CN110294015B - 一种车辆转向控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆转向控制系统，采用线控液压转向装置和机械液压转向装置相结合，线控液压转向装置用来在车辆需要小转角控制时保证转向到位来进行转向微调，减轻了车辆操控者的劳动强度；而机械液压转向装置用来在线控液压转向装置反应速度过慢时或者不确定因素导致转向失灵时启动以保证转向及时到位；从而实现车辆转向稳定、安全性高且降低了劳动强度。

Description

一种车辆转向控制系统
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，特别是涉及一种环卫车辆的转向控制系统。
背景技术
现有技术中环卫车辆的转向技术采用线控液压转向技术或机械液压转向技术，其中线控液压转向技术通过传感器、CAN通讯模块、芯片控制模块等来实现转向目的；而机械液压转向则依靠机械转动方向盘实现转向目的。前者会因为传感器失灵、通讯误差或者中断或者运算误差等不确定因素导致转向失灵；后者虽然转向较为稳定，但转向角度不精确且操作者劳动强度大。因此，提出一种转向稳定、安全性高且降低劳动强度的车辆转向技术成为了行业内亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种车辆转向控制系统，转向稳定、安全性高且可以降低劳动强度。
为了达到上述目的，本发明提供的车辆转向控制系统，包括线控液压转向装置、机械液压转向装置、转向油缸；所述线控液压转向装置用来在需要保证转向到位时来进行转向微调；所述机械液压转向装置用来在所述线控液压转向装置反应速度过慢时启动以保证转向及时到位；所述线控液压转向装置包括角度传感器、芯片控制模块、转向控制设备、比例电磁阀、通讯模块；所述角度传感器安装在车辆的底盘车架上，用来实时采集角度值数字信号；所述通讯模块用来将所述角度值数字信号实时传递给所述芯片控制模块；所述转向控制设备提供转向信号给所述芯片控制模块；所述芯片控制模块用来驱动所述比例电磁阀，所述比例电磁阀驱动所述转向油缸的进回油方向进而实现线控液压转向；所述机械液压转向装置包括转向柱、液压转向器；所述转向柱的两端分别与所述液压转向器和所述车辆的方向盘连接，所述液压转向器通过液压管与所述转向油缸相连，所述方向盘转动时会带动所述液压转向器转动，通过改变所述转向油缸的进回油方向进而实现机械液压转向。
进一步地，所述转向控制设备发送的所述转向信号通过以下方法实现：
使用电位器，手动输入所述转向信号的模拟信号，并传递给所述芯片控制模块；或者，在所述车辆上安装有线控制传输设备或者外置无线控制传输设备，根据预先设定的行驶路线中要求的转向点来实时发送所述转向信号的模拟信号给所述芯片控制模块。
进一步地，所述芯片控制模块包括通讯子单元、VADC模数转换子单元；所述通讯子单元用来接收所述转向信号的模拟信号和所述角度值数字信号；所述VADC模数转换子单元用来将所述转向控制设备发送的所述转向信号由模拟信号转换为数字信号。
进一步地，所述芯片控制模块通过比较目标角度值和当前实时角度值之间的实时角度差值与预先设置的角度差阈值的大小，若所述实时角度差值在所述角度差阈值的范围内，则控制所述比例电磁阀不执行转向动作；若所述实时角度差值超出所述角度差阈值的范围，则控制所述比例电磁阀执行转向动作。
进一步地，所述芯片控制模块包括右转控制管脚和左转控制管脚；当所述目标角度值和所述当前实时角度值之间的实时角度差值大于所述角度差阈值的上限时，所述右转控制管脚输出为高电平信号、所述左转控制管脚输出为低电平信号，所述比例电磁阀对应执行右转动作，转向角度为所述目标角度值和所述当前实时角度值之间的实时角度差值；当所述目标角度值和所述当前实时角度值之间的实时角度差值小于所述角度差阈值的下限时，所述右转控制管脚输出为低电平信号、所述左转控制管脚输出为高电平信号，所述比例电磁阀对应执行左转动作，转向角度为所述目标角度值和所述当前实时角度值之间的实时角度差值的绝对值。
