CN107792172B - 一种用于控制模块化平板车转向的控制系统及控制方法 - Google Patents

一种用于控制模块化平板车转向的控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于控制模块化平板车转向的控制系统及控制方法，该控制系统包括遥控器、与遥控器电连接的主控制器、与主控制器分别电连接的多个从控制器；遥控器和主控制器均设置在动力模块上，多个从控制器与多个模块单元车一一对应设置，每一从控制器分别电连接有多个角度传感器，多个角度传感器和与其电连接的从控制器对应的模块单元车的多个轮组一一对应设置，且每一从控制器分别和与其对应的模块单元车的每一轮组上的比例阀电连接。本发明有效解决了现有转向控制方法中存在的车辆空载转向不同步，重载转向卡滞的问题，良好的改善了车辆的转向控制，提高了安全性。

Description

一种用于控制模块化平板车转向的控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及车辆转向控制技术领域，尤其涉及一种用于控制模块化平板车转向的控制系统及控制方法。
背景技术
模块化平板车是一种功能复杂的机电液一体化地面车辆，适用于大型货物长距离运输及工程设备现场转运。配置负载敏感液压转向系统，应用全轮独立转向技术，具有横向、斜行、前转、后转、原地转圈等多种转向模式。模块化平板车又称自行式模块车，相比普通重型运输平板车，具有组合方式多样化，运输形式更灵活的特点。一台模块化平板车通常由一个动力模块和多个模块单元车组成。模块单元车通常有8轮组、12轮组、16轮组等多种配置，不同个数拼接后，一台车辆可配置不同个数轮组，形成不同吨位的载重能力，一台车最大可有80个轮组。
由于模块化平板车组合形式灵活，具有相同转向动力的一台车会配置不同数量轮组，负载范围覆盖大，不同转向模式每个轮组的目标角度也不相同，所以要控制同步转向，保证不同数量轮组，不同转向模式下，每个轮组同步到达，比较困难。目前模块化平板车的同步转向控制方法主要采用普通重型平板车的控制方法，控制效果较差。在轮组较少，空载或负载较轻时能明显看出轮组到位时间存在差异，在轮组较多或负载较重时，会出现部分轮组卡滞，待其它轮组转向到位后才开始转动的现象。转向不同步轻则导致驾驶性差、轮胎磨损，重则导致货物倾翻，引发安全事故。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本申请提供一种用于控制模块化平板车转向的控制系统，该用于控制模块化平板车转向的控制系统包括遥控器、与所述遥控器电连接的主控制器、与所述主控制器分别电连接的多个从控制器；
所述遥控器和所述主控制器均设置在所述动力模块上，所述多个从控制器与所述多个模块单元车一一对应设置，每一所述从控制器分别电连接有多个角度传感器，所述多个角度传感器和与其电连接的从控制器对应的模块单元车的多个轮组一一对应设置，且每一所述从控制器分别和与其对应的模块单元车的每一轮组上的所述比例阀电连接；
所述主控制器用于根据所述遥控器输出的控制信号和每一所述从控制器发送的其对应的模块单元车的轮组信息确定所述模块化平板车中每一轮组在转向时的目标角度，所述从控制器用于接收与其电连接的每一角度传感器发送的对应轮组的实际角度，并根据所述目标角度和所述实际角度的差值确定每一轮组对应的比例阀的控制电流。
可选地，所述遥控器和所述主控制器之间，所述主控制器和所述从控制器之间均通过CAN总线连接。
可选地，所述遥控器包括用于选择转向模式的模式选择按钮和用于控制转向角度的操作手柄。
可选地，所述遥控器输出的所述控制信号包括控制转向模式的模式控制信号和控制转向角度的角度控制信号。
相应地，针对上述现有技术中存在的不足之处，本申请还提供一种用于控制模块化平板车转向的控制方法，该用于控制模块化平板车转向的控制方法包括：
