CN108327783B - 一种自动转向控制装置、自动转向控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动转向控制装置、自动转向控制系统及控制方法，属于自动转向控制技术领域，解决了现有技术中循环球式液压助力转向器无法实现自动转向的问题。自动转向控制装置液压缸、转向控制阀、第一模式切换阀、第二模式切换阀、第三模式切换阀和比例方向阀；转向控制阀与液压缸的上腔连接，转向控制阀通过第一模式切换阀与液压缸的下腔连接，转向控制阀通过第二模式切换阀与供油系统的出油口连接，转向控制阀通过第三模式切换阀与供油系统的回油口连接；第二模式切换阀通过比例方向阀与液压缸的下腔连接，第三模式切换阀通过比例方向阀与液压缸的上腔连接。上述自动转向控制装置可用于车辆的自动转向控制。

Description

一种自动转向控制装置、自动转向控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种自动转向控制技术，尤其涉及一种液压式自动转向控制装置、自动转向控制系统及控制方法。

背景技术

随着自动驾驶技术的成熟，自动驾驶车辆在民用领域的应用也逐渐成为趋势，越来越多的企业投入到自动驾驶技术的研究中。作为交通运输中不可缺少的重要环节，重型商用车亟待推广应用自动驾驶技术以减轻驾驶员的负担，提高重型商用车的驾乘品质。

目前循环球式液压动力转向器在重型商用车上仍然占据着不可替代的地位，重型商用车上转向负载过大，如果单纯依靠电机实现助力，则会使电机尺寸过大，成本无法得到有效控制，因此，电动助力转向器(EPS)难以在重型商用车上应用，针对传统的循环球式液压动力转向器改造设计自动转向装置有着巨大的市场应用前景。

现有技术中，重型商用车自动转向装置主要有两种实现方式。第一种是采用液压助力转向系统和电机串联的组合方案，即在原有转向器输入轴之前，通过加装驱动电机实现转向角位置控制，电机的输出转矩经过液压助力转向系统放大之后，驱动转向轮转动。该种方式实现较为简单，但是电机的引入增加了转向系统的阻尼和负载，当电机不工作时，人工驾驶更加费力；此外，液压助力转向系统的非线性响应特性使得该方式实现精确控制较为困难。

第二种是采用电控液压方案，通过加装电磁阀对液压助力转向系统进行改造，利用原助力油缸实现转向角位置控制。但是，目前这种方式大多应用于农用机械的全液压转向系统中。

中国发明专利申请CN104192203A公开了一种自动转向方法及装置，针对农用机械的开芯式全液压转向器系统进行改造，该方案是一种串并联方案，将三位四通电液比例阀(本段落内简称比例阀)的出油口与全液压转向器的进油口连接，比例阀的进油口与出油口之间加装一个两位两通电磁开关阀作为人工驾驶和自动驾驶模式切换装置，液压缸的两腔与比例阀的两个负载油口、全液压转向器的两个负载油口对应直连。在开芯式全液压转向器进油口上，安装有压力传感器，如果驾驶员不转动方向盘，开芯式全液压转向器的进油口和出油口连通，此时压力传感器输出低压信号，可以进行自动转向控制；如果驾驶员转动方向盘，则压力传感器输出高压信号，可以把该信号作为人工干预信号，此时进行人工转向控制。该方案能够在开芯式全液压转向系统中实施，主要是因为开芯式全液压转向器处于中位时，负载油口和进出油口之间不连通。而商用车常用的开芯式循环球式转向器在处于中位时，负载油口和进出油口之间完全连通，因此该种方法无法应用于商用车常用的开芯式循环球式转向器。

上述专利申请中的转向器形式为全液压转向器，但是商用车领域基本不采用该形式，而是采用循环球式液压助力转向器。由于全液压转向器和循环球式液压动力转向器的结构形式和转向力特性存在很大不同，因此上述专利申请涉及的自动转向控制装置及控制方法无法应用于商用车。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种自动转向控制装置、自动转向控制系统及控制方法，解决了现有技术中循环球式液压助力转向器无法实现自动转向的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种自动转向控制装置，包括循环球式转向器、控制阀组和供油系统；循环球式转向器包括液压缸和转向控制阀；控制阀组包括第一模式切换阀、第二模式切换阀、第三模式切换阀和比例方向阀；转向控制阀与液压缸的上腔连接，转向控制阀通过第一模式切换阀与液压缸的下腔连接，转向控制阀通过第二模式切换阀与供油系统的出油口连接，转向控制阀通过第三模式切换阀与供油系统的回油口连接；第二模式切换阀通过比例方向阀与液压缸的下腔连接，第三模式切换阀通过比例方向阀与液压缸的上腔连接。

