CN110949083A - 气囊驱动式拖车的平动升降控制系统及控制方法 - Google Patents

气囊驱动式拖车的平动升降控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明所述的气囊驱动式拖车的平动升降控制系统及控制方法，包括信号采集单元、气囊驱动单元和控制器单元，信号采集单元包括接近开关、感应区域和姿态传感器，气囊驱动单元包括三位两通阀、开度阀和气动插销，接近开关通过感应区域采集底盘位置信号并传送电气指令到控制器单元，控制器单元根据电气指令控制所述气动插销动作进而控制气囊充放气，姿态传感器采集拖车底盘倾斜角度信息并传送至控制器单元，控制器单元根据获得的底盘倾斜角度信息三位两通阀和开度阀控制动作进而控制充放气速率。本发明采用控制气囊充气泄气进行装车卸车过程，举升平稳，由于气囊的缓冲性，拖车在运输过程中也能有效降低车辆颠簸对于运输车辆的损伤。

Description

气囊驱动式拖车的平动升降控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及拖车控制系统及方法，具体涉及一种气囊驱动式拖车的平动升降控制系 统及控制方法。
背景技术
随着经济发展，收入水平的提高，私家车的占有量也越来越高，随着私家车占有量的提升，车辆抛锚或者交通事故导致的车辆损毁事件也大大增加，也因此拖车的使用量 也随之增长。目前的拖车主要是采用起吊、拽拉或托举的方式抬起车辆，这样的方式不 仅费时费力还易对车辆造成二次伤害，而且现有的拖车在升降的性能上也还达不到人们 的需求，同时，现有拖车在行驶过程中的平顺性较差，依靠锁扣锁住故障车也有锁扣滑 脱的风险。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种气囊驱动式拖车的平动升降控制系统及控制方 法，解决现有拖车在车辆装车过程中的耗时耗力和安全性低的问题，同时解决拖车在行驶过程中平顺性差的问题和锁扣容易滑脱的问题。
技术方案：本发明所述的气囊驱动式拖车的平动升降控制系统，包括信号采集单元、 气囊驱动单元和控制器单元，所述信号采集单元和气囊驱动单元均与控制器单元信号连 接，所述信号采集单元包括接近开关、感应区域和姿态传感器，所述气囊驱动单元包括三位两通阀、开度阀和气动插销，所述接近开关通过感应区域采集底盘位置信号并传送 电气指令到控制器单元，所述控制器单元根据电气指令控制所述气动插销动作进而控制 气囊充放气，所述姿态传感器采集拖车底盘倾斜角度信息并传送至控制器单元，所述控 制器单元根据获得的底盘倾斜角度信息三位两通阀和开度阀控制动作进而控制充放气 速率。
所述气动插销前后均设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器传送气动插销的位置信号 给控制器单元，所述控制器单元根据气动插销的位置信号控制气动插销上的活塞杆的伸 出长度。
本发明所述的气囊驱动式拖车的平动升降控制系统的控制方法，装车时包括以下步 骤：
(S1)控制器单元控制三位两通阀进气口打开，开度阀开启，三位两通阀连接的气瓶通过气管开始为气囊充气，挤压气囊板和车轮支撑摆臂分开，车轮支撑摆臂旋转，通 过铰链轴支撑底盘抬升，姿态传感器实时采集底盘的倾斜角度信息并传送到控制器单 元；
(S2)控制器单元通过倾斜角度求解得到的上升速率，通过与建立的标准数学模型的得到的下降速率进行比对得到误差值，误差值在预设的范围之内时，三位两通阀及开 度阀正常工作，若误差值超过预设范围，控制器单元控制三位两通阀和开度阀动作，进 而控制进气速率进行底盘的姿态调节；
(S3)随着底盘的抬升，接近开1检测到感应区域后发出电气指令，控制器单元接收到电气指令后关闭此处的三位两通阀进气，控制车轮旁的气动插销弹出活塞杆，通过 气动插销上的霍尔传感器的信号控制活塞杆的伸出长度，活塞杆卡在车轮支撑摆臂的卡 扣上，待四个车轮处的活塞杆均弹出后，装车步骤完成；
本发明所述的气囊驱动式拖车的平动升降控制系统的控制方法，卸车时包括以下步 骤：