主控制器根据遥控器输出的控制信号和每一从控制器发送的其对应的模块单元车的轮组信息确定模块化平板车中每一轮组在转向时的目标角度，然后将所述控制信号和所述目标角度发送给从控制器；
主控制器根据动力模块的动力参数和模块化平板车的轮组总数确定比例阀的可控电流范围，并将所述可控电流范围发送给从控制器；
从控制器根据所述控制信号，所述目标角度和其对应的模块单元车的每一轮组实际角度的转向差值，所述可控电流范围，及其对应的模块单元车的轮组总数确定每一轮组对应的比例阀的理论控制电流；
从控制器根据其对应的模块单元车的每一轮组的所述转向差值与所有模块单元车轮组中最小转向差值的差值，确定每一轮组的同步控制电流，并将每一轮组对应的同步控制电流和理论控制电流叠加得到其实际控制电流；
从控制器将每一比例阀对应的实际控制电流发送给对应比例阀，实现对模块化平板车转向的控制。
可选地，所述轮组信息包括对应的模块单元车的轮组数量，所述主控制器根据动力模块的动力参数和模块化平板车的轮组总数确定每一比例阀的可控电流范围的步骤之前，所述控制方法还包括：
主控制器根据每一从控制器发送的其对应的模块单元车的轮组信息，对各模块单元车的轮组数量进行求和，得到模块化平板车的轮组总数。
可选地，所述轮组信息还包括对应的模块单元车的轮距和轴距。
可选地，所述控制信号包括控制转向模式的模式控制信号和控制转向角度的角度控制信号。
可选地，所述动力参数包括动力模块的发动机转速、液压泵的排量和分动箱参数。
可选地，所述转向模式包括前转向、后转向、普通转向、斜行转向、90度转向、横向转向和原地转圈。
本发明通过主控制器根据遥控器输出的控制信号和从控制器发送的模块单元车的轮组信息确定每一轮组的目标角度，以及根据动力模块的动力参数和模块化平板车的轮组总数确定比例阀的可控电流范围，然后通过从控制器根据控制信号，目标角度和轮组实际角度的转向差值，可控电流范围，及模块单元车的轮组总数确定每一轮组对应的比例阀的理论控制电流；并根据每一轮组的转向差值与所有模块单元车轮组中最小转向差值的差值，确定每一轮组的同步控制电流，最终通过将每一轮组对应的同步控制电流和理论控制电流叠加得到其实际控制电流，来控制比例阀的工作，实现车辆的转向控制，有效解决了现有转向控制方法中存在的车辆空载转向不同步，重载转向卡滞的问题，良好的改善了车辆的转向控制，提高了安全性。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的用于控制模块化平板车转向的控制系统的结构框图；
图2为本发明第二实施例提供的用于控制模块化平板车转向的控制方法的流程示意图。
图3为模块化平板车的结构示意图。
附图标记说明：
1：动力模块，2：模块单元车，3：遥控器，4：主控制器，5：从控制器，6：角度传感器，7：比例阀，8：液压泵，9：马达，10：转向机构。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
请参阅图1和图3，图1示出了本实施例中的用于控制模块化平板车转向的控制系统的结构框图，图3示出了模块化平板车的结构示意图，该模块化平板车包括动力模块1和多个模块单元车2，每一模块单元车2上分别设置有多个轮组，每一轮组分别对应设置有液压型转向机构10，该转向机构10中的由液压泵8通过液压式马达9来提供动力，并且在每一马达9和液压泵8之间分别连接电磁式比例阀7，该比例阀7可根据其控制电流大小调节阀的开度，从而通过液压流量驱动转向机构10控制轮组转向速度。其中液压泵8设置在动力模块1上，转向机构10、马达9和比例阀7的数量与该模块化平板车的轮组数量相同。