进一步地，第二模式切换阀的公共端口与供油系统的出油口连接，常开端口与转向控制阀连接，常闭端口与比例方向阀连接；第三模式切换阀的公共端口与供油系统的回油口连接，常开端口与转向控制阀连接，常闭端口与比例方向阀连接。

进一步地，液压缸和转向控制阀设于转向器基体的内部；转向器基体上开设液压缸下腔油口、液压缸上腔油口、与第一模式切换阀连接的连接油口、转向控制阀进油口以及转向控制阀回油口。

进一步地，控制阀组还包括比例流量阀，供油系统的出油口通过比例流量阀与供油系统的回油口连接。

进一步地，控制阀组还包括监测比例方向阀的进油口压力的第一压力传感器、监测转向控制阀的进油口压力的第二压力传感器、监测液压缸的下腔压力的第三压力传感器以及监测液压缸的上腔压力的第四压力传感器。

进一步地，自动转向控制装置还包括用于监测车辆转向角度的角度传感器以及用于监测车辆行驶速度的车速传感器。

本发明还提供了一种自动转向控制系统，包括转向控制器以及上述自动转向控制装置；转向控制器根据上位机的控制指令控制第一模式切换阀、第二模式切换阀、第三模式切换阀和比例方向阀的状态，转向控制器根据上位机下发的期望转向角以及角度传感器获得的当前实际转向角计算得到比例方向阀的占空比和阀芯位移方向，驱动车辆的转向轮达到期望转向角，完成电控液压自动转向。

进一步地，转向控制器包括处理器、控制模块、模式切换模块和通信模块；处理器分别与控制模块、模式切换模块和通信模块电气连接；控制模块与比例方向阀电气连接；模式切换模块分别与第一模式切换阀、第二模式切换阀和第三模式切换阀电气连接；通信模块与上位机电气连接。

本发明还提供了一种液压式自动转向控制系统的控制方法，采用上述自动转向控制系统，包括如下步骤：

步骤S1：转向控制器进行初始化，第一模式切换阀、第二模式切换阀和第三模式切换阀处于断电状态；

步骤S2：判断是否存在人工信号干预，如果存在人工信号干预，则第一模式切换阀、第二模式切换阀和第三模式切换阀保持断电状态，比例方向阀处于中位，液压式自动转向控制系统进入人工转向模式，如果不存在人工信号干预，则第一模式切换阀、第二模式切换阀和第三模式切换阀通电，自动转向控制系统进入自动转向模式，进入步骤S3；

步骤S3：转向控制器接收车速传感器采集的当前纵向车速，并确定最大转向角约束，进入步骤S4。

步骤S4：转向控制器接收角度传感器测量的当前实际转向角；

转向控制器接收上位机下发的期望转向角，判断期望转向角的绝对值是否大于最大转向角约束值，如果期望转向角的绝对值大于最大转向角约束值，将期望转向角赋值为最大转向角约束值，进入步骤S5；否则，直接进入步骤S5；

步骤S5：转向控制器执行自动转向控制算法，计算得到比例方向阀的占空比和阀芯位移方向，进入步骤S6；

步骤S6：转向控制器控制比例方向阀转动，驱动液压缸的活塞转动，使得车辆的转向轮达到期望转向角，完成电控液压自动转向。

进一步地，步骤S5的自动转向控制算法，包括如下步骤：

步骤S51：根据实际转向角和期望转向角计算转向角偏差，判断转向角偏差是否大于设定阈值，若转向角偏差大于设定阈值，进入步骤S52；否则，直接将比例方向阀的占空比设置为0，退出本次自动转向控制周期；

