CN108001525A - 车辆转向限制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了车辆转向限制方法及系统，该车辆转向限制系统包括：方向盘旋转角度测量装置，用于检测方向盘旋转角度；车辆当前转向角度确定装置，根据所述方向盘旋转角度测量装置所测得的方向盘旋转角度，确定车辆当前转向角度；限制指令生成装置，将所述车辆当前转向角度确定装置所确定的车辆当前转向角度与车辆最大允许转向角相比较，当所述车辆当前转向角度与所述车辆最大允许转向角之间的差值落入预定范围时，生成转向限制指令；转向组件控制阀，根据所述转向限制指令控制转向油缸的动作，阻止转向角度的增大。

Description

车辆转向限制方法及系统

技术领域

本发明涉及农用车辆，更具体地涉及一种用于农用拖拉机实现主动限制转向角的方法及系统，该农用车辆可具有前桥悬架或任何其它合适的前桥组件。

背景技术

目前，农业机械自动化及智能化水平不断在提高，用户对农业机械的自动化程度和驾驶的舒适性、安全性也提出了更高的要求。就当前的农用拖拉机而言，在转向过程中，其前桥的转向角度直接关系到拖拉机驾驶的安全性，转向角度过大，会导致轮胎与机罩碰撞、接触造成车辆损坏，易发生翻车事故。

正常情况下，拖拉机使用的前桥的左右转动角度可以达到50°左右，但在安装了轮胎和机罩后，车辆的转向角度会被限制很多。为了防止车辆在转向时轮胎与机罩接触、碰撞造成损坏，现有技术大多是在前桥上安装机械式限位装置(如装限位块和限位螺栓)来限制轮胎的转向角度，这是一种被动地限制转向角度的方法，这种转向限位方法常由于油缸转向时产生的压力过大，易造成限位装置损坏。而且轮胎尺寸的变化(如更换了不同型号轮胎)、机罩位置的变化或车辆左右两侧的路面高度不同都会使车辆的转向角发生改变，这时需要重新安装限位装置改变其在前桥的位置才能适用。在前桥与前轮连接处安装角度传感器等监测前轮转向角度的方式，需要对原有的机械结构进行改造，而且由于拖拉机的工作环境恶劣，作物、杂草、砂石等容易对传感器和信号传输线路造成损伤，影响传感器的正常使用，从而导致该主动限制车辆转向角的系统失效。

上述农用车辆转向角度的限位装置不仅易损坏、对路面环境的适应性差，而且在轮胎尺寸变化时还需手动调节其位置，繁琐不便，若安装位置出现偏差则可能导致轮胎与附近的组件接触、碰撞，或使车辆的转向性能受到很大限制。

发明内容

本发明鉴于背景技术的以上情况作出，用于缓解或消除背景技术中存在的一个或更多个问题，至少提供一种有益的选择。

为了实现以上目的，根据本发明的一个方面，提供了一种车辆转向限制系统，包括：方向盘旋转角度测量装置，用于检测方向盘旋转角度；车辆当前转向角度确定装置，根据所述方向盘旋转角度测量装置所测得的方向盘旋转角度，确定车辆当前转向角度；限制指令生成装置，将所述车辆当前转向角度确定装置所确定的车辆当前转向角度与车辆最大允许转向角相比较，当所述车辆当前转向角度与所述车辆最大允许转向角之间的差值落入预定范围时，生成转向限制指令；转向组件控制阀，根据所述转向限制指令控制转向油缸的动作，阻止转向角度的增大。

根据本发明的另一个方面，提供了一种车辆转向限制方法，包括：方向盘旋转角度测量步骤，用于检测方向盘旋转角度；车辆当前转向角度确定步骤，根据所述方向盘旋转角度，确定车辆当前转向角度；限制指令生成步骤，将所述车辆当前转向角度与车辆最大允许转向角相比较，当所述车辆当前转向角度与所述车辆最大允许转向角之间的差值落入预定范围时，生成转向限制指令；转向组件控制步骤，根据所述转向限制指令控制转向油缸的动作，阻止转向角度的增大。