该用于控制模块化平板车转向的控制系统包括遥控器3、与遥控器3电连接的主控制器4、与主控制器4分别电连接的多个从控制器5；其中遥控器3和主控制器4均设置在动力模块1上，多个从控制器5与多个模块单元车2一一对应设置，也即在每一模块单元车2上均设置有一个从控制器5，且每一从控制器5分别电连接有多个角度传感器6，多个角度传感器6和与其电连接的从控制器5对应的模块单元车的多个轮组一一对应设置，也即在每一轮组上分别对应设置有一角度传感器6，且每一从控制器5分别和与其对应的模块单元车的每一轮组上的比例阀7通过电路实现电连接，以便从控制器5可以向对应的比例阀7输出控制电流。
主控制器4用于根据遥控器3输出的控制信号和每一从控制器5发送的其对应的模块单元车2的轮组信息确定模块化平板车中每一轮组在转向时的目标角度，从控制器5用于接收与其电连接的每一角度传感器6发送的对应轮组的实际角度，并根据目标角度和实际角度的差值确定每一轮组对应的比例阀7的控制电流。
具体地，在本实施例中遥控器3和主控制器4之间，主控制器4和从控制器5之间均通过CAN总线连接，液压泵8和比例阀7之间，比例阀7和马达9之间均通过液压管连接。
遥控器3包括用于选择转向模式的模式选择按钮和用于控制转向角度的操作手柄。该遥控器输出的控制信号包括控制转向模式的模式控制信号和控制转向角度的角度控制信号。
本实施例通过主控制器根据遥控器输出的控制信号和每一从控制器发送的其对应的模块单元车的轮组信息确定模块化平板车中每一轮组在转向时的目标角度，从控制器用于接收与其电连接的每一角度传感器发送的对应轮组的实际角度，并根据目标角度和实际角度的差值确定每一轮组对应的比例阀的控制电流，来控制比例阀的工作，实现车辆的转向控制。有效解决了现有转向控制方法中存在的车辆空载转向不同步，重载转向卡滞的问题，良好的改善了车辆的转向控制，提高了安全性。
第二实施例
请参阅图2，图2示出了本实施例中的用于控制模块化平板车转向的控制方法的流程示意图，该控制方法包括：
S201，主控制器根据遥控器输出的控制信号和每一从控制器发送的其对应的模块单元车的轮组信息确定模块化平板车中每一轮组在转向时的目标角度，然后将控制信号和目标角度发送给从控制器。
需要说明的是，轮组信息包括对应模块单元车的轮组数、轮距和轴距等信息。控制信号包括控制转向模式的模式控制信号和控制转向角度的角度控制信号。转向模式包括前转向、后转向、普通转向、斜行转向、90度转向、横向转向和原地转圈，其中前转向、后转向、普通转向、斜行转向为动态模式，其转向角度跟随控制转角变化，90度转向、横向转向、原地转圈为静态模式，其转向角度为固定状态。
S202，主控制器根据动力模块的动力参数和模块化平板车的轮组总数确定比例阀的可控电流范围，并将可控电流范围发送给从控制器。
需要说明的是，上述动力参数包括动力模块的发动机转速、液压泵的排量和分动箱参数等。对于模块化平板车的轮组总数的确定，本实施例中是通过以下方式实现的，主控制器根据每一从控制器发送的其对应的模块单元车的轮组信息，对各模块单元车的轮组数量进行求和，从而得到模块化平板车的轮组总数。
上述步骤确定比例阀可控电流范围的意义在于，模块化平板车的液压转向系统，从一定程度上能够保证液压流量只与比例阀的节流开度有关，因此轮组转速与液压阀的控制电流具有一定线性相关性，调节比例阀的控制电流就能够调节轮组的转向速度。
但由于模块化平板车具有自由拼接的特点，一个动力模块可能连接不同数量的模块单元车，每台模块化平板车可能配置不同数量轮组。因此即便采用同样的动力系统驱动，其对应的轮组数量差异也可能很大，如果不考虑动力匹配，采用固定电流范围的同步性调节方法，可能会超出动力系统能力，出现基于负载敏感系统的轮组转速与控制电流的线性相关性失效，轮组卡滞的现象，也可能会出现动力特性未得到有效发挥，转向速度慢的现象。
因此需要通过上述步骤根据动力参数和车辆拼接后轮组的数量等信息来确定比例阀可控电流范围，保证同步控制的有效性。其实现过程可称之为动力匹配的过程，具体地其实现过程为，主控制器首先采集动力模块的动力参数，考虑效率后计算车辆的转向动力参数，结合车辆的轮组数量信息计算每个比例阀的可控电流范围，并将该可控电流范围发送给每个从控制器。