步骤S52：根据当前纵向车速确定转向轮的最大转向角速度ω_max，由转向角偏差生成转向速度曲线；

步骤S53：根据转向速度曲线，计算出期望负载流量，计算公式如下：

式中，

Q₁——负载流量，也是比例方向阀的通过流量；

A——液压缸活塞的有效横截面积；

v——液压缸活塞的线速度；

ω——转向角速度，它与液压缸活塞线速度v之间为比例关系；

k——常数项；

步骤S54：获取第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器采集的压力信号，计算得到比例方向阀和比例流量阀两侧压力差；

步骤S55：由流量公式计算得到比例方向阀和比例流量阀的期望阀芯位置；流量公式如下：

式中，

Q——转向油泵的输出流量；

Q₁——比例方向阀的通过流量；

Q₂——比例流量阀的通过流量；

C₁,C₂——常数项；

x₁——比例方向阀的期望阀芯位置；

x₂——比例流量阀的期望阀芯位置；

A₁(x₁)——比例方向阀的流通面积；

A₂(x₂)——比例流量阀的流通面积；

Δp₁——比例方向阀的两侧压力差；

Δp₂——比例流量阀的两侧压力差；

步骤S56：根据比例方向阀和比例流量阀的期望阀芯位置，分别计算出比例方向阀和比例流量阀的占空比和阀芯位移方向。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

a)本发明提供的自动转向控制装置，比例方向阀在油路上与转向控制阀并联，在自动转向模式下，其能够代替转向控制阀完成对液压缸的流量控制和方向控制，从而能够实现自动转向控制。并且，上述液压式自动转向控制装置充分利用循环球式转向器1的液压缸，其在人工转向和自动转向两种模式下均作为执行元件，不需要额外加装其他的附加执行元件(例如，电机)，从而不会增加自动转向控制装置的阻尼和负载，结构也较为简单。

b)本发明提供的自动转向控制装置，自动转向模式下，第一模式切换阀、第二模式切换阀和第三模式切换阀通电，从而切断了转向控制阀与供油系统之间、转向控制阀与液压缸的下腔之间的连接，转向控制阀没有液压油流动，不会产生作用，转向控制阀不工作，液压缸作为驱动元件工作，使得螺杆可以通过扭杆的变形带动阀芯至方向盘的转向操纵机构向同方向转动，让驾驶员方便感知当前的转向状态。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例一提供的自动转向控制装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的自动转向控制装置的控制阀组的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的自动转向控制装置的阀块的俯视图；

图4为本发明实施例二提供的自动转向控制系统的结构示意图；

图5为本发明实施例三提供的自动转向控制系统的控制方法的流程图；

图6为本发明实施例三提供的自动转向控制系统的控制方法中自动转向控制算法的流程图。

附图标记：

1-循环球式转向器；2-液压缸；3-转向控制阀；4-控制阀组；5-第二模式切换阀；6-第一模式切换阀；7-比例流量阀；8-比例方向阀；9-转向控制器；10-处理器；11-控制模块；12-模式切换模块；13-通信模块；14-信号输入模块；15-整车控制器；16-上位机；17-转向油泵；18-过滤器；19-转向油罐；20-安全阀；21-第一压力传感器；22-第二压力传感器；23-第三压力传感器；24-第四压力传感器；25-阀块；26-护罩；27-阀组底座；28-第三模式切换阀。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

实施例一

本实施例提供了一种自动转向控制装置，如图1至图3所示，包括循环球式转向器1、控制阀组4和供油系统。其中，循环球式转向器1包括液压缸2和转向控制阀3(三位四通阀)；控制阀组4包括第一模式切换阀6(两位两通电磁方向阀)、第二模式切换阀5(两位三通电磁方向阀)、第三模式切换阀28(两位三通电磁方向阀)和比例方向阀8(三位四通电液比例方向阀)。转向控制阀3与液压缸2的上腔连接，转向控制阀3通过第一模式切换阀6与液压缸2的下腔连接，转向控制阀3通过第二模式切换阀5与供油系统的出油口连接，转向控制阀3通过第三模式切换阀28与供油系统的回油口连接；第二模式切换阀5通过比例方向阀8与液压缸2的下腔连接，第三模式切换阀28通过比例方向阀8与液压缸2的上腔连接。