依据本发明的实施方式，可以完成农用车辆转向角的主动限制，更具智能特性。

附图说明

图1为可应用本发明的转向角限制方法和装置的农用车辆的一种实施方式的侧视图；

图2示出了平坦路面情况下确定最大允许转向角的原理示意图(前视图)；

图3示出了平坦路面情况下确定最大允许转向角的原理示意图(俯视图)；

图4示出了不平坦路面情况下确定最大允许转向角的原理示意图(前视图)；

图5示出了依据本发明的一种实施方式的农用车辆转向角主动限制系统结构示意图；

图6示出了依据本发明的又一种实施方式的农用车辆转向角主动限制系统结构示意图；

图7示出了依据本发明的另一种实施方式的农用车辆转向角主动限制系统结构示意图。

图8示出了依据本发明的一种实施方式的车辆转向限制方法的示意性流程图。

具体实施方式

对本发明进行描述之前，先简要介绍本发明使用的一些术语。前桥(也称前轴)通过悬架与车架(或承载式车身)相连接，两端安装车轮。车架所受的垂直载荷通过车桥传到车轮；车轮上的滚动阻力、驱动力、制动力和侧向力及其弯矩、转矩又通过车桥传递给悬架和车架，故车桥的作用是传递车架与车轮之间的各向作用力及其所产生的弯矩和转矩。悬架是车辆的车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并减少由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。转向角是指车辆前轮向左或者向右转到极限位置与前轮不发生偏转时中心线所形成的角度。车辆的机罩/引擎罩也被称为引擎盖、发动机罩、引擎盖保护套等。绝对式编码器也称为绝对型旋转光电编码器。绝对式编码器的光码盘上有许多道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线……编排。这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码，这就称为n位绝对编码器。绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它不受停电、干扰的影响。旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈绝对值编码器。如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对值编码器。当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘(或多组齿轮，多组码盘)，在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。

图1为可应用本发明的转向角限制方法和装置的农用车辆的一种实施方式的侧视图。在图1中，该农用车辆为农用拖拉机，然而，在其他实施例中，也可以是其它合适的农用车辆。

如图1所示，该农用车辆包括前轮11、后轮12、与车轮连接的底盘13、安装在底盘13上的发动机14和变速箱15。该农用车辆还包括机罩16、驾驶室17，机罩16从驾驶室17朝车辆的前端延伸，用以容纳发动机14和各种其它部件(如液压系统、电气系统等)，驾驶室17内可安装农用车辆转向角主动限制系统中的人机交互装置、控制装置(例如整机控制装置)、绝对式编码器等。前桥悬架18设置在机罩16下方，通过前桥悬架油缸19(参阅图2)伸缩可使前桥相对于底盘13竖直方向运动(可减缓行驶过程中竖向的震动)，即,使得机罩16相对于前桥的位置发生变化。

图2～4为控制装置1基于前桥悬架油缸19行程和轮胎尺寸确定所述农用车辆最大允许转向角的示意图。

图2示出了平坦路面情况下确定最大允许转向角的原理示意图(前视图)。图3示出了平坦路面情况下确定最大允许转向角的原理示意图(俯视图)。如图2所示，前桥悬架油缸19的行程在某一确定位置时，前轮胎11处于水平位置，与机罩的竖直距离为k₁。如图3所示，车辆的前轮胎11从零转向角位置向左或向右转动α角度会与机罩16接触、碰撞，因此，为保证行驶安全，使前轮胎11与机罩16和相关部件之间留有一定间隙，车辆最大允许转向角可确定为比所述转向角α稍小的角度，例如可取转向角α的90％～95％。

当农用车辆自身重量增大或驾驶员手动调节前桥悬架油缸19的行程使机罩16位置下降，使所述竖直距离k₁增大时，前轮胎11从零转向角位置向左或向右旋转至与机罩16接触的最大旋转角度α会比变化前减小。反之，当机罩16位置上升，竖直距离k₁减小时，前轮胎11从零转向角位置向左或向右旋转至与机罩16接触的最大旋转角度α会比变化前增大。

图4示出了不平坦路面情况下确定最大允许转向角的原理示意图(前视图)。如图4所示，在当路面不平坦的情况下，前桥悬架油缸19的行程发生变化而左右油缸的行进长度不同时，前轮胎11出现倾斜，不在水平位置。此时除竖直距离k₁发生变化外，前轮胎11处于零转向角位置时的与机罩16相关部件之间的水平距离k₂也明显减小，故前轮胎11从零转向角位置向左向右旋转至与机罩16接触的最大旋转角度α也随之减小。此时，可根据前桥油缸19的行程计算前桥倾斜角度、竖直距离k₁、水平距离k₂，结合输入的轮胎尺寸参数确定车辆的最大允许转向角。

