CN105523091A - 一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置，在车厢上安装平衡控制系统，在车架的前端安装倾斜伺服电动弹簧缸，在车架的尾端对称安装两个垂直伺服电动弹簧缸，车厢通过万向铰与三个伺服电动弹簧缸连接，并安装用于检测弹簧缸位移和车厢倾角的传感器，同时还公开了一种使用本装置的控制方法，本发明中的控制系统通过控制弹簧缸的伸缩来控制车厢在货车上坡下坡、转弯或在颠簸路面时能在一定角度内保持的平衡状态，并在调节好车厢宏观平衡的基础上通过预见控制抑制车厢的小幅振动，保证货物的运输安全，具有环境适应能力强、操作简单、实时性好、可靠性高、稳定性好。

Description

一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种货车车厢自动平衡技术，具体是一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置及控制方法。

背景技术

货车是一种现代化非常重要的交通运输工具，随着运输业的发展，对货物的运输数量和质量的要求越来越高，货物的安全运输成了国内外企业、学者研究的热点领域。

车厢是运送货物的载体，承担着装卸、运输货物的功能，起到了保证货物安全的关键性作用。货车车厢自动平衡技术是保证货物在运输过程中不随路面的起伏、不平等状态的变化而发生相对移动和碰撞，以降低货物损坏率的有效技术。

当前大多数货车车厢主要靠车辆的悬架系统来减轻路面不平的激励，并主要靠将货物与车厢固定的方法保证货物不发生相对位移，而要实现货物的平稳运输，其关键技术是车厢姿态的自动平衡。

目前车厢的自动平衡控制方法主要是宏动平衡方式和反馈控制两种形式，采用宏动平衡方式导致只能实现大倾角范围内的车厢平衡，而无法抑制车厢的小幅振动；若采用反馈控制的方式将导致车厢的平衡调节总是滞后于路面的扰动，特别是当路面崎岖不平时，车厢的平衡控制越发困难。

现有技术中，对车厢自动平衡装置的研究比较少，大多集中于机械结构的设计，且主要是针对车厢的宏观位移进行平衡控制，特别是车厢姿态的实时控制研究并未涉及，例如专利号为：CN201020117481.1、名称为一种货车车厢平衡控制装置；专利号为：CN200410040100.3、名称为一种车辆和车厢的自身平衡系统；专利号为：CN201020117042.0名称为一种车厢自动平衡装置。

以上专利主要是针对车厢宏观位移自动平衡机械结构的设计及控制方法的实现，而对于路况扰动信号的预判与实时控制的方法方面的研究并未涉及，为下一步微调车厢的姿态平衡带来很大的不便。因此，需要设计一种车厢自动平衡控制装置和控制方法，实现对车厢姿态的精确调整和车厢振动的消除，具有很强的现实意义。

发明内容

本发明提供一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置及控制方法，其能够有效解决现有车厢抗路面干扰能力差、存在小幅振动和实时性不足的缺陷，进一步保证货物的运输安全。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置，它包括：

控制系统、倾斜伺服电动弹簧缸、副臂、导向杆、车架、倾角传感器、第一组垂直伺服电动弹簧缸、第二组垂直伺服电动弹簧缸、双向对称伸缩缸、车厢、第一组位移传感器、第二组位移传感器以及第三组位移传感器；