需要说明的是，第一模式切换阀6用于控制转向控制阀3与液压缸2的下腔的通断，第二模式切换阀5负责切换比例方向阀8与供油系统的出油口之间、转向控制阀3的进油口与供油系统的出油口之间的通断，第三模式切换阀28控制切换比例方向阀8与供油系统的回油口之间、转向控制阀3的回油口与供油系统的回油口之间的通断。

人工驾驶模式时，第一模式切换阀6、第二模式切换阀5和第三模式切换阀28处于断电状态，转向控制阀3分别与液压缸2的下腔和供油系统连通，转向控制阀3处于工作状态，驾驶员转动方向盘进而调节转向控制阀3的阀芯和阀套的相对转角，获得液压助力，实现人工转向控制。

自动驾驶模式时，第一模式切换阀6、第二模式切换阀5和第三模式切换阀28处于通电状态，转向控制阀3分别与液压缸2的下腔和供油系统断开，转向控制阀3不工作；比例方向阀8与供油系统连通，转向控制器通过内置的自动转向控制算法得到比例方向阀8的控制量，输出PWM电压信号，控制比例方向阀8的阀芯到达期望位置，实现电控液压自动转向。

与现有技术相比，本实施例提供的自动转向控制装置，比例方向阀8在油路上与转向控制阀3并联，在自动转向模式下，其能够代替转向控制阀3完成对液压缸的流量控制和方向控制，从而能够实现自动转向控制。并且，上述液压式自动转向控制装置充分利用循环球式转向器1的液压缸2，其在人工转向和自动转向两种模式下均作为执行元件，不需要额外加装其他的附加执行元件(例如，电机)，从而不会增加自动转向控制装置的阻尼和负载，结构也较为简单。

同时，自动转向模式下，第一模式切换阀6、第二模式切换阀5和第三模式切换阀28通电，从而切断了转向控制阀3与供油系统之间、转向控制阀3与液压缸2的下腔之间的连接，转向控制阀3没有液压油流动，不会产生作用，转向控制阀3不工作，液压缸2作为驱动元件工作，使得螺杆可以通过扭杆的变形带动阀芯至方向盘的转向操纵机构向同方向转动，让驾驶员方便感知当前的转向状态。

具体来说，上述第二模式切换阀5和第三模式切换阀28均包括三个端口(常开端口、常闭端口和公共端口)。其中，第二模式切换阀5的公共端口与供油系统的出油口G1连接，常开端口与转向控制阀3连接，常闭端口与比例方向阀8连接；第三模式切换阀28的公共端口与供油系统的回油口G2连接，常开端口与转向控制阀3连接，常闭端口与比例方向阀8连接。这样设置，能够保证第一模式切换阀6、第二模式切换阀5和第三模式切换阀28断电时为人工转向模式，所以即使在行驶过程中车辆系统突然出现掉电等情况，也能够保障人工转向功能，从而提升了上述自动转向控制装置的安全性。

为了提高上述控制装置的集成度，液压缸2和转向控制阀3需要集成在一个转向器基体上，其内部加工有相应的油路通道，具体来说，转向器基体上可以开设液压缸下腔油口C0、液压缸上腔油口E0、与第一模式切换阀6连接的连接油口D0、转向控制阀进油口P0以及转向控制阀回油口T0。也就是说，其在原有的循环球式转向器的转向器基体上额外加工了3个油口C0、E0和D0，加上转向器基体原有的转向控制器进油口P0和转向控制器回油口T0，共计5个油口。由于上述转向器基体仅需要在传统循环球式液压动力转向器的转向器基体的基础上进行简单地改造，无需制造新的循环球式转向器，从而提高了上述液压式自动转向控制装置的适应性。

需要说明的是，转向控制器3与液压缸2的上腔可以在转向器基体的内部加工相应的连接油路，无需额外加工相应的油口。

同样地，为了提高控制装置的集成度，上述控制阀组4中的各个阀件也可以集成在一个阀块25上，阀块25的内部加工有相应的油路通道。相应地，该阀块25上可以开设与供油系统的出油口G1连接的阀块进油口Pa、与供油系统的回油口G2连接的阀块出油口Ta、与循环球式转向器1连接的油口C1、D1、E1、P1和T1，共7个油口，也就是说，各个油口的连接关系为C0连接C1，D0连接D1，E0连接E1，P0连接P1，T0连接T1。