图5示出了依据本发明的一种实施方式的农用车辆转向角主动限制系统结构示意图。如图5所示，依据本发明一种实施方式的农用车辆转向角主动限制系统包括方向盘旋转角度测量装置1、车辆当前转向角度确定装置2、限制指令生成装置3、转向组件控制阀4和转向油缸5。

方向盘旋转角度测量装置1例如可以为绝对式编码器，用于检测方向盘旋转角度。在方向盘转向柱处安装绝对式编码器，可检测方向盘的旋转角度。

车辆当前转向角度确定装置2根据方向盘旋转角度测量装置1所测得的方向盘旋转角度，确定车辆当前转向角度。限制指令生成装置3将车辆当前转向角度确定装置2所确定的车辆当前转向角度与车辆最大允许转向角相比较，当车辆当前转向角度与车辆最大允许转向角之间的差值落入预定范围时，生成转向限制指令。转向组件控制阀4根据所述转向限制指令控制转向油缸5的动作，阻止转向角度的增大。根据本发明的实施方式，可以完成转向角的主动限制。

方向盘的转动会使车辆转向角度发生变化，而两者之间存在着线性关系。例如某农用车辆前轮胎最大可向左、向右旋转a°、方向盘的旋转圈数为n圈，将前轮胎的转向角最左端视为0°、则最右端为2a°，将方向盘旋转角度从最左至最右视为0～n×360°。当方向盘旋转到最左端0°时前轮胎也旋转到最左端位置即0°，方向盘旋转到最右端n×360°时前轮胎转向角达到最右端位置即2a°，设所述车辆方向盘旋转角度为x，前轮胎转向角为f(x)，两者存在线性关系即f(x)＝kx，将数据带入即可求出k的值，从而得到方向盘旋转角度与前轮胎转向角的确切的函数关系。

根据一种实施方式，当车辆当前转向角度与最大允许转向角的差值(为了方便描述，这里差值为绝对值)小于阈值Δx时(阈值Δx是为保证控制装置有足够的反应时间完成转向的限制的一个预留值，为一个较小的角度值)，限制指令生成装置3生成转向限制指令并发送该指令至转向组件控制阀4来限制转向油缸5的动作，阻止转向角度继续增大。

图6示出了依据本发明的又一种实施方式的农用车辆转向角主动限制系统结构示意图。如图6所示，与图5所示的系统相比，依据本发明的又一种实施方式的农用车辆转向角主动限制系统还包括位移传感器6和最大允许转向角确定装置7。此时，该农用车辆安装有悬浮式前桥悬架，位移传感器6检测前桥悬架油缸行程。

位移传感器6可以是接触式或非接触式的任何能准确检测油缸行程的传感器。位移传感器将检测到前桥悬架的驱动油缸的位移信号反馈至最大允许转向角确定装置7，最大允许转向角确定装置7根据该驱动油缸的行程计算竖直距离k₁、水平距离k₂，获取机罩的位置信息。进一步，最大允许转向角确定装置7根据前轮胎的尺寸信息以及基于位移传感器6所获得的机罩位置信息，确定车辆的最大允许转向角度。

位移传感器安装在油缸上，一般有油缸内置磁致伸缩位移传感器(非接触式)和安装在油缸外侧检测油缸行程的接触式位移传感器。接触式传感器一端固定在油缸底部，一端与活塞杆连接，活塞杆伸缩使传感器输出的信号产生变化，从而检测油缸的行程。

根据一种实施方式，由机罩位置和轮胎尺寸确定最大允许转向角可在拖拉机结构设计中确定。例如，拖拉机的轮胎一般有2-3种尺寸的选择，前桥悬架油缸和转向油缸的行程会影响竖直距离k₁和水平距离k₂的值，所以在结构设计的时候会计算出不同尺寸轮胎与k₁和k₂确定最大允许转向角的一个对应关系一个数据库，最大允许转向角确定装置7可根据传感器检测到的数据对照数据库来确定最大允许转向角。假设竖直距离最大为H米，取其中10个点，每个点与一种尺寸的轮胎可对应一个最大允许转向角，如下表所示。

