CN112960613A - 高空作业车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高空作业车，高空作业车包括：车体(10)，包括车架和安装在车架上的车轮；举升部件(20)，安装在所述车体(10)的车架上；工作平台(30)，安装在所述举升部件(20)的远离所述车架的一端；第一驱动部件，与所述车体(10)的第一车轮(1)连接，以驱动所述第一车轮(1)转向；转向操控部件，与所述第一驱动部件连接，以供操作人员控制所述第一车轮(1)转向；第二驱动部件，与所述车体(10)的第二车轮(2)，以驱动所述第二车轮(2)转向；控制器，与所述转向操控部件或第一驱动部件连接，并与所述第二驱动部件连接，以控制所述第二车轮(2)转动与所述第一车轮(1)的转向角度相适配的角度。

Description

高空作业车
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种高空作业车。
背景技术
高空作业平台在工地转场过程中，需要平板车运输，平板车宽度一般小于2.5m，所以高空作业平台运输状态的宽度尺寸一般不应超过2.5米。随着市场对高空作业平台的高度不断提高，2.5米宽度限制了高空作业平台的高度。目前行业在30米以上高空作业平台普遍采用可以收扩桥的控制方式来调节支腿的宽度，支腿伸到位进入工作状态下，支腿缩到位进入车体运输状态。由于收扩桥采用液压伸缩油缸提供动力，所以两前轮以及两后轮各自不同轴。为提高高空作业平台的移车以及转向的便利性，目前此种车辆采用了两轮转向、四轮转向、蟹型转向三种模式。
目前高空作业平台在30米以下高空作业平台无收扩桥功能，下车轮胎转向功能普遍采用连杆机构，由两个开关电磁阀控制，转向方式为两轮转向。
30米以下高空作业平台采用连杆机构，由两个开关电磁阀控制，在30米上高空作业平台由于轮胎需要收扩桥，连杆机构并不适用。在汽车行业四轮转向机构研究比较充分，连杆转向机构应用比较广范，采用差速装置控制左右轮胎的速度偏差。目前在30米上高空作业平台转向控制方面未见相关报道。
发明内容
本发明旨在提供一种提高转向过程中多个车轮的转向协调性的高空作业车。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种高空作业车，高空作业车包括：
车体，包括车架和安装在车架上的车轮；
举升部件，安装在车体的车架上；
工作平台，安装在举升部件的远离车架的一端；
第一驱动部件，与车体的第一车轮连接，以驱动第一车轮转向；
转向操控部件，与第一驱动部件连接，以供操作人员控制第一车轮转向；
第二驱动部件，与车体的第二车轮，以驱动第二车轮转向；
控制器，与转向操控部件或第一驱动部件连接，并与第二驱动部件连接，以控制第二车轮转动与第一车轮的转向角度相适配的角度。
在一些实施例中，第一车轮与第二车轮在高空作业车的宽度方向上并排设置。
在一些实施例中，第一车轮为左前轮，第二车轮为右前轮，高空作业车具有仅有前轮转向的第一转向模式，
在左转时控制器配置成在第一车轮转向角度α1时控制第二车轮转向角度β1，
其中，β1＝arctan(LBC/(LCD+LAC/tanα1))
α1-左前轮转角，rad；
β1-右前轮转角，rad；
LBC-右前轮铰点B与左后轮轮轴延长线的垂直距离，m；
LCD-左后轮铰点C与BD延长线的水平距离，m；
LAC-左前轮铰点A与左后轮铰点C的距离，m，
在右转时控制器配置成在第二车轮转向角度α2时控制第二车轮转向角度β2，
其中，β2＝arctan(LAD/(LCD+LBD/tanα2))
α2-右转时右前轮转角，rad；
β2-右转时左前轮转角，rad；
LAD-左前轮铰点A与右后轮轮轴延长线的垂直距离，m；
LBD-右前轮铰点B与右后轮铰点D的距离，m。
在一些实施例中，高空作业车还包括第三车轮、驱动第三车轮转向的第三驱动部件、第四车轮和驱动第四车轮转向的第四驱动部件，控制器与第三驱动部件和第四驱动部件分别连接，以控制第三车轮和第四车轮转向，第三车轮为左后轮，第四车轮为右后轮。
在一些实施例中，高空作业车具有第二转向模式，在第二转向模式时，控制器控制第三车轮和第四车轮的转向方向与第一车轮的转向方向相反，第二车轮与第一车轮的转向方向相同，