进一步地，所述芯片控制模块还包括PWM信号输出管脚，所述芯片控制模块采用PID控制方法计算出PWM信号，驱动所述比例电磁阀的转动速率。
进一步地，所述芯片控制模块为型号XMC4500或XMC4000系列芯片。
进一步地，所述通讯模块和所述通讯子单元均采用CAN通讯方式。
进一步地，若定义所述转向油缸的A口为进油口，通过推动所述转向油缸内活塞杆前伸来实现左转；若定义所述转向油缸的B口为进油口，通过推动所述转向油缸内活塞杆后缩来实现右转。
本发明提供的车辆转向控制系统，采用线控液压转向装置和机械液压转向装置相结合，线控液压转向装置用来在车辆需要小转角控制时保证转向到位来进行转向微调，减轻了车辆操控者的劳动强度；而机械液压转向装置用来在线控液压转向装置反应速度过慢时或者不确定因素导致转向失灵时启动以保证转向及时到位；从而实现车辆转向稳定、安全性高且降低了劳动强度，适用性更好。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的车辆转向控制系统的组成示意图；
图2为本发明实施例提供的芯片控制模块的工作原理示意图。
具体实施方式
本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种车辆转向控制系统，转向稳定、安全性高且可以降低劳动强度。
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的车辆转向控制系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。
参见附图1，本发明实施例提供的车辆转向控制系统，包括线控液压转向装置1、机械液压转向装置2、转向油缸3；所述线控液压转向装置用来在需要保证转向到位时来进行转向微调；所述机械液压转向装置用来在所述线控液压转向装置反应速度过慢时启动以保证转向及时到位；
进一步请参见附图1，所述线控液压转向装置包括角度传感器101、芯片控制模块102、转向控制设备103、比例电磁阀104、通讯模块105；所述角度传感器101安装在车辆的底盘车架上，用来实时采集角度值数字信号；所述通讯模块105用来将所述角度值数字信号实时传递给所述芯片控制模块102；所述转向控制设备103用来将转向信号发送给所述芯片控制模块102；所述芯片控制模块102用来驱动所述比例电磁阀104，所述比例电磁阀104驱动所述转向油缸3的进回油方向进而实现线控液压转向。所述机械液压转向装置包括转向柱202、液压转向器203；所述转向柱202的两端分别与所述液压转向器203和所述车辆的方向盘201连接，所述液压转向器203通过液压管与所述转向油缸3相连，所述方向盘201转动时会带动所述液压转向器203转动，通过改变所述转向油缸3的进回油方向进而实现机械液压转向。
综上所述，发明实施例提供的车辆转向控制系统，采用线控液压转向装置和机械液压转向装置相结合，线控液压转向装置用来在需要保证转向到位时来进行转向微调，机械液压转向装置用来在线控液压转向装置反应速度过慢时启动以保证转向及时到位；从而实现车辆转向稳定、安全性高且降低劳动强度。
进一步地，所述转向控制设备103提供的所述转向信号通过下面任一种方法来实现：
(1)使用电位器，手动输入转向信号的模拟信号，并传递给芯片控制模块102；
(2)在车辆上安装有线控制传输设备或者外置无线控制传输设备，根据预先设定的行驶路线中要求的转向点来实时发送所述转向信号的模拟信号给所述芯片控制模块102。
当使用车辆方向盘转动较小角度实现有困难时，通过手动输入转向信号的模拟信号给芯片控制模块从而实现车辆的小转角转向。另外，优选地在车辆上安装有线控制传输设备或者外置无线控制传输设备，根据预先设定的行驶路线中要求的转向点来实时发送转向信号的模拟信号给芯片控制模块102，当车辆到达机械液压转向不易控制的转向点时自动启动发送转向信号从而实现车辆的小转角转向。