水平距离k₂同样可与每一种尺寸的轮胎确定上述对照关系。

前桥悬架油缸和转向油缸的行程会影响竖直距离k₁和水平距离k₂的值，其关系函数或对照表可以预先确定。

最大允许转向角确定装置7可根据输入的轮胎参数确定安装的是那一种轮胎，然后可由当前的k₁和k₂对照数据库，得到两个最大允许转向角，系统比较这两个最大允许转向角，取其中较小的一个作为车辆此时的最大允许转向角。

其余部件的工作可参见结合图5的描述，在此不予赘述。图5所示的实施方式中，最大允许转向角度可以预先设定后存储的，而在图6所示的实施方式下，根据位移传感器的测量结果和前轮胎的尺寸，确定车辆的最大允许转向角度。

图7示出了依据本发明的又一种实施方式的农用车辆转向角主动限制系统结构示意图。如图7所示，与图6所示的系统相比，依据本发明的又一种实施方式的农用车辆转向角主动限制系统包括报警提示装置8和输入显示装置9。报警提示装置8和输入显示装置9可以由一个人机界面装置完成，并设置在驾驶室中。输入显示装置9可以用来输入农用车辆前轮胎的尺寸参数，由分立的或作为最大允许转向角确定装置7的一部分的存储装置存储，并可显示提示信息等。最大允许转向角确定装置7在确定车辆最大允许转向角度时会使用该车辆前轮胎的尺寸参数。车辆前轮胎的尺寸参数可以预先存储供最大允许转向角确定装置7使用。

根据一种实施方式，车辆当前转向角度确定装置2、限制指令生成装置3、最大允许转向角确定装置7可集成在整车控制装置中，也可分立设置，并且各自均可由硬件构成、或硬件结合软件形成。

这样，所述农用车辆开始工作后，整车控制装置通过绝对式编码器与位移传感器反馈的信号获取方向盘旋转角度与前桥悬架油缸的行程计算车辆当前转向角度与机罩的位置，并根据机罩的位置信息与输入的轮胎尺寸参数确定车辆最大允许的转向角，然后通过通讯在人机界面上显示这些相关信息用来提示驾驶员是否能继续增大转向角或警示驾驶员主动减小转向角。当车辆当前转向角度与最大允许转向角的差值小于阈值Δx时(阈值Δx是为保证控制装置有足够的反应时间完成转向的限制的一个预留值，为一个较小的角度值)，整车控制装置发送控制信号至控制阀限制转向油缸的动作，阻止转向角度继续增大而与机罩碰撞、接触，并通过人机界面报警，提高所述农用车辆转向的安全性。

图8示出了依据本发明的一种实施方式的车辆转向限制方法的示意性流程图。如图8所示，依据本发明的一种实施方式的车辆转向限制方法包括以下的步骤。

首先是轮胎尺寸输入步骤S100，驾驶员输入农用车辆前轮胎的尺寸参数，由分立的或作为最大允许转向角确定装置7的一部分的存储装置存储。

然后在步骤S200，获得农用车辆的方向盘的旋转角度。在与方向盘转向柱处安装绝对式编码器，可检测方向盘的旋转角度。

然后在步骤S300，根据方向盘的旋转角度确定所述农用车辆的当前旋转角度。

接着，在步骤S400，检测前桥悬架油缸的行程，获取机罩的位置信息。

在步骤S500，根据输入轮胎尺寸参数和当前机罩的位置信息(竖直距离k₁、水平距离k₂)，分析计算出所述车辆当前最大允许转向角。根据一种实施方式，可与人机界面通讯，将最大允许转向角、车辆当前转向角等信息在人机界面上显示供驾驶员了解，用来提示驾驶员是否能继续增大转向角或警示驾驶员主动减小转向角。

然后，在步骤S600，将车辆当前的转向角与最大允许转向角比较，若差值小于阈值Δx(阈值Δx是为保证控制装置有足够的反应时间完成转向的限制的一个预留值，为一个较小的角度值)，则在人机界面显示报警并控制控制阀限制转向油缸的动作，从而限制转向角继续增大，在一种实施方式中，还进行报警，提醒驾驶员注意。

以上标号的选用只是为了描述的方便，不代表其执行顺序。受益于本发明的本领域技术人员可以非常清楚以上有些步骤可以同时进行，或者顺序可以颠倒，并且有些步骤可以省略。这都在本发明的保护范围内。