所述倾斜伺服电动弹簧缸的前端通过车架前端中心处固定的第一组转动副铰接在车架上、后端通过第一组万向铰串接在车厢前端下沿设有的导向杆上；

所述第一组垂直伺服电动弹簧缸的下端通过车架尾端设有的第一组固定安装孔固定安装在车架上、上端通过第二组万向铰铰接在双向对称伸缩缸左端；

所述第二组垂直伺服电动弹簧缸的下端通过车架尾端设有的第二组固定安装孔固定安装在车架上、上端通过第三组万向铰铰接在双向对称伸缩缸右端；

所述双向对称伸缩缸通过车厢尾端上沿设有的第二组转动副铰接在车厢顶部；

所述倾角传感器安装在车厢正下方中心处；

所述第一组位移传感器安装在倾斜伺服电动弹簧缸的活塞与缸筒之间；

所述第二组位移传感器安装在第一组垂直伺服电动弹簧缸的活塞与缸筒之间；

所述第三组位移传感器安装在第二组垂直伺服电动弹簧缸的活塞与缸筒之间；

其中，所述倾斜伺服电动弹簧缸、第一组垂直伺服电动弹簧缸、第二组垂直伺服电动弹簧缸、副臂分别连接至控制系统，控制系统接收和发出动作指令，控制各弹簧缸的伸缩。

所述的双向对称伸缩缸包括第一组活塞杆、缸筒、推杆腔、推杆、滑块、第二组活塞杆和导向槽；

其中，第一组活塞杆、第二组活塞杆与缸筒内壁之间通过移动副连接，两侧推杆的一端分别与第一组活塞杆、第二组活塞杆铰接，另一端分别与分布在两侧的滑块铰接，导向杆穿过滑块使其沿着自身滑动；

当两侧第一组活塞杆、第二组活塞杆向外运动时，两侧推杆带动中间的滑块沿中间的导向槽向缸筒中心收拢；两侧推杆等长，从而使两侧第一组活塞杆、第二组活塞杆的伸长量保持同步。

所述倾斜伺服电动弹簧缸可绕第一组转动副在竖直面内转动，其转角范围为0°～60°。

所述车厢可绕第二组转动副前后俯仰，其俯仰角变化范围为±30°。

所述车厢通过第一组垂直伺服电动弹簧缸、第二组垂直伺服电动弹簧缸进行左右翻转，其翻转角变化范围为±20°。

一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制方法，包括以下步骤：

1)调节车厢的左右平衡：

根据倾角传感器测得的翻转角为β，由控制系统输出控制信号，分别调整第一组垂直伺服电动弹簧缸、第二组垂直伺服电动弹簧缸的伸长量，直到将车厢调成左右等高；

此时分别利用第二组位移传感器、第三组位移传感器记录下在该调整过程中第一组垂直伺服电动弹簧缸的伸长量ΔL₁和第二组垂直伺服电动弹簧缸的伸长量ΔL₂；

2)调节车厢的前后平衡：

基于步骤1)得到的伸长量ΔL₁和ΔL₂，得到车厢尾端中心处的竖直位移Δh₁，并根据倾斜伺服电动弹簧缸的初始长度L₃₀，车厢高度为b，第一组转动副到平衡时车厢前端的水平距离d，第二组转动副的轴心到车架的距离D，计算得出倾斜伺服电动弹簧缸的预计伸长量ΔL₃，由控制系统输出控制信号，调节倾斜伺服电动弹簧缸的伸长量为ΔL₃，并驱动副臂辅助倾斜伺服电动弹簧缸的伸缩，直到将车厢调成前后等高，从而使车厢恢复到平衡状态；

3)采用预见控制方法，应用最优控制理论得到最优控制信号u(t)、从而及时消除车厢的小幅振动。

与现有的宏观调控方式相比，本发明在车厢上安装平衡控制系统，在车架的前端安装倾斜伺服电动弹簧缸，在车架的尾端对称安装两个垂直伺服电动弹簧缸，车厢通过万向铰与三个伺服电动弹簧缸连接，并安装用于检测弹簧缸位移和车厢倾角的传感器；

结合预见控制方法以及货车车厢自动平衡技术的机械结构于一体，通过控制弹簧缸的伸缩的可对车厢的前、后、左、右、进行平衡调节；

该方法和装置能够直接用于货车在上坡下坡、转弯或在颠簸路面时车厢的自动平衡，能够减少复杂路貌对车厢平衡的影响，同时也能降低车厢的小幅振动，进一步保证货物的运输安全；具有环境适应能力强、操作简单、实时性好、可靠性高、稳定性好等优点。