对于供油系统的结构，具体来说，其可以包括相互连接的转向油泵17和转向油罐19，转向油泵17的出油端为供油系统的出油口G1，转向油罐19的进油端为供油系统的回油口G2。

为了避免转向油罐19的液油中存在杂质堵塞转向油泵17以及控制阀组4，转向油罐19和转向油泵17之间需要设置过滤器18，过滤器18可以有效地滤除油液中的杂质，保证整个自动转向控制装置的工作稳定性。

为了能够动态调节转向速度，上述控制阀组4还包括比例流量阀7，供油系统的出油口通过比例流量阀7与供油系统的回油口连接。由于上述液压式自动转向控制装置为常流式转向系统，在自动转向模式下，转向速度很高，且无法调节。由于比例流量阀7以并联方式设置在供油系统的出油口和回油口之间，在供油系统的出油口流量一定的情况下，通过调节比例流量阀7的流量，能够动态地调节供油系统的回油口的流量(也就是液压缸2的供油流量)，从而间接地调节液压缸2内活塞的运动速度，进而动态调节上述液压式自动转向控制装置的转向速度。

需要说明的是，如果供油系统本身具备流量调节功能，控制阀组4中可以不设置比例流量阀7，只要转向控制器与供油系统控制器建立通信，也可以实现控制流量。

为了提高上述自动转向控制装置的工作安全性，供油系统的出油口可以通过安全阀20与供油系统的回油口连接。一旦自动转向控制装置的工作压力超过阈值，安全阀20导通，从转向油泵输出的液压油可以直接经过安全阀20流回至转向油罐19，而不经过控制阀组4，从而提高了整个控制装置的工作安全性。

为了能够实时监测上述液压式自动转向控制装置中各个油路的压力，上述控制阀组4还包括监测比例方向阀8的进油口压力的第一压力传感器21、监测转向控制阀3的进油口压力的第二压力传感器22、监测液压缸2的下腔压力的第三压力传感器23以及监测液压缸2的上腔压力的第四压力传感器24。上述多个压力传感器能够对整个液压式自动转向控制装置的压力进行监测，从而提升控制系统的安全性。

为了能够更好地适应驾驶员的习惯，提升驾乘品质，在设置压力传感器21～24的同时，上述自动转向控制装置还可以包括用于监测车辆转向角度的角度传感器以及用于监测车辆行驶速度的车速传感器，角度传感器安装于转向机构或者方向盘转向轴上，车速传感器安装于变速箱输出轴上。需要说明的是，为了简化结构，上述角度传感器和车速传感器也可以采用车辆自身带有的车辆角度传感器和车辆车速传感器。这样，压力传感器22、23和24可以分别测量人工驾驶时的供油系统输出的系统压力以及液压缸2的两腔压力，配合转向角信号和车速信号，可以反映驾驶员在当前驾驶场景内的驾驶习惯。这些参数都是自动转向控制中直接的控制参考量。通过设置压力传感器21～24、角度传感器和车速传感器，在人工驾驶时可以获得更多可利用的数据，而这些数据可以用多种方法体现到自动驾驶的控制环节中，如通过机器学习方法构建一个神经网络，用以从实时数据中在线更新控制参数，通过学习人工转向数据，动态优化控制参数，以更好地适应不同环境、不同道路条件对精确转向控制造成的干扰，以更好地适应驾驶员的习惯，提升驾乘品质。

为了保证上述自动转向控制装置的工作环境的稳定性，避免由于长时间暴露于外面，出现积灰、老化等问题，控制阀组可以设置在护罩26内。

为了提高上述自动转向控制装置的安装稳定性，其可以通过阀组底座27与车辆基体可拆卸地连接。

需要说明的是，上述自动转向控制装置的形式可以是整体式或分离式，所谓整体式是指控制阀组4与循环球式转向器1为一个整体，整体式的自动转向控制装置，控制阀组4与循环球式转向器1可以一体成型，加工方便，效率高；所谓分离式是指控制阀组4与循环球式转向器1相互分离，两者通过独立安装构成自动转向控制装置，这样设置可以方便布置，且能够提高自动转向控制装置的维修性。在实际应用中，可以根据具体情况选择上述两种形式，在此不一一限定。