并且，高空作业车在左转时，
β3＝arctan(LBE/(LCD+LAE/tanα3))
γ3＝arctan(LDE/(LCD+LCE/tanα3))
式中：
α3-左前轮与左后轮转角，rad；
β3-右前轮转角，rad；
γ3-右后轮转角，rad；
LBE-右前轮铰点B与OE延长线的垂直距离，m；
LAE-左前轮铰点A与E点的距离，m；
LDE-右前轮铰点B与OE延长线的垂直距离，m；
LCE-左后轮铰点C与E点的距离，m；
高空作业车右转时，
β4＝arctan(LAE/(LCD+LBE/tanα4))
γ4＝arctan(LCE/(LCD+LDE/tanα4))
式中：
α4-右前轮与右后轮转角，rad；
β4-左前轮转角，rad；
γ4-左后轮转角，rad；
LBE-左前轮铰点B与E点的距离，m；
LDE-右后轮铰点D与E点的距离，m。
在一些实施例中，高空作业车具有第三转向模式，在第三转向模式时，控制器控制第三车轮和第四车轮的转向方向与第一车轮的转向方向相同。
在一些实施例中，第二车轮、第三车轮和第四车轮的转向角度与第一车轮的转向角度相同。
在一些实施例中，高空作业车还包括PID控制模块，PID控制模块与第二驱动部件和控制器分别信号连接。
应用本发明的技术方案，控制器，与转向操控部件或第一驱动部件连接，并与第二驱动部件连接，以控制第二车轮转动与第一车轮的转向角度相适配的角度，提高转向过程中多个车轮的转向协调性的高空作业车。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的实施例的高空作业车的结构示意图；以及
图2示出了本发明的实施例的高空作业车的第一转向模式的示意图；
图3示出了本发明的实施例的高空作业车的第二转向模式的示意图；
图4示出了本发明的实施例的高空作业车的第三转向模式的示意图；以及
图5示出了本发明的实施例的高空作业车的转向控制流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
如图1所示，本实施例的高空作业车包括车体10、举升部件20、工作平台30、第一驱动部件、转向操控部件、第二驱动部件和控制器。
车体10包括车架和安装在车架上的车轮；举升部件20，安装在车体10的车架上；工作平台30安装在举升部件20的远离车架的一端；第一驱动部件与车体10的第一车轮1连接，以驱动第一车轮1转向；转向操控部件与第一驱动部件连接，以供操作人员控制第一车轮1转向；
第二驱动部件与车体10的第二车轮2，以驱动第二车轮2转向；控制器与转向操控部件或第一驱动部件连接，并与第二驱动部件连接，以控制第二车轮2转动与第一车轮1的转向角度相适配的角度。
在本实施例中，操作人员控制主动转向的车轮转向时，控制器控制其他的车轮也做相应的转向，因此提高了转向过程中的多个车轮的协调性。
在一些实施例中，第一车轮1与第二车轮2在高空作业车的宽度方向上并排设置。
第一车轮1为左前轮，第二车轮2为右前轮，高空作业车具有仅有前轮转向的第一转向模式，如图2所示。
在左转时控制器配置成在第一车轮1转向角度α1时控制第二车轮2转向角度β1，
其中，β1＝arctan(LBC/(LCD+LAC/tanα1))
α1-左前轮转角，rad；
β1-右前轮转角，rad；
LBC-右前轮铰点B与左后轮轮轴延长线的垂直距离，m；
LCD-左后轮铰点C与BD延长线的水平距离，m；
LAC-左前轮铰点A与左后轮铰点C的距离，m，
在右转时控制器配置成在第二车轮2转向角度α2时控制第二车轮2转向角度β2，
其中，β2＝arctan(LAD/(LCD+LBD/tanα2))
α2-右转时右前轮转角，rad；
β2-右转时左前轮转角，rad；
LAD-左前轮铰点A与右后轮轮轴延长线的垂直距离，m；
LBD-右前轮铰点B与右后轮铰点D的距离，m。
高空作业车还包括第三车轮3、驱动第三车轮3转向的第三驱动部件、第四车轮4和驱动第四车轮4转向的第四驱动部件，控制器与第三驱动部件和第四驱动部件分别连接，以控制第三车轮3和第四车轮4转向，第三车轮为左后轮，第四车轮为右后轮。