S203，从控制器根据控制信号，目标角度和其对应的模块单元车的每一轮组实际角度的转向差值，可控电流范围，及其对应的模块单元车的轮组总数确定每一轮组对应的比例阀的理论控制电流。
需要说明的是，由于模块化平板车采用电子多模式转向技术，每个轮组可以独立转向，有多种转向模式，其中动态模式要求跟随性良好，静态模式要求快速到达。同步转向需要轮组同步到达，每个轮组目标角度不同，其转向速度也不同，如果不考虑模式差异采用相同的控制策略，则无法保证同步转向过程的动态特性。
因此在确定比例阀的控制电流时，需要进行模式匹配的过程，也即上述步骤中在确定比例阀的控制电流时是基于每种模式的动态特性，计算每种模式下每个轮组同步到达需要的理论速度，然后应用转向系统模型，基于上述动力匹配的过程，计算该速度对应的理论控制电流，从而能有效避免同步控制过程中因模式差异导致的不同步，并保证动力性能及动态特性最佳。
例如前转模式，车辆以最后一排轮组为转向中心线进行转向，第一排轮组转角最大，最后一排轮组转角最小，为保证同时达到，那么它们的转向速率是依次递减的。根据具体的速率要求，计算所有轮组速率比例关系，然后计算控制电流。同时基于上述动力匹配的过程对动力进行二次分配，以便发挥最大的动力特性，例如从控制器接收到主控制器发送的可控电流范围是0-400mA，如果不对动力进行二次分配，那么第一排轮组调节电流最大为400mA，根据速率关系最后一排轮组实际最大调节电流可能只有100mA，那么动力会发生浪费。
而如果基于上述动力匹配过程在模块单元车中继续考虑动力匹配，从控制器根据该模块单元车可用转向动力和每个轮组控制电流关系对实际可控电流范围进行二次分配。如第一排轮组和最后一排轮组速率关系为3:1，他们接收到的可控电流范围为0-400mA，那么重新按比例分配，第一排轮组实际最大电流可调节至600mA，最后一排可调节至200mA,可见动力特性得到了提升。
S204，从控制器根据其对应的模块单元车的每一轮组的转向差值与所有模块单元车轮组中最小转向差值的差值，确定每一轮组的同步控制电流，并将每一轮组对应的同步控制电流和理论控制电流叠加得到其实际控制电流。
需要说明的是，经过上述一系列步骤后从理论计算上保证了轮组转向过程中的同步性，但是基于理论模型的计算在实际应用中会有较大差异。如液压系统响应滞后，轮组转向动态特性耦合及比例阀控制精度不高都会导致转向系统模型误差。因此需要进行同步控制过程，也即上述步骤中以所有转向轮组中最小误差轮组为目标进行跟随，跟随目标不是固定轮，有效避免环境干扰，保证良好动态性。采用模糊PID控制方法，以轮组目标角度与实际角度误差和最小误差轮组误差的误差为反馈量，使轮组间的误差不断收敛，有效保证同步性。也即在上述得到的理论控制电流的基础上，叠加同步控制电流，有效提高系统鲁棒性。
S205，从控制器将每一比例阀对应的实际控制电流发送给对应比例阀，实现对模块化平板车转向的控制。
本实施例通过主控制器根据遥控器输出的控制信号和从控制器发送的模块单元车的轮组信息确定每一轮组的目标角度，以及根据动力模块的动力参数和模块化平板车的轮组总数确定比例阀的可控电流范围，然后通过从控制器根据控制信号，目标角度和轮组实际角度的转向差值，可控电流范围，及模块单元车的轮组总数确定每一轮组对应的比例阀的理论控制电流；并根据每一轮组的转向差值与所有模块单元车轮组中最小转向差值的差值，确定每一轮组的同步控制电流，最终通过将每一轮组对应的同步控制电流和理论控制电流叠加得到其实际控制电流，来控制比例阀的工作，实现车辆的转向控制，有效解决了现有转向控制方法中存在的车辆空载转向不同步，重载转向卡滞的问题，良好的改善了车辆的转向控制，提高了安全性。
