CN103991351A - 液压平板车载重平台四点支撑调平系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压平板车载重平台四点支撑调平系统及其实现方法，它包括两台控制器，其中一台控制器的输出端与四个电液比例换向阀的各比例电磁铁控制端相连，用于发出控制信号控制电液比例换向阀的开度最终控制柱塞缸的运动速度，所述四个电液比例换向阀的输出端分别与安装在平板车悬挂机构上的柱塞缸相连，所述柱塞缸用于控制平板车的升降，另一台控制器的输入端分别与安装在液压回路中的四个压力传感器的输出端和安装在车身中心几何位置的双轴传感器的输出端相连，用于接收个传感器反馈的数据信号，调平过程中最低点与次高点、次低点的速度控制方式不同，从而使四支撑点在调平过程中可以保持在一个平面。

Description

液压平板车载重平台四点支撑调平系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种液压平板车载重平台四点支撑调平系统及其实现方法。

背景技术

自行式液压平板车是超高、超重货物陆路运输的关键设备，在运行过程中要求车身平台保持水平，而调平时出现的“虚腿”问题也是车辆运行的一大安全隐患。目前普遍应用的调平方法主要是以最高点不动为主的位置误差调平法和角度误差调平法，前者对各点速度控制的方式均相同导致在调平过程中无法保证四个支腿受力均匀，容易出现虚腿现象；后者则因控制量之间存在耦合关系使之在调平时间上不占优势，需要的调平时间较长。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种液压平板车载重平台四点支撑调平系统及其实现方法，解决重型车在调平过程中容易产生“虚腿”情况的问题，同时提高调平的精度，缩短调平时间。

本发明的目的是这样实现的：一种液压平板车载重平台四点支撑调平系统，它包括两台控制器，其中一台控制器的输出端与四个电液比例换向阀的各比例电磁铁控制端相连，用于发出控制信号控制电液比例换向阀的开度最终控制柱塞缸的运动速度，所述四个电液比例换向阀的输出端分别与安装在平板车悬挂机构上的柱塞缸相连，所述柱塞缸与平板车的车身相连，用于控制平板车的升降，另一台控制器的输入端分别与安装在液压回路中的四个压力传感器的输出端和安装在车身几何中心位置的双轴传感器的输出端相连，用于接收各传感器反馈的数据信号并结合这些数据进行计算，所述四个压力传感器安装于液压回路中，用于检测柱塞缸内的压力，两台控制器之间及控制器与传感器之间均采用CAN总线进行连接。

 本发明还提供一种液压平板车载重平台四点支撑调平系统的实现方法，所述方法包括以下步骤：

  步骤一、双轴传感器采集平板车载重平台在X、Y方向的倾斜角，并将采集到的数据传至控制器，控制器根据公式（1）计算出其余三点与最高点之间在竖直方向的位置误差：

                                                   （1）

其中（， ，）表示最高点的坐标，（ ，， ）表示其余三点的坐标，α为平台相对于X轴旋转的角度，β为平台相对于Y     轴旋转的角度；

步骤二、根据上述公式（1）计算出的各点的相对高低判断最低点与最高点的相对位置，结合次高点和次低点的速度给出最低点在调平时的运动速度，次高点和次低点的运动速度为，当最低点与最高点处在水平坐标系中投影在Y轴方向距离为2b、X轴方向距离为0时，最低点运动速度为，当最低点与最高点处在水平坐标系中投影在X轴方向距离为2a、Y轴方向距离为0时，最低点运动速度为，当最低点与最高点处于载重平台的对角线位置时，即在水平坐标系中投影在Y轴方向距离为2b、X轴方向距离为2a时，最低点运动速度为，m为比例系数，取值范围在0.04~0.17之间，为次高点和次低点当前位置与最高点的位置误差；