进一步地，所述芯片控制模块102包括通讯子单元、VADC模数转换子单元；所述通讯子单元用来接收所述转向信号的模拟信号和所述角度值数字信号；所述VADC模数转换子单将所述转向控制设备103发送的所述转向信号由模拟信号转换为数字信号。
举例说明，若定义右转最大偏移量、左转最大偏移量分别为40度、-40度，车辆的偏移范围为80度，2^12是所选的芯片控制模块芯片内部寄存器的精度。VADC模数转换子单元将转向信号由模拟信号转换为数字信号的算法为：在转向控制设备103输入模拟信号(假设0-5V)，0-5V对应到结果寄存器中是2^12，可求得精度80/2^12，由此可得出目标转向角度值的数字信号。
进一步地，所述芯片控制模块102用来驱动所述比例电磁阀104包括：
所述芯片控制模块102通过比较目标角度值和当前实时角度值之间的实时角度差值与预先设置的角度差阈值的大小，若所述实时角度差值在所述角度差阈值的范围内，则控制所述比例电磁阀104不执行转向动作；若所述实时角度差值超出所述角度差阈值的范围，则控制所述比例电磁阀104执行转向动作。
进一步地，所述芯片控制模块102包括右转控制管脚和左转控制管脚；当所述目标角度值和所述当前实时角度值之间的实时角度差值大于所述角度差阈值的上限时，所述右转控制管脚输出为高电平信号、所述左转控制管脚输出为低电平信号，所述比例电磁阀104对应执行右转动作，转向角度为所述目标角度值和所述当前实时角度值之间的实时角度差值；
当所述目标角度值和所述当前实时角度值之间的实时角度差值小于所述角度差阈值的下限时，所述右转控制管脚输出为低电平信号、所述左转控制管脚输出为高电平信号，所述比例电磁阀104对应执行左转动作，转向角度为所述目标角度值和所述当前实时角度值之间的实时角度差值的绝对值。
举例说明，若定义角度差阈值的上限、下限分别为+1、-1，那么当实时角度差值大于+1时，执行右转动作；当实时角度差值小于-1时，执行左转动作。
进一步地，所述芯片控制模块102还包括PWM信号输出管脚，所述芯片控制模块102采用PID控制方法计算出PWM信号，驱动所述比例电磁阀104的转动速率。
实际应用中，芯片控制模块102可以采用型号XMC4500或XMC4000系列芯片实现功能，XMC4500或XMC4000系列芯片具有多个I/O管脚和具有特殊输出功能的管脚，可以选择合适的管脚定义为右转控制管脚、左转控制管脚和PWM信号输出管脚等。请参见图2，管脚P0.12定义为芯片控制模块102的PWM信号输出管脚，P1.4、P1.5分别定义为信号发送管脚和信号接收管脚，P6.2、P6.3分别定义为驱动比例电磁阀的右转控制管脚和左转控制管脚，P14.0定义为接收转向控制设备103发送信号的模拟信号输入管脚。
优选地，本发明实施例提供的车辆转向控制系统的通讯模块105以及通讯子单元均采用CAN通讯方式，通讯可靠性高，数据传输准确。
请进一步参见图1，若定义转向油缸3的A口为进油口，通过推动所述转向油缸3内活塞杆前伸来实现左转；若定义所述转向油缸3的B口为进油口，通过推动所述转向油缸3内活塞杆后缩来实现右转。
综上所述，本发明实施例提供的车辆转向控制系统，采用线控液压转向装置和机械液压转向装置相结合，线控液压转向装置用来在车辆需要小转角控制时保证转向到位来进行转向微调，减轻了车辆操控者的劳动强度；而机械液压转向装置用来在线控液压转向装置反应速度过慢时或者不确定因素导致转向失灵时启动以保证转向及时到位；从而实现车辆转向稳定、安全性高且降低了劳动强度。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种车辆转向控制系统，其特征在于，包括线控液压转向装置(1)、机械液压转向装置(2)、转向油缸(3)；
所述线控液压转向装置用来在需要保证转向到位时来进行转向微调；所述机械液压转向装置用来在所述线控液压转向装置反应速度过慢时启动以保证转向及时到位；