对方法的说明可以用于对装置的理解，对装置的说明也可用于对方法进行理解。

本发明的实施方式可以包括计算机可读存储介质，该存储介质存储有程序，在被计算机或处理器或处理器执行时，可以实现本发明的实施方式的的方法，或者使执行该软件的计算机或芯片或处理器成为本发明的系统中的装置。

本发明的实施方式改变了在前桥与前轮连接处安装角度传感器的检测转向角的方式，而可以在方向盘转向柱处安装绝对式编码器，检测方向盘的旋转角度来计算轮胎的转角。传感器在驾驶室内不会受环境影响而损坏，使用寿命长、维护方便，使系统的稳定性大大提高，维护成本降低。

本发明的实施方式不是通过限位块、限位螺栓等装置限制转向角，而是通过轮胎尺寸、机罩的位置信息综合确定农用车辆的最大允许转向角，对比车辆当前的转向角与最大允许转向角，完成农用车辆转向角的主动限制，更具智能特性。

Claims (10)

1.一种车辆转向限制系统，包括：

方向盘旋转角度测量装置，用于检测方向盘旋转角度；

车辆当前转向角度确定装置，根据所述方向盘旋转角度测量装置所测得的方向盘旋转角度，确定车辆当前转向角度；

限制指令生成装置，将所述车辆当前转向角度确定装置所确定的车辆当前转向角度与车辆最大允许转向角相比较，当所述车辆当前转向角度与所述车辆最大允许转向角之间的差值落入预定范围时，生成转向限制指令；

转向组件控制阀，根据所述转向限制指令控制转向油缸的动作，阻止转向角度的增大。

2.根据权利要求1所述的车辆转向限制系统，其特征在于，所述方向盘旋转角度测量装置设置在方向盘转向柱处。

3.根据权利要求1所述的车辆转向限制系统，其特征在于，所述方向盘旋转角度测量装置绝对式编码器。

4.根据权利要求1所述的车辆转向限制系统，其特征在于，所述车辆转向限制系统用于农用车辆，所述农用车辆具有悬浮式前桥悬架，所述车辆转向限制系统还包括：

位移传感器，所述位移传感器检测所述前桥悬架的驱动油缸的行程；

最大允许转向角确定装置，所述最大允许转向角确定装置根据所述驱动油缸的行程和前轮胎的尺寸信息确定车辆的最大允许转向角度，

所述限制指令生成装置根据所述最大允许转向角确定装置所确定的最大允许转向角度来决定是否生成所述转向限制指令。

5.根据权利要求4所述的车辆转向限制系统，其特征在于，所述车辆转向限制系统还包括报警装置和输入显示装置，在所述转向限制指令被生成时，所述报警装置向驾驶员进行报警，所述输入显示装置用于输入所述前轮胎的尺寸信息。

6.一种车辆转向限制方法，包括：

方向盘旋转角度测量步骤，用于检测方向盘旋转角度；

车辆当前转向角度确定步骤，根据所述方向盘旋转角度，确定车辆当前转向角度；

限制指令生成步骤，将所述车辆当前转向角度与车辆最大允许转向角相比较，当所述车辆当前转向角度与所述车辆最大允许转向角之间的差值落入预定范围时，生成转向限制指令；

转向组件控制步骤，根据所述转向限制指令控制转向油缸的动作，阻止转向角度的增大。

7.根据权利要求6所述的车辆转向限制方法，其特征在于，所述车辆转向限制方法用于农用车辆，所述农用车辆具有悬浮式前桥悬架，所述车辆转向限制方法还包括：

位移检测步骤，检测所述前桥悬架的驱动油缸的行程；

最大允许转向角确定步骤，所述最大允许转向角确定装置根据所述驱动油缸的行程和前轮胎的尺寸信息确定车辆的最大允许转向角度，

所述限制指令生成步骤根据所述最大允许转向角确定步骤所确定的最大允许转向角度来决定是否生成所述转向限制指令。

8.根据权利要求7所述的车辆转向限制方法，其特征在于，所述最大允许转向角确定步骤包括根据所述驱动油缸的行程确定机罩的位置信息的步骤。

9.根据权利要求6所述的车辆转向限制方法，其特征在于，所述方向盘旋转角度测量步骤使用设置在方向盘转向柱处的绝对式编码器。

10.根据权利要求7所述的车辆转向限制系统，其特征在于，还包括输入所述前轮胎的尺寸信息的步骤。