附图说明

图1本发明的控制装置的主视图；

图2为图1的右视图；

图3为本发明中双向对称伸缩缸示意图；

图4为本发明的三维示意图；

图5为本发明方法的流程图；

图6为本发明中车厢倾斜时的结构示意图；

图7为本发明中车厢平衡后的结构示意图；

图8为本发明中车厢的左右平衡调节原理图；

图9为本发明中车厢的前后平衡调节原理图；

图10为本发明中车厢的预见平衡控制原理示意图。

其中，1、控制系统，2、第一组转动副，3、倾斜伺服电动弹簧缸，4、副臂，5、第一组万向铰，6、导向杆，7、车架，8、倾角传感器，9、第一组固定安装孔，10、第二组固定安装孔，11、第一组垂直伺服电动弹簧缸，12、第二组垂直伺服电动弹簧缸，13、第二组万向铰，14、第三组万向铰，15、双向对称伸缩缸，15-1、第一组活塞杆，15-2、缸筒，15-3、推杆腔，15-4、推杆，15-5、滑块，15-6、第二组活塞杆，15-7、导向槽，16、第二组转动副，17、车厢，18、第一组位移传感器，19、第二组位移传感器，20、第三组位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

其中，本发明以附图1和图2为基准，附图1和图2的前、后左、右、上、下为本发明的前、后、左、右、上、下。应注意到的是：除非另外具体说明，否则本实施例中阐述的部件的相对布置、数值等不限于本发明的范围。

如图1至图3所示，一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置，它包括：

控制系统1、倾斜伺服电动弹簧缸3、副臂4、导向杆6、车架7、倾角传感器8、第一组垂直伺服电动弹簧缸11、第二组垂直伺服电动弹簧缸12、双向对称伸缩缸15、车厢17、第一组位移传感器18、第二组位移传感器19以及第三组位移传感器20；

所述倾斜伺服电动弹簧缸3的前端通过车架7前端中心处固定的第一组转动副2铰接在车架7上、后端通过第一组万向铰5串接在车厢17前端下沿设有的导向杆6上；

所述第一组垂直伺服电动弹簧缸11的下端通过车架7尾端设有的第一组固定安装孔9固定安装在车架7上、上端通过第二组万向铰13铰接在双向对称伸缩缸15左端；

所述第二组垂直伺服电动弹簧缸12的下端通过车架7尾端设有的第二组固定安装孔10固定安装在车架7上、上端通过第三组万向铰14铰接在双向对称伸缩缸15右端；

所述双向对称伸缩缸15通过车厢17尾端上沿设有的第二组转动副16铰接在车厢17顶部；

所述倾角传感器8安装在车厢17正下方中心处，此处测量车厢17的翻转角；

其中，所述第一组位移传感器18安装在倾斜伺服电动弹簧缸3的活塞与缸筒之间，以测量倾斜伺服电动弹簧缸3的位移；

其中，所述第二组位移传感器19安装在第一组垂直伺服电动弹簧缸11的活塞与缸筒之间，以测量一组垂直伺服电动弹簧缸11的位移；

其中，所述第三组位移传感器20安装在第二组垂直伺服电动弹簧缸12的活塞与缸筒之间，以测量第三组位移传感器20的位移；

其中，所述倾斜伺服电动弹簧缸3、第一组垂直伺服电动弹簧缸11、第二组垂直伺服电动弹簧缸12、副臂4分别连接至控制系统1，控制系统1接收和发出动作指令，控制各弹簧缸的伸缩。

进一步，如图5所示，所述的双向对称伸缩缸15包括第一组活塞杆15-1、缸筒15-2、推杆腔15-3、推杆15-4、滑块15-5、第二组活塞杆15-6和导向槽15-7；