所述线控液压转向装置包括角度传感器(101)、芯片控制模块(102)、转向控制设备(103)、比例电磁阀(104)、通讯模块(105)；所述角度传感器(101)安装在车辆的底盘车架上，用来实时采集角度值数字信号；所述通讯模块(105)用来将所述角度值数字信号实时传递给所述芯片控制模块(102)；所述转向控制设备(103)提供转向信号给所述芯片控制模块(102)；所述芯片控制模块(102)用来驱动所述比例电磁阀(104)，所述比例电磁阀(104)驱动所述转向油缸(3)的进回油方向进而实现线控液压转向；
其中，所述转向控制设备(103)发送的所述转向信号通过使用电位器，手动输入所述转向信号的模拟信号，并传递给所述芯片控制模块(102)用于实现车辆的小转角转向；
或者，在所述车辆上安装有线控制传输设备或者外置无线控制传输设备，根据预先设定的行驶路线中要求的转向点来实时发送所述转向信号的模拟信号给所述芯片控制模块(102)，当车辆到达机械液压转向不易控制的转向点时自动启动发送转向信号从而实现车辆的小转角转向；
其中，所述芯片控制模块(102)通过比较目标角度值和当前实时角度值之间的实时角度差值与预先设置的角度差阈值的大小，若所述实时角度差值在所述角度差阈值的范围内，则控制所述比例电磁阀(104)不执行转向动作；若所述实时角度差值超出所述角度差阈值的范围，则控制所述比例电磁阀(104)执行转向动作；
所述芯片控制模块(102)包括右转控制管脚和左转控制管脚；
当所述目标角度值和所述当前实时角度值之间的实时角度差值大于所述角度差阈值的上限时，所述右转控制管脚输出为高电平信号、所述左转控制管脚输出为低电平信号，所述比例电磁阀(104)对应执行右转动作，转向角度为所述目标角度值和所述当前实时角度值之间的实时角度差值；
当所述目标角度值和所述当前实时角度值之间的实时角度差值小于所述角度差阈值的下限时，所述右转控制管脚输出为低电平信号、所述左转控制管脚输出为高电平信号，所述比例电磁阀(104)对应执行左转动作，转向角度为所述目标角度值和所述当前实时角度值之间的实时角度差值的绝对值；
所述机械液压转向装置包括转向柱(202)、液压转向器(203)；所述转向柱(202)的两端分别与所述液压转向器(203)和所述车辆的方向盘(201)连接，所述液压转向器(203)通过液压管与所述转向油缸(3)相连，所述方向盘(201)转动时会带动所述液压转向器(203)转动，通过改变所述转向油缸(3)的进回油方向进而实现机械液压转向。
2.根据权利要求1所述的车辆转向控制系统，其特征在于，所述芯片控制模块(102)包括通讯子单元、VADC模数转换子单元；所述通讯子单元用来接收所述转向信号的模拟信号和所述角度值数字信号；所述VADC模数转换子单元用来将所述转向控制设备(103)发送的所述转向信号由模拟信号转换为数字信号。
3.根据权利要求1所述的车辆转向控制系统，其特征在于，所述芯片控制模块(102)还包括PWM信号输出管脚，所述芯片控制模块(102)采用PID控制方法计算出PWM信号，驱动所述比例电磁阀(104)的转动速率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆转向控制系统，其特征在于，所述芯片控制模块(102)为型号XMC4500或XMC4000系列芯片。
5.根据权利要求2所述的车辆转向控制系统，其特征在于，所述通讯模块(105)和所述通讯子单元均采用CAN通讯方式。
6.根据权利要求1所述的车辆转向控制系统，其特征在于，若定义所述转向油缸(3)的A口为进油口，通过推动所述转向油缸(3)内活塞杆前伸来实现左转；
若定义所述转向油缸(3)的B口为进油口，通过推动所述转向油缸(3)内活塞杆后缩来实现右转。
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