实施例二

本实施例提供了一种自动转向控制系统，如图4所示，包括转向控制器9以及实施例一提供的自动转向控制装置，转向控制器9根据上位机16的控制指令控制第一模式切换阀6、第二模式切换阀5、第三模式切换阀28和比例方向阀8的状态，转向控制器9根据上位机16下发的期望转向角以及角度传感器获得的当前实际转向角计算得到比例方向阀8的占空比和阀芯位移方向，驱动车辆的转向轮达到期望转向角，完成电控液压自动转向。

与现有技术相比，本实施例提供的自动转向控制系统的有益效果与实施例一提供的自动转向控制装置的有益效果基本相同，在此不一一赘述。

对于转向控制器9的结构，具体来说，其可以包括处理器10(例如，单片机)、控制模块11、模式切换模块12和通信模块13，处理器10分别与控制模块11、模式切换模块12和通信模块13电气连接。其中，控制模块11与比例方向阀8电气连接；模式切换模块12分别与第一模式切换阀6、第二模式切换阀5和第三模式切换阀28电气连接；通信模块13通过CAN总线与上位机16电气连接。

实际应用中，上位机16可以通过整车控制器15间接实现与转向控制器9的连接，但是，这只是一种通信架构方案，如果上位机16具有CAN模块，转向控制器9也可以直接与上位机16进行通信。

当上述控制装置需要实时监测各个油路的压力时，转向控制器9还可以包括分别与第一压力传感器21、第二压力传感器22、第三压力传感器23、第四压力传感器24、角度传感器、车速传感器和通信模块13连接的信号输入模块14，该信号输入模块14接收第一压力传感器21、第二压力传感器22、第三压力传感器23和第四压力传感器24采集的压力信号，接收角度传感器采集的角度信号，接收车速传感器采集的车速信号，并将上述压力信号、角度信号和车速信号传送至上位机16。

此外，上述信号输入模块14还与自动转向使能开关电气连接，自动转向使能开关为物理开关，由驾驶员直接操作。

为了保证驾驶员具有最高控制权，驾驶员可以通过转向控制器9中设置的学习按键选择是否开启神经网络学习功能以及是否导入默认设置，从而保证驾驶员具有最高控制权。

实施例三

本实施例提供了一种自动转向控制系统的控制方法，如图5所示，包括如下步骤：

步骤S1：转向控制器进行初始化，第一模式切换阀、第二模式切换阀和第三模式切换阀处于断电状态；

步骤S2：判断是否存在人工信号干预，如果存在人工信号干预，则第一模式切换阀、第二模式切换阀和第三模式切换阀保持断电状态，比例方向阀处于中位，自动转向控制系统进入人工转向模式，不存在人工信号干预，第一模式切换阀、第二模式切换阀和第三模式切换阀通电，自动转向控制系统进入自动转向模式，进入步骤S3；

需要说明的是，所谓人工信号干预是指加装于方向盘和转向器之间的扭矩传感器信号大于设定阈值。

步骤S3：转向控制器接收车速传感器采集的当前纵向车速，并确定最大转向角约束，进入步骤S4。

步骤S4：转向控制器接收角度传感器测量的当前实际转向角；

转向控制器接收上位机下发的期望转向角，判断期望转向角的绝对值是否大于最大转向角约束值，如果期望转向角的绝对值大于最大转向角约束值，将期望转向角赋值为最大转向角约束值，进入步骤S5；否则，直接进入步骤S5。

步骤S5：转向控制器执行自动转向控制算法，计算得到比例方向阀的占空比和阀芯位移方向，进入步骤S6。

步骤S6：转向控制器控制比例方向阀转动，驱动液压缸的活塞转动，使得车辆的转向轮达到期望转向角，完成电控液压自动转向。

与现有技术相比，本实施例提供的自动转向控制方法的有益效果与实施例二提供的自动转向控制系统的有益效果基本相同，在此不一一赘述。

上述步骤S5所述的自动转向控制算法，如图6所示，包括如下步骤：

步骤S51：根据实际转向角和期望转向角计算转向角偏差，判断转向角偏差是否大于设定阈值，若转向角偏差大于设定阈值，进入步骤S52；否则，直接将比例方向阀的占空比设置为0，即比例方向阀恢复中位，退出本次自动转向控制周期。