    步骤三、判断最高点与最低点之间竖直方向的位置误差值是否小于8mm，若>8mm则控制器给各换向阀电信号控制各柱塞缸动作；若，则返回第一步根据双轴传感器采集的信号计算各点与最高点之间竖直方向的位置误差，同时各支撑柱塞缸上的压力传感器实时监测各点液压缸内部的压力情况，当任意点压力值小于等于悬挂机构的承重压力时，证明某点出现虚腿情况，则马上停止调平，先将出现虚腿的悬挂支撑伸出，到达合理的压力值时再重新进行调平操作；若没有点发生虚腿，则调平过程继续，直至，此时调平过程结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在自动调平过程中，保证了车身四个支撑点在任意时刻都处于同一个平面，有效的解决了调平过程中容易出现的“虚腿”现象，且几个支腿同时动作，使调平过程的快速性得到了保证，提高了行车过程的安全性。

附图说明

图1为本发明液压平板车载重平台四点支撑调平系统的结构示意图。

图2为本发明液压平板车载重平台四点支撑调平系统的车身调平过程的状态示意图。

图3为本发明液压平板车载重平台四点支撑调平系统的调平策略示意图。

图4为本发明液压平板车载重平台四点支撑调平系统的四点分布状态示意图。

图5为本发明液压平板车载重平台四点支撑调平系统的调平流程图。

具体实施方式

参见图1，本发明涉及一种液压平板车载重平台四点支撑调平系统，所述平板车为两轴线车，在所述平板车的四个车轮处均安装有悬挂机构构成四点支撑平台，各支撑点的悬挂机构由一个柱塞缸控制平板车升降。本调平系统包括两台控制器，其中一台控制器的输出端与四个电液比例换向阀的控制端相连，用于发出控制信号控制电液比例换向阀的开度最终控制柱塞缸的运动速度，所述四个电液比例换向阀的输出端分别与安装在平板车悬挂机构上的柱塞缸相连，所述柱塞缸与平板车的车身相连，用于控制平板车的升降，另一台控制器的输入端分别与安装在液压回路中的四个压力传感器的输出端和安装在车身几何中心位置的双轴传感器的输出端相连，用于接收各传感器反馈的数据信号并结合这些数据进行计算，所述四个压力传感器的输入端分别与四个柱塞缸的输出端相连，两台控制器之间及控制器与传感器之间均采用CAN总线进行连接。控制器通过PWM输出对换向阀进行控制，电流大小不同，换向阀开度不同，换向阀开度决定阀的输出流量进而决定柱塞缸的运动速度。调平过程中通过控制电液比例换向阀的开度来调节柱塞缸的伸缩并控制其伸缩速度实现车身平台各点的升降，液压回路中安装有压力传感器用以检测缸内压力值。双轴传感器安装于车身平台的几何中心位置处用以检测车身平台倾斜角，控制器安装于驾驶室旁的控制柜内，用来接收信号和发送控制命令。

本发明还涉及一种上述调平系统的实现方法：

如图2为本发明液压平板车载重平台四点支撑调平系统的车身调平过程的状态示意图，在调平过程中，通过双轴传感器检测车身平台在水平X、Y两个方向的倾斜角。如图3所示本发明液压平板车载重平台四点支撑调平系统的调平策略示意图，图中将各支腿按高低顺序依次排列，其中点1为最高点、点2为次高点、点3为次低点、点4为最低点，图示将各支腿与最高点竖直方向的位置误差值分为四个等分段，在调平过程中，为了使整个平台平面追逐最高点运动达到水平位置，各点需要不同的运动速度，即竖直方向位置误差越大则运动速度越高，位置误差越小则上升速度也越小，最终使各点同时到达水平面。电液比例换向阀是一种流量控制元件，柱塞缸的运动速度与控制电流成正比，对点2、点3在竖直方向与最高点的位置误差进行放大作为各换向阀的指令信号，则可实现这两点的“同步”运动，且控制程序简单。其中点2（次高点）及点3（次低点）的速度正比于各自与最高点竖直方向的误差值，则点1、2、3决定了一个平面，点4（最低点）在调平过程中的速度控制遵循追逐点1（最高点）、点2（次高点）及3（次低点）所决定的平面的规律，即在调平的过程中保证四个支撑点处于同一个平面，同时以压力传感器检测值作为各支腿是否发生虚腿的判断依据，可有效预防调平过程中虚腿的出现。