(S1)活塞杆收回到气动插销中，控制器单元通过气动插销的霍尔传感器的信号控制收回活塞杆的长短，控制四个车轮旁的活塞杆均收回到气动插销中；
(S2)三位两通阀泄气口打开，开度阀开启，四个气囊开始泄气，气囊板与车轮支撑摆臂开始靠近，车轮支撑摆臂旋转，底盘开始下降，姿态传感器实时采集底盘的倾斜 角度信息并传送到控制器单元；
(S3)控制器单元通过倾斜角度求解得到的下降速率，通过与建立的标准数学模型的得到的下降速率进行比对得到误差值，误差值在预设的范围之内时，三位两通阀及开 度阀正常工作，若误差值超过预设范围，控制器单元控制三位两通阀和开度阀动作，进 而控制进气速率进行底盘的姿态调节；
(S4)当气囊气压与外界气压相同时，气囊泄气完成，控制器单元关闭三位两通阀泄气口，底盘降至最低，卸车过程完成。
其中，拖车底盘长度为L，宽度为W，气囊充气后上升或下降一段时间后，姿态传 感器检测到拖车底盘出现角度差θ，则可求解拖车此时在底盘角落处的上升或下降速 率，具体求解步骤如下：
姿态传感器至底盘角落的距离为
Figure BDA0002257496040000031
则对移动距离求微分即可得拖车上升或 下降速率：
Figure BDA0002257496040000032
标准数学模型求解下降速率具体为：
Figure BDA0002257496040000033
其中，xm、ym、rm分别是标准模型的上升下降高度值、上升下降速率和输入向量 倾斜角，Am、Bm、C分别是具有相应维数的代表理想平衡状态的矩阵，
误差的计算为：ε＝ym-yp
式中：ym为数学模型的输出，yp为运算求解的上升下降速率。
有益效果：本发明采用控制气囊充气泄气进行装车卸车过程，举升平稳，由于气囊的缓冲性，拖车在运输过程中也能有效降低车辆颠簸对于运输车辆的损伤。发明采用自 适应控制装车卸车过程，在车身底盘下降速率与建立的自适应数学模型误差较大时，能 够自适应地调节三位两通阀与开度阀的开关与开度大小，降低了因为底盘倾斜导致的车 辆损坏的概率，提高了装车卸车流程的安全性，控制过程只需采用接近开关、姿态传感 器和霍尔传感器，即可完成整个装车卸车过程，采用器件少，操作简单，成本较低。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是气囊驱动式平动升降器及感应区的总装图；
图3是气动插销及霍尔传感器的结构图；
图4是充泄气自适应控制流程框图；
图5是控制系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1-2所示，气囊驱动式平动升降控制系统，主要由每个车轮处的一个感应区域8和一个接近开关11，姿态传感器9，三位两通阀3和开度阀4，气动插销10和控制器 单元1构成，感应区域8分布在车轮支撑摆臂7上，用于给接近开关11提供底盘2到 位信号，位置处于底盘2到达最高点时接近开关11能够检测到的位置，控制器单元1 放置在底盘2的头部位置，用于接收采集信号及控制三位两通阀3与开度阀4开度大小 与开启关闭，接近开关11放置在底盘2上，用于采集底盘2高度到位信号，气动插销 10放置在底盘2上，用于接收到底盘2到位信号后控制推出活塞杆1003还是收回活塞 杆1003，三位两通阀3与开度阀4固定于车轮旁的底盘2上，姿态传感器9放置于底盘 2重心位置。气动插销10的具体结构如图3所示，两个霍尔传感器1001、1002分别放 置在气动插销10的首尾位置，控制活塞杆1003的伸出距离长短。
如图4-5所示，在气囊驱动式平动升降控制方法包含装车过程和卸车过程，装车时， 具体过程如下：