步骤S52：根据当前纵向车速确定转向轮的最大转向角速度ω_max，由转向角偏差生成转向速度曲线。

步骤S53：根据转向速度曲线，计算出期望负载流量；所涉及的计算公式如下：

式中，

Q₁——负载流量，也是比例方向阀的通过流量；

A——液压缸活塞的有效横截面积；

v——液压缸活塞的线速度；

ω——转向角速度，它与液压缸活塞线速度v之间为比例关系；

k——常数项。

步骤S54：获取第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器采集的压力信号，计算得到比例方向阀和比例流量阀两侧压力差，需要说明的是，对于比例流量阀，其左侧压力可由压力传感器测量得到，右侧与转向油罐连接，压力视为0。

步骤S55：由流量公式计算得到比例方向阀和比例流量阀的期望阀芯位置；所涉及的流量公式可以表示如下：

式中，

Q——转向油泵的输出流量，视为定值，应符合行业标准QC/T299.1-2014；

Q₁——比例方向阀的通过流量，也是负载流量；

Q₂——比例流量阀的通过流量；

C₁,C₂——常数项；

x₁——比例方向阀的期望阀芯位置；

x2——比例流量阀的期望阀芯位置；

A₁(x₁)——比例方向阀的流通面积，可以表示为以阀芯位移为自变量的函数，对于给定比例方向阀产品可以得到其具体函数表达式；

A₂(x₂)——比例流量阀的流通面积，可以表示为以阀芯位移为自变量的函数，对于给定比例流量阀产品可以得到其具体函数表达式；

Δp₁——比例方向阀的两侧压力差；

Δp₂——比例流量阀的两侧压力差；

步骤S56：根据比例方向阀和比例流量阀的期望阀芯位置，分别计算出比例方向阀和比例流量阀的占空比和阀芯位移方向。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动转向控制装置，其特征在于，包括循环球式转向器、控制阀组和供油系统；所述循环球式转向器包括液压缸和转向控制阀；所述控制阀组包括第一模式切换阀、第二模式切换阀、第三模式切换阀和比例方向阀；

所述转向控制阀与液压缸的上腔连接，所述转向控制阀通过第一模式切换阀与液压缸的下腔连接，所述转向控制阀通过第二模式切换阀与供油系统的出油口连接，转向控制阀通过第三模式切换阀与供油系统的回油口连接；

所述第二模式切换阀通过比例方向阀与液压缸的下腔连接，所述第三模式切换阀通过比例方向阀与液压缸的上腔连接。

2.根据权利要求1所述的自动转向控制装置，其特征在于，所述第二模式切换阀的公共端口与供油系统的出油口连接，常开端口与转向控制阀连接，常闭端口与比例方向阀连接；

所述第三模式切换阀的公共端口与供油系统的回油口连接，常开端口与转向控制阀连接，常闭端口与比例方向阀连接。

3.根据权利要求1所述的自动转向控制装置，其特征在于，液压缸和转向控制阀设于转向器基体的内部；

所述转向器基体上开设液压缸下腔油口、液压缸上腔油口、与第一模式切换阀连接的连接油口、转向控制阀进油口以及转向控制阀回油口。

4.根据权利要求1所述的自动转向控制装置，其特征在于，所述控制阀组还包括比例流量阀，所述供油系统的出油口通过比例流量阀与供油系统的回油口连接。

5.根据权利要求1所述的自动转向控制装置，其特征在于，所述控制阀组还包括监测比例方向阀的进油口压力的第一压力传感器、监测转向控制阀的进油口压力的第二压力传感器、监测液压缸的下腔压力的第三压力传感器以及监测液压缸的上腔压力的第四压力传感器。