参见图5，为本发明液压平板车载重平台四点支撑调平系统的调平流程图，所述方法包括以下步骤：

步骤一、双轴传感器采集平板车载重平台在X、Y方向的倾斜角并传至采集信号的控制器，控制器根据上述算法计算出各点的相对高低并计算出其余三点与最高点之间在竖直方向的位置误差。

以下为判断各点相对高低的算法：

如图2所示，OXYZ为平台水平时的坐标系，称该坐标系为参考坐标系，该坐标系中心点为车身平台几何中心点，坐标系保持水平。平台坐标系为OX₁Y₁Z₁，该坐标系随车身平台的转动而转动，坐标中心点与OXYZ中心点始终保持重合，称该坐标系为动坐标系。动坐标系相对参考坐标系沿两个方向的倾斜角分别为α、β，即绕X轴旋转的角度为α，绕Y轴旋转的角度为β，由双轴传感器测量得到。

假设动坐标系相对参考坐标系先绕Y轴旋转β度后绕X轴旋转α度，则坐标系转换矩阵

同理若动坐标系相对参考坐标系先绕X轴旋转α度后绕Y轴旋转β度，坐标系转换矩阵为

由于倾斜角很小，故

，分别代入及得

 ，即参考坐标系与运动坐标系的转化矩阵为：

T=

故无论平台先绕X轴还是先绕Y轴旋转，在倾斜角度很小的情况下变换矩阵相同。水平时参考坐标系与运动坐标系重合，设平台水平时某点P运动坐标系中坐标为（P_x1，P_y1，P_z1），点P固结在运动坐标系中，故点P在运动坐标系中的坐标不变，无论平台是否水平，P在运动坐标系中的坐标都为（P_x1，P_y1，P_z1），当平台相对于X轴旋转α相对Y轴旋转β后，P点在参考坐标系中的坐标（P_x，P_y，P_z）,则

           

可求

     

其中，则，如此便可求各支撑点处在Z轴方向的坐标值，其余三点相对于最高点的高低可根据以下公式计算得出：

；

步骤二、根据步骤一得出的三点相对于最高点的位置误差给出三点的运动速度，其中点2（次高点）及点3（次低点）的速度正比于各自与最高点竖直方向的误差值，则点1、2、3决定了一个平面，点4（最低点）在调平过程中的速度控制遵循追逐点1（最高点）、点2（次高点）及3（次低点）所决定的平面的规律，即在调平的过程中保证四个支撑点处于同一个平面。根据调节速度来控制各柱塞缸的运动，各柱塞缸的运动由电液比例换向阀（以下简称换向阀）控制，控制器通过控制各换向阀的开度以控制柱塞缸的运动速度。图4为四点分布的三种基本情况，图中各点与图3中各点一一对应，即点1为最高点，点2为次高点，点3为次低点，点4为最低点。下面详述最低点4的速度控制。

图4情况a：

1、2和3确定平面法向量

 其中

，

点1、2和3所决定的平面的法向量为

，

故平面方程为：

，

其中2、3点运动速度为（i=2，3，m为比例系数，由于，为总调平时间，则，采用该方法调平时间一般为30~60s，m在0.04~0.17之间进行取值。），则运动时间t后，点2和点3与最高点竖直方向位置误差为

，

此时1、2、3三点决定平面方程为

，

将点4两个水平方向x，y坐标代入该平面方程可得此时点4在竖直方向应该处在的坐标（各点在水平两个方向坐标偏移很小，忽略），故在时间t内点4上升距离为，点4上升速度。同理可求得情况b中点4上升速度，情况c中点4上升速度。