高空作业车具有第二转向模式，在第二转向模式时，控制器控制第三车轮3和第四车轮3的转向方向与第一车轮1的转向方向相反，第二车轮2与第一车轮的转向方向相同，如图3所示，
并且，高空作业车在左转时，
β3＝arctan(LBE/(LCD+LAE/tanα3))
γ3＝arctan(LDE/(LCD+LCE/tanα3))
式中：
α3-左前轮与左后轮转角，rad；
β3-右前轮转角，rad；
γ3-右后轮转角，rad；
LBE-右前轮铰点B与OE延长线的垂直距离，m；
LAE-左前轮铰点A与E点的距离，m；
LDE-右前轮铰点B与OE延长线的垂直距离，m；
LCE-左后轮铰点C与E点的距离，m；
高空作业车右转时，
β4＝arctan(LAE/(LCD+LBE/tanα4))
γ4＝arctan(LCE/(LCD+LDE/tanα4))
式中：
α4-右前轮与右后轮转角，rad；
β4-左前轮转角，rad；
γ4-左后轮转角，rad；
LBE-左前轮铰点B与E点的距离，m；
LDE-右后轮铰点D与E点的距离，m。
高空作业车具有第三转向模式，在第三转向模式时，控制器控制第三车轮3和第四车轮3的转向方向与第一车轮1的转向方向相同，如图4所示。第二车轮2、第三车轮3和第四车轮4的转向角度与第一车轮1的转向角度相同。
高空作业车还包括PID控制模块，PID控制模块与第二驱动部件和控制器分别信号连接。
高空作业车的车体的每个轮子与车架铰接的位置。每个车轮对应设置有一个转角传感器，用于对轮子转向角度的监控，可以定义每个车轮水平于车体方向的角度为0度，向右转动为正角度，向左转动为负角度。每个轮子由两个电控比例阀控制，分别控制轮子的左转和右转。
在不同转向模式下，左转控制过程中，以左前轮为主动轮，右前轮、左前轮及右后轮均作为从动轮；在右转控制过程中，以右前轮为主动轮，左前轮、左后轮及右后轮均作为从动轮。
平台操作面板选择转向模式，两转模式如图2，第一转向模式、四转模式如图3，第二转向模式或蟹型模式如图4，第三转向模式，如果需要左转，操作人员启动左转开关，如果需要右转，操作人员启动右转开关，左转开关和右转开关均是自复位型开关。比如左转操作，ECU控制主动轮左转比例电磁阀PWM端口输出，驱动主动轮左转，左轮转角传感器实时反馈转向角度值。根据已建立的数学模型，ECU可获得从动轮的目标角度值，设定PID输出参数的调整周期，每个参数调整周期，从动轮的的目标角度值和实际角度值周期偏差e都在变化。PID模块根据从动轮的目标角度值以及周期偏差，周期性的调整从动轮相应左转电磁阀PWM端口比例输出值大小，PID模块根据PID控制经典理论公式
Figure BDA0002970038280000081
变更为离散PID公式u(n)＝Kpe(n)+KI[e(n)+e(n-1)+...+e(0)]+KD[e(n)-e(n-1)]后编制完成，现场调试过程中，PID的比例系数Kp、积分系数KI及微分系数KD需要多次现场调定，以达到从动轮跟随性好、精度高的理想效果。转向过程中，若主从动轮转角偏差如果太大以及主动轮转角超限，主从动轮转向停止，若主从动轮偏差在合理范围内且主动轮转角没超限，左转动作继续运行，直到左转开关停止为止。
如图5所示，本实施例通过建立了两轮转向、四轮转向及蟹型转型的数学模型，提供了电气元件及液压元件的组成及工作原理，阐述了两轮转向、四轮转向及蟹型转向的控制方法。基于转向四轮同心原则，建立了四轮转角的数学模型，此种转向方式减少了各轮胎不协调造成的侧向位移，降低了整车转向过程中的侧向晃动。提出了以同向前轮为主动轮，其余轮为从动轮的控制方式，在从动轮的控制过程中，采用PID控制方法，根据目标角度的变化，周期性的调整从动轮电磁阀所需要的控制电流大小，从动轮跟随效果好，控制精度高。控制过程中提出了主动轮转向超限以及主从动轮转角偏差超限的限制，提高了整车转向控制的安全性。
本发明构思的关键点
1.根据结构尺寸，建立了四轮转向同心的数学模型。
2.提出了以同向前两轮为主动轮，其余轮为从动轮的控制方式。
3.依据数学模型采用PID控制方式，实时调整从动轮的转角偏差。
4.增加安全限制逻辑，提高控制安全性。
以上仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种高空作业车，其特征在于，包括：