车辆装车后，按下控制器单元1旁的装车按钮，控制器单元1控制四个车轮旁的四个三位两通阀3进气口打开，开度阀4开启，三位两通阀3连接的高压气瓶通过气管开 始为气囊6充气，四个车轮位置的气囊6同时开始充气，挤压气囊板5和车轮支撑摆臂 7分开，车轮支撑摆臂7旋转，通过铰链轴支撑底盘2抬升，姿态传感器9实时采集底 盘的倾斜角度，当通过底盘2的倾斜角度求解得到的下降速率在数学模型的误差值范围 之内时，三位两通阀3及开度阀4均正常工作，若姿态传感器10检测到底盘2倾斜角 较大，下降速度不对称时，控制器单元根据建立的自适应模型控制高度较低的车轮处的 开度阀开度，控制进气速率进行底盘2的姿态调节，若底盘2倾斜角特别大靠开度阀4 调节不及时时，控制器单元控制底盘2高度较高处的三位两通阀3关闭进气，待底盘2 姿态满足数学模型的误差值时再开启三位两通阀3进气。随着底盘的抬升，接近开关11 检测到感应区域8后发出电气指令，控制器单元接收到电气指令后关闭此处的三位两通 阀3进气，控制车轮旁的气动插销10弹出活塞杆1003，通过气动插销10上的霍尔传感 器控制活塞杆的伸出长度，活塞杆卡在车轮支撑摆臂7上的卡扣上以防止气囊6失效时 底盘2下坠，待四个车轮处的活塞杆1003均弹出后，装车步骤完成。
卸车具体过程如下：
拖车开始卸车，按下拖车控制器单元1旁的卸车按钮，控制器单元1控制四个车轮处的活塞杆1003收回到气动插销10中，通过气动插销10的霍尔传感器1001、1002控 制收回活塞杆1003的长短，当四个车轮旁的活塞杆1003均收回到气动插销10中后， 控制器单元1控制四个车轮处的三位两通阀3泄气口打开，开度阀4打开，四个气囊6 开始泄气，气囊板4与车轮支撑摆臂7开始靠近，车轮支撑摆臂7旋转，底盘2开始下 降，当底盘2匀速下降，下降速率在数学模型范围之内时，三位两通阀3与开度阀4均 正常泄气，当姿态传感器10检测到底盘2倾斜角度超过误差值范围，下降速度存在异 常时，控制器单元根据建立的自适应数学模型控制高度较低处的开度阀4开度，控制泄 气速率进行姿态调节，当倾斜角回到误差值范围内时，开度阀4回到正常工作状态，若 姿态传感器10检测到底盘2倾斜角过大靠开度阀4无法调节时，控制器单元控制底盘2 高度较低处的三位两通阀3关闭泄气，待底盘2姿态满足数学模型误差值时再重新开启 三位两通阀3泄气。当气囊6气压与外界气压相同时，气囊6泄气完成，控制器单元关 闭三位两通阀3泄气口，底盘2降至最低，由此，卸车过程完成。
自适应原理建立数学模型进行底盘下降速率控制具体步骤如下：
首先根据姿态传感器检测的底盘的倾斜角度计算实际的上升下降速率，具体计算如 下：
已知拖车底盘长度为L，宽度为W，气囊充气后上升下降一段时间后，姿态传感器检测到拖车底盘出现角度差θ，则可求解拖车此时在底盘角落处的下降速率，具体求解步 骤如下：
姿态传感器至底盘角落的距离为
Figure BDA0002257496040000051
则速度求解公式为
Figure BDA0002257496040000052
然后根据数学模型计算底盘上升下降的速率：
Figure BDA0002257496040000053
式中：xm、ym、rm分别是参考模型的上升下降高度值、上升下降速率和输入向量倾斜角，Am、Bm、C分别是具有相应维数的代表理想平衡状态的矩阵。
误差的计算为：ε＝ym-yp
式中：ym为数学模型的输出，yp为运算求解的上升下降速率。
控制器单元通过将计算的误差值与预设的误差范围值比较，通过比较进行自适应调 节。
本发明能够平稳抬升负载，采用自适应控制抬升下降过程，能有效防止侧倾，特别适用于采用气囊抬升运输的拖车使用。

Claims (6)

1.一种气囊驱动式拖车的平动升降控制系统，其特征在于，包括信号采集单元、气囊驱动单元和控制器单元，所述信号采集单元和气囊驱动单元均与控制器单元信号连接，所述信号采集单元包括接近开关(11)、感应区域(8)和姿态传感器(9)，所述感应区域(8)布置在车轮支撑摆臂上的底盘在最高位置时接近开关(11)的检测行程内，所述接近开关(11)和姿态传感器(9)均与控制器单元(1)相连，所述气囊驱动单元包括三位两通阀(3)、开度阀(4)和气动插销(10)，三位两通阀(3)、开度阀(4)与气动插销(10)均与控制器单元(1)相连接，所述接近开关(11)通过感应区域(8)采集底盘位置信号并传送电气指令到控制器单元(1)，所述控制器单元(1)根据电气指令控制所述气动插销(10)动作进而控制气囊充放气，所述姿态传感器(9)采集拖车底盘倾斜角度信息并传送至控制器单元(1)，所述控制器单元(1)根据获得的底盘倾斜角度信息控制三位两通阀(3)和开度阀(4)动作进而控制充放气速率。
