLC控制系统仅对转向传感器的工作状态，及最高车速进行监控控制，所述前轮角度传感器安装在前轮，所述后轮角度传感器安装在后轮，用于检测前后轮的绝对角度和转向偏差，并使用电磁阀控制转向液缸对转向角进行控制，所述CAN协议设置变速箱上，通过ＣＡＮ总线技术从变速箱输出轴获取车辆实时车速信号，将上述信号通过电气连接和ＣＡＮ通讯方式接入到车辆电子控制单元中，并在电子控制单元中对采集到的信号进行整定，值域限定，所述调整阀分别设在前轮和后轮的随动轮上，通过调整阀输出，控制随动轮转向角度，从而达到最优的控制，若车辆超过最高限制车速，或前轮角度传感器或后轮角度传感器出现故障，则系统自动给出报警信号，通过故障报警装置提示操作者，并进行限速控制，达到防止事故发生的作用。

一种车辆高速四轮转向稳定控制方法，其特征在于具体步骤如下： 

首先对车辆进行前后轮转向角A1,A2电气零位的整定，速度V1,V2,V3的设定，输出系数K值的设定，角度偏差阈值的设定，当参数设定完成后，即可投入运行；

当车辆进行四轮转向时，车载PLC控制系统实时通过前轮角度传感器、后角度传感器和调整阀检测车辆速度V，前轮、后轮的转向轮角度A1与随动轮角度A2，车速信号V及转向角度信号A1、A2送入车载PLC控制系统进行转向控制，传入车载PLC控制系统中的角度信号首先经过电气零度的整定，才能匹配该车辆的实际工况，并通过前后角度差值算法，确定主动轮与随动轮转向角的差值，车辆变速箱A12输出轴的转速能直接代表车辆实时行驶速度，并且在变速箱的CAN协议中可以直接读出，通过通讯方式传至车载PLC A11中，若车辆不支持CAN协议，也可通过加装速度传感器或其他方式获得实时车速，该车速信号不仅作为转向稳定系统是否介入的判据，并且作为转向角度控制算法的计算因子，对随动轮的转向角度进行控制，当车辆在“四轮转向”或“蟹行转向”工况下运行时，其前后轮转向角差值，及实时车速被监测，当转向角差值大于系统设定的阀值，且根据实时车速信号V与设定速度V1、V2的关系，系统自动调用模糊推理规则，对应给出不同转向偏差角，给出随动轮转向角度控制信号，通过调整阀Y5、Y6输出，控制随动轮转向角度，从而达到最优的控制，若车辆超过最高限制车速V3，或角度传感器出现故障，则系统自动给出报警信号，通过H12故障报警装置提示操作者，并进行限速控制，防止事故的发生；

在车速控制过程中，当车速V低于设定车速值V1时，四轮转向按照常规四轮方式进行，即计算目标转向角与实际转向角之间的差值，实时调整跟随轮转向角A2；当车速信号V高于设定车速V1但低于最高设定车速V2时，四轮转向采用反馈式调节方式，根据车辆速度V的变化和前轮转向角A1的大小，减小后轮的跟随角度A2，从而实现快速稳定的跟随；当车速大于最高设定车速V2时，随动轮保持类似于两轮转向的模式，不进行转向跟随，保持在中央直行模式；当车速V再次落于设定车速V1及最高设定车速V2之间，且前后轮转向角度差值处于设定范围A3内，车辆控制器再次自动进入反馈式四轮控制方式。

本发明的有益效果是：１、提高了车辆在高速转向时行驶的稳定性；2、降低了驾驶员的操作难度，使驾驶员在进行四轮转向时获取类似两轮转向的驾乘体验；3、传感器故障监测报警以及过度转向保护，超速限制的实施，进一步提升人机对话能力，减小了因车辆元器件本身故障或人为误操作发生事故的机率，从而提高生产效率。 

附图说明  

图1是背景技术的控制流程图。

图2是本发明实施的控制流程图。 

图3是本发明实例的基本电路原理图。 

附图标记：转向模式选择开关S3，前轮角度传感器B13, 后轮角度传感器B14，调整阀Y5、Y6，变速箱输出轴转速信号A12 ，超速、传感器故障报警装置H12，车载PLC 控制系统A11，CAN通讯线095，096。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明： 