车体(10)，包括车架和安装在车架上的车轮；
举升部件(20)，安装在所述车体(10)的车架上；
工作平台(30)，安装在所述举升部件(20)的远离所述车架的一端；
第一驱动部件，与所述车体(10)的第一车轮(1)连接，以驱动所述第一车轮(1)转向；
转向操控部件，与所述第一驱动部件连接，以供操作人员控制所述第一车轮(1)转向；
第二驱动部件，与所述车体(10)的第二车轮(2)，以驱动所述第二车轮(2)转向；
控制器，与所述转向操控部件或第一驱动部件连接，并与所述第二驱动部件连接，以控制所述第二车轮(2)转动与所述第一车轮(1)的转向角度相适配的角度。
2.根据权利要求1所述的高空作业车，其特征在于，所述第一车轮(1)与所述第二车轮(2)在所述高空作业车的宽度方向上并排设置。
3.根据权利要求1所述的高空作业车，其特征在于，所述第一车轮(1)为左前轮，所述第二车轮(2)为右前轮，所述高空作业车具有仅有前轮转向的第一转向模式，
在左转时所述控制器配置成在所述第一车轮(1)转向角度α1时控制所述第二车轮(2)转向角度β1，
其中，β1＝arctan(LBC/(LCD+LAC/tanα1))
α1-左前轮转角，rad；
β1-右前轮转角，rad；
LBC-右前轮铰点B与左后轮轮轴延长线的垂直距离，m；
LCD-左后轮铰点C与BD延长线的水平距离，m；
LAC-左前轮铰点A与左后轮铰点C的距离，m，
在右转时所述控制器配置成在所述第二车轮(2)转向角度α2时控制所述第二车轮(2)转向角度β2，
其中，β2＝arctan(LAD/(LCD+LBD/tanα2))
α2-右转时右前轮转角，rad；
β2-右转时左前轮转角，rad；
LAD-左前轮铰点A与右后轮轮轴延长线的垂直距离，m；
LBD-右前轮铰点B与右后轮铰点D的距离，m。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的高空作业车，其特征在于，还包括第三车轮(3)、驱动所述第三车轮(3)转向的第三驱动部件、第四车轮(4)和驱动所述第四车轮(4)转向的第四驱动部件，所述控制器与所述第三驱动部件和所述第四驱动部件分别连接，以控制所述第三车轮(3)和第四车轮(4)转向，所述第三车轮为左后轮，所述第四车轮为右后轮。
5.根据权利要求4所述的高空作业车，其特征在于，所述高空作业车具有第二转向模式，在所述第二转向模式时，所述控制器控制所述第三车轮(3)和所述第四车轮(3)的转向方向与所述第一车轮(1)的转向方向相反，所述第二车轮(2)与所述第一车轮的转向方向相同，
并且，所述高空作业车在左转时，
β3＝arctan(LBE/(LCD+LAE/tanα3))
γ3＝arctan(LDE/(LCD+LCE/tanα3))
式中：
α3-左前轮与左后轮转角，rad；
β3-右前轮转角，rad；
γ3-右后轮转角，rad；
LBE-右前轮铰点B与OE延长线的垂直距离，m；
LAE-左前轮铰点A与E点的距离，m；
LDE-右前轮铰点B与OE延长线的垂直距离，m；
LCE-左后轮铰点C与E点的距离，m；
所述高空作业车右转时，
β4＝arctan(LAE/(LCD+LBE/tanα4))
γ4＝arctan(LCE/(LCD+LDE/tanα4))
式中：
α4-右前轮与右后轮转角，rad；
β4-左前轮转角，rad；
γ4-左后轮转角，rad；
LBE-左前轮铰点B与E点的距离，m；
LDE-右后轮铰点D与E点的距离，m。
6.根据权利要求4所述的高空作业车，其特征在于，所述高空作业车具有第三转向模式，在所述第三转向模式时，所述控制器控制所述第三车轮(3)和所述第四车轮(3)的转向方向与所述第一车轮(1)的转向方向相同。
7.根据权利要求6所述的高空作业车，其特征在于，所述第二车轮(2)、所述第三车轮(3)和所述第四车轮(4)的转向角度与所述第一车轮(1)的转向角度相同。
8.根据权利要求1所述的高空作业车，其特征在于，还包括PID控制模块，所述PID控制模块与所述第二驱动部件和所述控制器分别信号连接。
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