6.根据权利要求5所述的自动转向控制装置，其特征在于，所述自动转向控制装置还包括用于监测车辆转向角度的角度传感器以及用于监测车辆行驶速度的车速传感器。

7.一种自动转向控制系统，其特征在于，包括转向控制器以及如权利要求1至6任一项所述的自动转向控制装置；

所述转向控制器根据上位机的控制指令控制第一模式切换阀、第二模式切换阀、第三模式切换阀和比例方向阀的状态，转向控制器根据上位机下发的期望转向角以及角度传感器获得的当前实际转向角计算得到比例方向阀的占空比和阀芯位移方向，驱动车辆的转向轮达到期望转向角，完成电控液压自动转向。

8.根据权利要求7所述的自动转向控制系统，其特征在于，所述转向控制器包括处理器、控制模块、模式切换模块和通信模块；

所述处理器分别与控制模块、模式切换模块和通信模块电气连接；控制模块与比例方向阀电气连接；所述模式切换模块分别与第一模式切换阀、第二模式切换阀和第三模式切换阀电气连接；所述通信模块13与上位机电气连接。

9.一种液压式自动转向控制系统的控制方法，其特征在于，采用如权利要求7至8任一项所述的自动转向控制系统，包括如下步骤：

步骤S1：转向控制器进行初始化，第一模式切换阀、第二模式切换阀和第三模式切换阀处于断电状态；

步骤S2：判断是否存在人工信号干预，如果存在人工信号干预，则第一模式切换阀、第二模式切换阀和第三模式切换阀保持断电状态，比例方向阀处于中位，液压式自动转向控制系统进入人工转向模式，如果不存在人工信号干预，则第一模式切换阀、第二模式切换阀和第三模式切换阀通电，自动转向控制系统进入自动转向模式，进入步骤S3；

步骤S3：转向控制器接收车速传感器采集的当前纵向车速，并确定最大转向角约束，进入步骤S4；

步骤S4：转向控制器接收角度传感器测量的当前实际转向角；

转向控制器接收上位机下发的期望转向角，判断期望转向角的绝对值是否大于最大转向角约束值，如果期望转向角的绝对值大于最大转向角约束值，将期望转向角赋值为最大转向角约束值，进入步骤S5；否则，直接进入步骤S5；

步骤S5：转向控制器执行自动转向控制算法，计算得到比例方向阀的占空比和阀芯位移方向，进入步骤S6；

步骤S6：转向控制器控制比例方向阀转动，驱动液压缸的活塞转动，使得车辆的转向轮达到期望转向角，完成电控液压自动转向。

10.根据权利要求9所述的自动转向控制系统的控制方法，其特征在于，步骤S5所述的自动转向控制算法，包括如下步骤：

步骤S51：根据实际转向角和期望转向角计算转向角偏差，判断转向角偏差是否大于设定阈值，若转向角偏差大于设定阈值，进入步骤S52；否则，直接将比例方向阀的占空比设置为0，退出本次自动转向控制周期；

步骤S52：根据当前纵向车速确定转向轮的最大转向角速度ω_max，由转向角偏差生成转向速度曲线；

步骤S53：根据转向速度曲线，计算出期望负载流量，计算公式如下：

式中，

Q₁——负载流量，也是比例方向阀的通过流量；

A——液压缸活塞的有效横截面积；

v——液压缸活塞的线速度；

ω——转向角速度，它与液压缸活塞线速度v之间为比例关系；

k——常数项；

步骤S54：获取第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器采集的压力信号，计算得到比例方向阀和比例流量阀两侧压力差；

步骤S55：由流量公式计算得到比例方向阀和比例流量阀的期望阀芯位置；所述流量公式如下：

式中，

Q——转向油泵的输出流量；

Q₁——比例方向阀的通过流量；

Q₂——比例流量阀的通过流量；

C₁,C₂——常数项；

x₁——比例方向阀的期望阀芯位置；

x₂——比例流量阀的期望阀芯位置；

A₁(x₁)——比例方向阀的流通面积；

A₂(x₂)——比例流量阀的流通面积；

Δp₁——比例方向阀的两侧压力差；

Δp₂——比例流量阀的两侧压力差；

步骤S56：根据比例方向阀和比例流量阀的期望阀芯位置，分别计算出比例方向阀和比例流量阀的占空比和阀芯位移方向。