如附图所示，一种车辆高速四轮转向稳定装置，其特征在于设有车载PLC控制系统ALL、转向模式选择开关S3、前轮角度传感器B13、后轮角度传感器B14、CAN协议095、097、调整阀Y5、Y6和故障报警装置H12，转向模式选择开关S3、前轮角度传感器B13、后轮角度传感器B14、CAN通讯线095、097、调整阀Y5、Y6和故障报警装置H12分别与车载PLC控制系统相连接，所述转向模式选择开关包括两轮转向、四轮转向和蟹行转向三种开关，当转向模式选择开关选择“四轮”、“蟹行”模式时，车载PLC控制系统ALL会自动介入，当转向模式选择开关选择“两轮转向”模式时，车载PLC控制系统ALL不介入转向控制，车载PLC控制系统ALL仅对前轮角度传感器B13、后轮角度传感器B14的工作状态，及最高车速进行监控控制，所述前轮角度传感器B13安装在前轮，所述后轮角度传感器B14安装在后轮，用于检测前后轮的绝对角度和转向偏差，并使用电磁阀控制转向液缸对转向角进行控制，所述CAN协议095、097分别设置变速箱上，通过ＣＡＮ总线技术从变速箱输出轴获取车辆实时车速信号，将上述信号通过电气连接和ＣＡＮ通讯方式接入到车载PLC控制系统的电子控制单元中，并在电子控制单元中对采集到的信号进行整定，值域限定，所述调整阀Y5、Y6分别设在前轮和后轮的随动轮上，通过调整阀Y5、Y6输出，控制随动轮转向角度，从而达到最优的控制，若车辆超过最高限制车速，或前轮角度传感器B13或后轮角度传感器B14出现故障，则系统自动给出报警信号，通过故障报警装置H12提示操作者，并进行限速控制，达到防止事故发生的作用。

一种车辆高速四轮转向稳定控制方法，其特征在于具体步骤如下： 

首先对车辆进行前后轮转向角A1,A2电气零位的整定，速度V1,V2,V3的设定，输出系数K值的设定，角度偏差阈值的设定，当参数设定完成后，即可投入运行；

当车辆进行四轮转向时，车载PLC控制系统实时通过前轮角度传感器、后角度传感器和调整阀检测车辆速度V，前轮、后轮的转向轮角度A1与随动轮角度A2，车速信号V及转向角度信号A1、A2送入车载PLC控制系统进行转向控制，传入车载PLC控制系统中的角度信号首先经过电气零度的整定，才能匹配该车辆的实际工况，并通过前后角度差值算法，确定主动轮与随动轮转向角的差值，车辆变速箱A12输出轴的转速能直接代表车辆实时行驶速度，并且在变速箱的CAN协议中可以直接读出，通过通讯方式传至车载PLC A11中，若车辆不支持CAN通讯，也可通过加装速度传感器或其他方式获得实时车速，该车速信号不仅作为转向稳定系统是否介入的判据，并且作为转向角度控制算法的计算因子，对随动轮的转向角度进行控制，当车辆在“四轮转向”或“蟹行转向”工况下运行时，其前后轮转向角差值，及实时车速被监测，当转向角差值大于系统设定的阀值，且根据实时车速信号V与设定速度V1、V2的关系，系统自动调用模糊推理规则，对应给出不同转向偏差角，给出随动轮转向角度控制信号，通过调整阀Y5、Y6输出，控制随动轮转向角度，从而达到最优的控制，若车辆超过最高限制车速V3，或转向角度传感器故障，则系统自动给出报警信号，通过故障报警装置H12提示操作者，并进行限速控制，防止事故的发生；