其中，第一组活塞杆15-1、第二组活塞杆15-6与缸筒15-2内壁之间通过移动副连接，两侧推杆15-4的一端分别与第一组活塞杆15-1、第二组活塞杆15-6铰接，另一端分别与分布在两侧的滑块15-5铰接，导向杆15-7穿过滑块15-5使其沿着自身滑动；

当两侧第一组活塞杆15-1、第二组活塞杆15-6向外运动时，两侧推杆15-4带动中间的滑块15-5沿中间的导向槽15-7向缸筒15-2中心收拢；两侧推杆15-4等长，从而使两侧第一组活塞杆15-1、第二组活塞杆15-6的伸长量保持同步。

其中，控制系统1输出控制信号，推动所述倾斜伺服电动弹簧缸3伸缩一定长度，并控制副臂4伸缩，推动所述倾斜伺服电动弹簧缸3绕第一组转动副2在竖直面内转动，其转角范围为0°～60°。

其中，倾斜伺服电动弹簧缸3拖动与其相串接的车厢17前端设有的的导向杆6运动，使所述车厢17绕第二组转动副俯12仰转动直至其前后等高，其俯仰角变化范围为±30°。

其中，所述倾角传感器8检测到车厢17的翻转角β，传给控制系统1，控制系统1输出控制信号，推动车厢17较低一侧的垂直伺服电动弹簧缸伸长，较高一侧的垂直伺服电动弹簧缸缩短，使车厢17左右翻转直至其左右等高，其翻转角变化范围为±20°。

如图5所示，一种利用基于预见控制的货车车厢自动平衡装置的控制方法，其步骤流程如下：

1)首先调节车厢17的左右平衡：

本发明中车厢17的左右平衡调节原理图如图8所示，根据倾角传感器8测得车厢17的翻转角β，图中所示β为负数，所以应控制第一组垂直伺服电动弹簧缸11缩短，同时控制第二组垂直伺服电动弹簧缸12伸长，直到翻转角β变为零；

然后利用第二组位移传感器19记录下此时第一组垂直伺服电动弹簧缸11的伸长量ΔL₁，利用第三组位移传感器20记录下此时第二组垂直伺服电动弹簧缸12的伸长量ΔL₂；

2)调节车厢的前后平衡：

基于步骤1)得到的伸长量ΔL₁和ΔL₂，得到车厢17尾端中心处的竖直位移Δh₁为

Δh₁＝ΔL₂-ΔL₁(1)

本发明中车厢17的前后平衡调节原理图如图9所示。根据图中的几何关系，可得出使车厢17整体达到水平状态的倾斜伺服电动弹簧缸3的预计伸长量为

${\mathrm{\ΔL}}_3=L_{30}-\sqrt{d^2+{({\mathrm{\Δh}}_1+D-b)}^2}---\left(2\right)$

其中，ΔL₃为倾斜伺服电动弹簧缸3的预计伸长量；L₃₀为倾斜伺服电动弹簧缸3的初始长度；b为车厢高度；d为第一组转动副2到平衡时车厢17前端的水平距离；D为第二组转动副16轴心到车架7的距离。

由式(1)、(2)得

${\mathrm{\ΔL}}_3=L_{30}-\sqrt{d^2+{({\mathrm{\ΔL}}_2-{\mathrm{\ΔL}}_1+D-b)}^2}---\left(3\right)$

至此，由式(1)、(2)、(3)得到了倾斜伺服电动弹簧缸3的预计伸长量ΔL₃，由控制系统1输出控制信号，驱动倾斜伺服电动弹簧缸3和副臂4运动以使倾斜伺服电动弹簧缸3的获得ΔL₃的伸长量，从而使车厢17恢复到平衡状态；

3)在调节好车厢17宏观平衡的基础上建立货车车厢自动平衡控制系统的结构模型：如图10所示为车厢17的预见平衡控制模型示意图，根据示意图可推导得出模型的运动微分方程：