此外，本领域内的技术人员应明白，本实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于控制模块化平板车转向的控制系统，所述模块化平板车包括动力模块和多个模块单元车，所述模块单元车的每一轮组上分别设置有电磁式比例阀，其特征在于，所述控制系统包括遥控器、与所述遥控器电连接的主控制器、与所述主控制器分别电连接的多个从控制器；
所述遥控器和所述主控制器均设置在所述动力模块上，所述多个从控制器与所述多个模块单元车一一对应设置，每一所述从控制器分别电连接有多个角度传感器，所述多个角度传感器和与其电连接的从控制器对应的模块单元车的多个轮组一一对应设置，且每一所述从控制器分别和与其对应的模块单元车的每一轮组上的所述比例阀电连接；
所述主控制器用于根据所述遥控器输出的控制信号和每一所述从控制器发送的其对应的模块单元车的轮组信息确定所述模块化平板车中每一轮组在转向时的目标角度，所述从控制器用于接收与其电连接的每一角度传感器发送的对应轮组的实际角度，并根据所述目标角度和所述实际角度的差值确定每一轮组对应的比例阀的控制电流；
所述控制系统的控制方法包括：
主控制器根据遥控器输出的控制信号和每一从控制器发送的其对应的模块单元车的轮组信息确定模块化平板车中每一轮组在转向时的目标角度，然后将所述控制信号和所述目标角度发送给从控制器；
主控制器根据动力模块的动力参数和模块化平板车的轮组总数确定比例阀的可控电流范围，并将所述可控电流范围发送给从控制器；
从控制器根据所述控制信号、所述目标角度和其对应的模块单元车的每一轮组实际角度的转向差值、所述可控电流范围、及其对应的模块单元车的轮组总数确定每一轮组对应的比例阀的理论控制电流；
从控制器根据其对应的模块单元车的每一轮组的所述转向差值与所有模块单元车轮组中最小转向差值的差值，确定每一轮组的同步控制电流，并将每一轮组对应的同步控制电流和理论控制电流叠加得到其实际控制电流；
从控制器将每一比例阀对应的实际控制电流发送给对应比例阀，实现对模块化平板车转向的控制。
2.如权利要求1所述的用于控制模块化平板车转向的控制系统，其特征在于，所述遥控器和所述主控制器之间，所述主控制器和所述从控制器之间均通过CAN总线连接。
3.如权利要求1所述的用于控制模块化平板车转向的控制系统，其特征在于，所述遥控器包括用于选择转向模式的模式选择按钮和用于控制转向角度的操作手柄。
4.如权利要求3所述的用于控制模块化平板车转向的控制系统，其特征在于，所述遥控器输出的所述控制信号包括控制转向模式的模式控制信号和控制转向角度的角度控制信号。
5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述轮组信息包括对应的模块单元车的轮组数量，所述主控制器根据动力模块的动力参数和模块化平板车的轮组总数确定每一比例阀的可控电流范围的步骤之前，所述控制方法还包括：
主控制器根据每一从控制器发送的其对应的模块单元车的轮组信息，对各模块单元车的轮组数量进行求和，得到模块化平板车的轮组总数。
6.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述轮组信息还包括对应的模块单元车的轮距和轴距。
7.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制信号包括控制转向模式的模式控制信号和控制转向角度的角度控制信号。
8.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述动力参数包括动力模块的发动机转速、液压泵的排量和分动箱参数。
9.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述转向模式包括前转向、后转向、普通转向、斜行转向、90度转向、横向转向和原地转圈。
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