在车速控制过程中，当车速V低于设定车速值V1时，四轮转向按照常规四轮方式进行，即计算目标转向角与实际转向角之间的差值，实时调整跟随轮转向角A2；当车速信号V高于设定车速V1但低于最高设定车速V2时，四轮转向采用反馈式调节方式，根据车辆速度V的变化和前轮转向角A1的大小，减小后轮的跟随角度A2，从而实现快速稳定的跟随；当车速大于最高设定车速V2时，随动轮保持类似于两轮转向的模式，不进行转向跟随，保持在中央直行模式；当车速V再次落于设定车速V1及最高设定车速V2之间，且前后轮转向角度差值处于设定范围A3内，车辆控制器再次自动进入反馈式四轮控制方式。

本发明的有益效果是：１、提高了车辆在高速转向时行驶的稳定性；2、降低了驾驶员的操作难度，使驾驶员在进行四轮转向时获取类似两轮转向的驾乘体验；3、传感器故障监测报警以及过度转向保护，超速限制的实施，进一步提升人机对话能力，减小了因车辆元器件本身故障或人为误操作发生事故的机率，从而提高生产效率。 

Claims (2)

1.一种车辆高速四轮转向稳定装置，其特征在于设有车载PLC控制系统、转向模式选择开关、前轮角度传感器、后轮角度传感器、CAN协议、调整阀和故障报警装置，所述转向模式选择开关、前轮角度传感器、后轮角度传感器、CAN通讯、调整阀和故障报警装置分别与车载PLC相连接控制，所述前轮角度传感器安装在前轮，所述后轮角度传感器安装在后轮，所述CAN协议设置在变速箱上，通过ＣＡＮ总线技术从变速箱输出轴获取车辆实时车速信号，将上述信号通过电气连接和ＣＡＮ通讯方式接入到车载PLC控制系统的电子控制单元中，所述调整阀分别设在前轮和后轮的随动轮上。

2.一种车辆高速四轮转向稳定控制方法，其特征在于具体步骤如下：

首先对车辆进行前轮、后轮的转向角A1和随动轮转向角A2电气零位的整定，速度V1,V2,V3的设定，输出系数K值的设定，角度偏差阈值的设定，当参数设定完成后，即可投入运行；

当车辆进行四轮转向时，车载PLC控制系统实时通过前轮角度传感器、后轮角度传感器和调整阀检测车辆速度V，前轮、后轮的转向轮角度A1与随动轮角度A2，车速信号V及转向角度信号A1、A2送入车载PLC控制系统进行转向控制，传入车载PLC控制系统中的角度信号首先经过电气零度的整定，以匹配该车辆的实际工况，并通过前后角度差值算法，确定主动轮与随动轮转向角的差值，车辆变速箱A12输出轴的转速能直接代表车辆实时行驶速度，并且在变速箱的CAN协议中可以直接读出，通过通讯方式传至车载PLC 控制系统A11中，该车速信号不仅作为转向稳定系统是否介入的判据，并且作为转向角度控制算法的计算因子，对随动轮的转向角度进行控制，当车辆在“四轮转向”或“蟹行转向”工况下运行时，其前后轮转向角差值，及实时车速被监测，当转向角差值大于系统设定的阀值，且根据实时车速信号V与设定速度V1、V2的关系，车载PLC控制系统自动调用模糊推理规则，对应给出不同转向偏差角，给出随动轮转向角度控制信号，通过调整阀Y5、Y6输出，控制随动轮转向角度，若车辆超过最高限制车速V3，或出现故障，则系统自动给出报警信号，通过H12故障报警装置提示操作者，并进行限速控制；

在车速控制过程中，当车速V低于设定车速值V1时，四轮转向按照常规四轮方式进行，即计算目标转向角与实际转向角之间的差值，实时调整跟随轮转向角A2；当车速信号V高于设定车速V1但低于最高设定车速V2时，四轮转向采用反馈式调节方式，根据车辆速度V的变化和前轮转向角A1的大小，减小后轮的跟随角度A2，从而实现快速稳定的跟随；当车速大于最高设定车速V2时，随动轮保持类似于两轮转向的模式，不进行转向跟随，保持在中央直行模式；当车速V再次落于设定车速V1及最高设定车速V2之间，且前后轮转向角度差值处于设定范围A3内，车辆控制器再次自动进入反馈式四轮控制方式。

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