2.根据权利要求1所述的气囊驱动式拖车的平动升降控制系统，其特征在于，所述气动插销(10)前后均设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器传送气动插销(10)的位置信号给控制器单元(1)，所述控制器单元(1)根据气动插销(10)的位置信号控制气动插销(10)上的活塞杆(1003)的伸出长度。
3.如权利要求1所述的气囊驱动式拖车的平动升降控制系统的控制方法，其特征在于，装车时包括以下步骤：
(S1)控制器单元(1)控制三位两通阀(3)进气口打开，开度阀(4)开启，三位两通阀(3)连接的气瓶通过气管开始为气囊(6)充气，挤压气囊板(5)和车轮支撑摆臂(7)分开，车轮支撑摆臂(6)旋转，通过铰链轴支撑底盘(2)抬升，姿态传感器(9)实时采集底盘(2)的倾斜角度信息并传送到控制器单元；
(S2)控制器单元(1)通过倾斜角度求解得到的上升速率，通过与建立的标准数学模型的得到的下降速率进行比对得到误差值，误差值在预设的范围之内时，三位两通阀(3)及开度阀(4)正常工作，若误差值超过预设范围，控制器单元控制三位两通阀和开度阀动作，进而控制进气速率进行底盘(2)的姿态调节；
(S3)随着底盘(2)的抬升，接近开关(11)检测到感应区域(8)后发出电气指令，控制器单元(1)接收到电气指令后关闭此处的三位两通阀(3)进气，控制车轮旁的气动插销(10)弹出活塞杆(1003)，通过气动插销(10)上的霍尔传感器的信号控制活塞杆的伸出长度，活塞杆(1003)卡在车轮支撑摆臂(7)的卡扣上，待四个车轮处的活塞杆(1003)均弹出后，装车步骤完成。
4.根据权利要求3所述的气囊驱动式拖车的平动升降控制系统的控制方法，其特征在于，卸车时包括以下步骤：
(S1)活塞杆(1003)收回到气动插销(10)中，控制器单元(1)通过气动插销的霍尔传感器的信号控制收回活塞杆(1003)的长短，控制四个车轮旁的活塞杆(1003)均收回到气动插销(10)中；
(S2)三位两通阀(3)泄气口打开，开度阀(4)开启，四个气囊(6)开始泄气，气囊(4)板与车轮支撑摆臂(7)开始靠近，车轮支撑摆臂(7)旋转，底盘开始下降，姿态传感器(10)实时采集底盘(2)的倾斜角度信息并传送到控制器单元(1)；
(S3)控制器单元(1)通过倾斜角度求解得到的下降速率，通过与建立的标准数学模型的得到的下降速率进行比对得到误差值，误差值在预设的范围之内时，三位两通阀及开度阀正常工作，若误差值超过预设范围，控制器单元控制三位两通阀(3)和开度阀(4)动作，进而控制进气速率进行底盘的姿态调节；
(S4)当气囊(6)气压与外界气压相同时，气囊(6)泄气完成，控制器单元关闭三位两通阀(3)泄气口，底盘(2)降至最低，卸车过程完成。
5.根据权利要求3或4任一项所述的气囊驱动式拖车的平动升降控制系统的控制方法，其特征在于，拖车底盘长度为L，宽度为W，气囊充气后上升或下降一段时间后，姿态传感器检测到拖车底盘出现角度差θ，则可求解拖车此时在底盘角落处的上升或下降速率，具体求解步骤如下：
姿态传感器至底盘角落的距离为
Figure RE-FDA0002375396130000021
则对移动距离求微分即可得拖车上升或下降速率：
Figure RE-FDA0002375396130000022
6.根据权利要求4或5任一项所述的气囊驱动式拖车的平动升降控制系统的控制方法，其特征在于，标准数学模型求解下降速率具体为：
Figure RE-FDA0002375396130000023
其中，xm、ym、rm分别是标准模型的上升下降高度值、上升下降速率和输入向量倾斜角，Am、Bm、C分别是具有相应维数的代表理想平衡状态的矩阵，
误差的计算为：ε＝ym-yp
式中：ym为数学模型的输出，yp为运算求解的上升下降速率。
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