$M_b{\stackrel{\·\·}{x}}_b=-k_1(x_b-x_{r1}-a\mathrm{\α}/2)-u_1-2k_2(x_b-x_{r2}+a\mathrm{\α}/2)-2u_2-M_{b}g---\left(4\right)$

$\begin{array}{c}J\stackrel{\·\·}{\mathrm{\α}}=k_1\left(x_b-x_{r1}-a\mathrm{\α}/2\right)a/2+u_1\cos \mathrm{\θ}a/2-k_{1}b\left(x_b-x_{r1}-a\mathrm{\α}/2\right)\tan \mathrm{\θ}-\\ u_{1}b\sin \mathrm{\θ}+2k_2\left(x_b-x_{r2}+a\mathrm{\α}/2\right)a/2+2u_{2}a/2-M_{b}ge\sin \mathrm{\α}\end{array}---\left(5\right)$

其中，e为车厢17质心到旋转中心的距离；

定义系统的状态变量为x＝[x_bα]^T；控制变量为u＝[u₁u₂]^T；输出变量为y＝[x_bα]^T；外界扰动为z＝[x_r1x_r2]^T。

则模型的运动微分方程可表示为

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}=A_{0}x+B_{0}u+E_{0}z\\ y=C_{0}x\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中： $A_0=\left[\begin{array}{cc}-\frac{k_1+2k_2}{M_b}& \frac{\left(k_1-2k_2\right)a}{2M_b}\\ \frac{\left(k_1+2k_2\right)a-2k_{1}b\tan \mathrm{\θ}}{2J}& \frac{\left(-k_1+2k_2\right)a^2+2k_{1}ab\tan \mathrm{\θ}-4M_{b}ge}{4J}\end{array}\right];$

$B_0=\left[\begin{array}{cc}-\frac{1}{M_b}& -\frac{2}{M_b}\\ \frac{acos\mathrm{\θ}-2bsin\mathrm{\θ}}{2J}& \frac{a}{J}\end{array}\right];E_0=\left[\begin{array}{cc}\frac{k_1}{M_b}& \frac{2k_2}{M_b}\\ \frac{k_1(-a+2btan\mathrm{\θ})}{2J}& \frac{-k_{2}a}{J}\end{array}\right];$

$C_0=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right];$

式(6)离散化得：

$\left\{\begin{array}{c}x(k+1)=A_{0}x\left(k\right)+B_{0}u\left(k\right)+E_{0}z\left(k\right)\\ y\left(k\right)=C_{0}x\left(k\right)\end{array}\right.---\left(7\right)$

定义误差变量为系统的期望输出y_d(k)与系统输出y(k)之差：

e(k)＝r(k)－y(k)(8)

将式(7)、(8)按Δe(k)＝e(k+1)－e(k)进行一阶差分，得到误差系统：

$\left[\begin{array}{c}e(k+1)\\ \mathrm{\Δ}x(k+1)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}I& -CA\\ O& A\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}e\left(k\right)\\ \mathrm{\Δ}x\left(k\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}-CB\\ B\end{array}\right]\mathrm{\Δ}u\left(k\right)+\left[\begin{array}{c}-CE\\ E\end{array}\right]\mathrm{\Δ}z\left(k\right)+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}r\left(k\right)\\ 0\end{array}\right]---\left(9\right)$

将式(9)可表示为：

x₀(k+1)＝Fx₀(k)+GΔu(k)+G_eΔz(k)+Δr(k)

期望输出r(k)为常数，所以有Δr(k)＝0，于是上式可写为：

x₀(k+1)＝Fx₀(k)+GΔu(k)+G_eΔz(k)(10)

设货车车架7扰动信号可以预测到前面的第N_r步，并定义：

$x_r\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}z\left(k\right)\\ \mathrm{\Δ}z(k+1)\\ ...\\ \mathrm{\Δ}z(k+N_r)\end{array}\right]---\left(11\right)$