对还存在的多种可能情况进行了计算发现，当点1、4在水平坐标系投影在Y轴方向距离为2b在X轴方向距离为0时，点4上升速度与情况a均相同，当点1、4在水平坐标系投影在X方向距离为2a在Y轴方向为0时，点4上升速度与情况b均相同，当点1、4处于对角线位置，即在水平坐标系投影在X轴方向距离为2a在Y轴方向距离为2b时，点4上升速度与情况c均相同，故在控制时只需检测出最高点与最低点的位置关系即可给定最低点即点4的运动速度。

步骤三、判断最高点与最低点之间竖直方向的位置误差值是否小于8mm，若>8mm则控制器给各换向阀电信号控制各柱塞缸动作；若，则程序返回第一步根据双轴传感器采集的信号计算各点与最高点之间竖直方向的位置误差。采用该方法进行自动调平时，以点1（最高点）与点4（最低点）在竖直方向的位置误差作为判断是否需要调平的依据，当点1（最高点）与点4（最低点）在竖直方向误差值小于8mm时则认为载重平台已经达到水平，调平过程结束，当点1（最高点）与点4（最低点）在竖直方向误差值大于8mm时则调平过程继续，同时各支撑柱塞缸上都安装有压力传感器实时监测各点液压缸内部的压力情况，当任意点压力值（为根据车辆自重和货物重量之和计算出的各悬挂的承重范围而设定的报警值）时，证明某点出现虚腿情况，则马上停止调平，先将出现虚腿的悬挂支撑伸出，到达合理的压力值时再重新进行调平操作；若没有点发生虚腿，则调平过程继续，直至，此时调平过程结束。

Claims (2)

1.一种液压平板车载重平台四点支撑调平系统，其特征在于它包括两台控制器，其中一台控制器的输出端与四个电液比例换向阀的输入端相连，用于发出控制信号控制电液比例换向阀的开度最终控制柱塞缸的运动速度，所述四个电液比例换向阀分别与安装在平板车悬挂机构上的柱塞缸相连，所述柱塞缸与平板车的车身相连，用于控制平板车的升降，另一台控制器的输入端分别与安装在液压回路中的四个压力传感器的输出端和安装在车身几何中心位置的双轴传感器的输出端相连，用于接收个传感器反馈的数据信号并结合这些数据进行计算，所述四个压力传感器安装于液压回路中用以检测柱塞缸内的压力，两台控制器之间及控制器与传感器之间均采用CAN总线进行连接。

2.  一种如权利要求1所述的液压平板车载重平台四点支撑调平系统的实现方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

  步骤一、双轴传感器采集平板车载重平台在X、Y方向的倾斜角，并将采集到的数值传至控制器，控制器根据公式（1）计算出其余三点与最高点之间在竖直方向的位置误差：

                                                   （1）

其中（，，）表示最高点的坐标，（，，）表示其余三点的坐标，α为平台相对于X轴旋转的角度，β为平台相对于Y轴旋转的角度；

  步骤二、根据上述公式（1）计算出的各点的相对高低判断最低点与最高点的相对位置，结合次高点和次低点的速度给出最低点在调平时的运动速度，次高点和次低点的运动速度为，当最低点与最高点处在水平坐标系上投影在车辆横向距离为2b纵向距离为0时，运动速度为，当最低点与最高点处在水平坐标系上投影在纵向距离为2a横向距离为0时，运动速度为，当最低点与最高点处于载重平台的对角线位置时，即在水平坐标系上投影在纵向距离为2a横向距离为2b时，运动速度为，m为比例系数，取值范围在0.04~0.17之间，为当前位置与最高点的位置误差；

    步骤三、判断最高点与最低点之间竖直方向的位置误差值是否小于8mm，若>8mm则控制器给各换向阀电信号控制各柱塞缸动作；若，则返回第一步根据双轴传感器采集的信号计算各点与最高点之间竖直方向的位置误差，同时各支撑柱塞缸上的压力传感器实时监测各点液压缸内部的压力情况，当任意点压力值小于等于悬挂机构的承重压力时，证明某点出现虚腿情况，则马上停止调平，先将出现虚腿的悬挂支撑伸出，到达合理的压力值时再重新进行调平操作；若没有点发生虚腿，则调平过程继续，直至，此时调平过程结束。