于是系统(9)可扩展考虑将来干扰信号的扩大误差系统：

$\left[\begin{array}{c}{x}_0(k+1)\\ x_r(k+1)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}F& G_{ed}\\ O& A_r\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_0\left(k\right)\\ x_r\left(k\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}G\\ 0\end{array}\right]\mathrm{\Δ}u\left(k\right)---\left(12\right)$

其中，G_ed＝[G_e00...0]；

$A_r=\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& 0& ...& 0\\ ...& ...& 1& ...& 0\\ ...& ...& ...& ...& ...\\ 0& 0& 0& ...& 1\\ 0& 0& 0& ...& 0\end{array}\right]$

应用最优控制理论，需要找到一个最优控制信号u(t)，得到评价指标

$J=\underset{k=-N_d}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\left\{x_0^T\left(k\right){\mathrm{Qx}}_0\right(k)+{\mathrm{\Δu}}^T\left(k\right)H\mathrm{\Δ}u(k\left)\right\}---\left(13\right)$

其中，Q是半正定矩阵；

H为正定矩阵，对扩展的误差系统利用最优控制理论，可得

$\mathrm{\Δ}u\left(k\right)=F_0{x}_0\left(k\right)+\underset{j=0}{\overset{N_d}{\Σ}}{F}_e\left(j\right)\mathrm{\Δ}z(k+j)---\left(14\right)$

其中

F₀＝-[H+G^TPG]^-1G^TPG

P＝Q+F^TPF-F^TPG[H+G^TPG]^-1G^TPF

F_e(j)＝-[H+G^TPG]^-1G^T[(F+GF₀)^T]^jPG_ej＝0,1,2,...,N_d

则车厢17的小幅振动得到消除。

综上所述：与现有的宏观调控方式相比，本发明结合预见控制方法以及货车车厢自动平衡技术的机械结构于一体，通过控制弹簧缸的伸缩的可对车厢17的前、后、左、右、进行平衡调节；

该方法和装置能够直接用于货车在上坡下坡、转弯或在颠簸路面时车厢的自动平衡，能够减少复杂路貌对车厢平衡的影响，同时也能降低车厢的小幅振动，进一步保证货物的运输安全；具有环境适应能力强、操作简单、实时性好、可靠性高、稳定性好等优点。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置，其特征在于，它包括：

控制系统(1)、倾斜伺服电动弹簧缸(3)、副臂(4)、导向杆(6)、车架(7)、倾角传感器(8)、第一组垂直伺服电动弹簧缸(11)、第二组垂直伺服电动弹簧缸(12)、双向对称伸缩缸(15)、车厢(17)、第一组位移传感器(18)、第二组位移传感器(19)以及第三组位移传感器(20)；

所述倾斜伺服电动弹簧缸(3)的前端通过车架(7)前端中心处固定的第一组转动副(2)铰接在车架(7)上、后端通过第一组万向铰(5)串接在车厢(17)前端下沿设有的导向杆(6)上；

所述第一组垂直伺服电动弹簧缸(11)的下端通过车架(7)尾端设有的第一组固定安装孔(9)固定安装在车架(7)上、上端通过第二组万向铰(13)铰接在双向对称伸缩缸(15)左端；

所述第二组垂直伺服电动弹簧缸(12)的下端通过车架(7)尾端设有的第二组固定安装孔(10)固定安装在车架(7)上、上端通过第三组万向铰(14)铰接在双向对称伸缩缸(15)右端；

所述双向对称伸缩缸(15)通过车厢(17)尾端上沿设有的第二组转动副(16)铰接在车厢(17)顶部；

所述倾角传感器(8)安装在车厢(17)正下方中心处；

所述第一组位移传感器(18)安装在倾斜伺服电动弹簧缸(3)的活塞与缸筒之间；

所述第二组位移传感器(19)安装在第一组垂直伺服电动弹簧缸(11)的活塞与缸筒之间；

所述第三组位移传感器(20)安装在第二组垂直伺服电动弹簧缸(12)的活塞与缸筒之间；

其中，所述倾斜伺服电动弹簧缸(3)、第一组垂直伺服电动弹簧缸(11)、第二组垂直伺服电动弹簧缸(12)、副臂(4)分别连接至控制系统(1)，控制系统(1)接收和发出动作指令，控制各弹簧缸的伸缩。

2.根据权利要求1所述的一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置，其特征在于，所述的双向对称伸缩缸(15)包括第一组活塞杆(15-1)、缸筒(15-2)、推杆腔(15-3)、推杆(15-4)、滑块(15-5)、第二组活塞杆(15-6)和导向槽(15-7)；

其中，第一组活塞杆(15-1)、第二组活塞杆(15-6)与缸筒(15-2)内壁之间通过移动副连接，两侧推杆(15-4)的一端分别与第一组活塞杆(15-1)、第二组活塞杆(15-6)铰接，另一端分别与分布在两侧的滑块(15-5)铰接，导向杆(15-7)穿过滑块(15-5)使其沿着自身滑动；

当两侧第一组活塞杆(15-1)、第二组活塞杆(15-6)向外运动时，两侧推杆(15-4)带动中间的滑块(15-5)沿中间的导向槽(15-7)向缸筒(15-2)中心收拢；两侧推杆(15-4)等长，从而使两侧第一组活塞杆(15-1)、第二组活塞杆(15-6)的伸长量保持同步。

3.根据权利要求2所述的一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置，其特征在于，所述倾斜伺服电动弹簧缸(3)可绕第一组转动副(2)在竖直面内转动，其转角范围为0°～60°。

4.根据权利要求2所述的一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制装置，其特征在于，所述车厢(17)可绕第二组转动副(16)前后俯仰，其俯仰角变化范围为±30°。

5.根据权利要求2所述的一种制动器用摩擦片压紧、分离机构，其特征在于，所述车厢(17)通过第一组垂直伺服电动弹簧缸(11)、第二组垂直伺服电动弹簧缸(12)进行左右翻转，其翻转角变化范围为±20°。

6.一种基于预见控制的货车车厢自动平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)调节车厢的左右平衡：

根据倾角传感器(8)测得的翻转角为β，由控制系统(1)输出控制信号，分别调整第一组垂直伺服电动弹簧缸(11)、第二组垂直伺服电动弹簧缸(12)的伸长量，直到倾角传感器8显示翻转角β为0，即将车厢(17)调成左右等高；

此时分别利用第二组位移传感器(19)、第三组位移传感器(20)记录下在该调整过程中第一组垂直伺服电动弹簧缸(11)的伸长量ΔL₁和第二组垂直伺服电动弹簧缸(12)的伸长量ΔL₂；

2)调节车厢的前后平衡：

基于步骤1)得到的伸长量ΔL₁和ΔL₂，得到车厢(17)尾端中心处的竖直位移Δh₁，并根据倾斜伺服电动弹簧缸(3)的初始长度L₃₀，车厢(17)高度为b，第一组转动副(2)到平衡时车厢(17)前端的水平距离d，第二组转动副(16)的轴心到车架(7)的距离D，计算得出倾斜伺服电动弹簧缸(3)的预计伸长量ΔL₃，由控制系统(1)输出控制信号，调节倾斜伺服电动弹簧缸(3)的伸长量为ΔL₃，并驱动副臂(4)辅助倾斜伺服电动弹簧缸(3)的伸缩，直到将车厢(17)调成前后等高，从而使车厢(17)恢复到平衡状态；

3)采用预见控制方法，应用最优控制理论得到最优控制信号u(t)、从而及时消除车厢(17)的小幅振动。