CN113341783B - 一种车辆舱盖闭环控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆舱盖闭环控制系统及控制策略，解决舱盖开合精度和安全性没有保障的技术问题。系统包括：编码器，用于采集舱盖上确定转轴处转动部分间的相对转动角度；主控制器，用于根据相对转动角度形成舱盖动作状态，预置的速度闭环和位置闭环控制过程根据舱盖控制目的和舱盖动作状态形成后续动作时确定流量阀门的控制指令；通用控制器，用于将相对转动角度向主控制器反馈，接收控制指令转换为控制电流形成确定流量阀门的波形控制，并接收确定流量阀门的状态反馈电流形成阀控电流闭环控制过程。舱盖多路阀的滞环、线性度差、死区大的控制缺陷，改善舱盖运行速度的一致性，进而改善舱盖系统的多车适应性，提高舱盖系统的安全性及控制精度。

Description

一种车辆舱盖闭环控制策略

技术领域

本发明涉及车辆舱盖技术领域，具体涉及一种车辆舱盖闭环控制系统及控制策略。

背景技术

现有技术中，车辆舱盖不仅要完成启闭功能，为降低装载产品的吊装高度，还要具备顶盖跟随侧盖折叠、展开等功能。顶盖跟随侧盖展开、折叠需要很高的精度以保证吊装系统的整体安全以及舱盖执行机构自身的安全。现有技术中一种舱盖系统如图1所示。在图1中，在车架敞口上对称设置侧盖(4、11)，侧盖底部通过侧盖回转轴(3、12)与车架敞口转动连接，侧盖顶部通过顶盖回转轴(5、9)与顶盖(7、8)的底部转动连接，同一侧的顶盖与侧盖间设置有顶盖驱动机构(6、10)驱动顶盖相对侧盖转动，同一侧的侧盖与车架间设置有侧盖驱动机构驱动侧盖相对车架转动，对称的顶盖顶端形成适配吻合结构。舱盖开启过程如图2所示。在图2中，舱盖开启的顺序包括关盖、运动和开盖三个状态，舱盖关闭的顺序为舱盖开启的逆顺序。关盖状态下顶盖和侧盖朝向车架轴线方向伸展到位，对称的顶盖顶端吻合形成搭接。运动状态下侧盖背向车架轴线方向转动开启，相连顶盖相对侧盖作收拢接近转动逐渐在车架上方形成敞口。开盖状态下侧盖背向车架轴线方向转动到位，相连顶盖收拢接近转动到位，侧盖底部与相连顶盖的顶部竖直高度保持最小且车架上方形成最大敞口。

现有技术为降低车载环境的干扰以及整车生产成本，舱盖系统一般选用 PWM波控制型多路阀，较之于带集成控制放大器等高精度的多路阀，舱盖所选用的多路阀死区、滞环更大，线性度更差，这就导致开合控制方式及速度控制方式存在三个问题：一、控制效果受油温影响较大，阀口开度难以修正、控制精度难以保证；二、关舱盖的过程中，顶盖跟随侧盖的同时，左右侧盖的位置吻合跟踪要求难以保证，影响舱盖系统的自身的安全性；三、多车适应性差。因此，为了车辆舱盖系统顶盖、侧盖的高精度、高可靠、高安全的跟踪功能，需要一种车辆舱盖控制系统以及相应的控制策略来配合车辆舱盖系统完成顶盖跟随侧盖折叠、展开的控制功能。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种车辆舱盖闭环控制系统及控制策略，解决现有模拟信号开路控制易受车载环境影响，舱盖开合精度和安全性没有保障的技术问题。

本发明实施例的车辆舱盖闭环控制系统，包括：

编码器，用于采集舱盖上确定转轴处转动部分间的相对转动角度；

主控制器，用于根据所述相对转动角度形成舱盖动作状态，预置的速度闭环控制过程和位置闭环控制过程根据舱盖控制目的和舱盖动作状态形成对应液压机构后续动作时确定流量阀门的控制指令；

通用控制器，用于通过CAN总线将所述相对转动角度向所述主控制器反馈，通过所述CAN总线接收控制指令，将所述控制指令转换为控制电流形成所述确定流量阀门的PWM波形控制，并接收所述确定流量阀门的状态反馈电流形成阀控电流闭环控制过程。

本发明一实施例中，所述确定转轴包括侧盖回转轴和顶盖回转轴，所述舱盖动作状态包括开启过程、闭合过程、启到位和闭合到位，流量阀门包括多路阀和比例溢流阀，液压机构包括液压缸和液压马达。

本发明实施例的车辆舱盖闭环控制策略，利用上述车辆舱盖闭环控制系统，包括：

在舱盖动作的控制过程中形成速度反馈闭环控制过程以保持相对侧盖的动作速度匹配，形成位置反馈闭环控制过程以保持顶盖相对于侧盖动作形成角度匹配；

在速度反馈闭环控制和位置反馈闭环控制过程中对确定液压机构的确定流量阀门形成电流反馈闭环控制过程以保持流量阀门开度控制准确。

本发明一实施例中，在舱盖开启时：

形成速度反馈闭环控制过程保持相对侧盖开启过程中相对侧盖动作速度恒定；

形成位置反馈闭环控制过程保持顶盖的调整角度随动连接侧盖的动作位置。

本发明一实施例中，在舱盖关闭时：

形成速度反馈闭环控制保持主动侧盖关闭过程中动作速度恒定；

形成位置反馈闭环控制保持两个顶盖和被动侧盖的调整角度随动主动侧盖的动作位置。

本发明一实施例中，在舱盖开启时的位置反馈闭环控制过程中：

相对侧盖以规划的目标速度运动，形成侧盖开启，顶盖折叠过程；

顶盖以侧盖角度减4°作为目标角度进行位置跟踪，左顶盖跟踪左侧盖，右顶盖跟踪右盖。

本发明一实施例中，在舱盖闭合时的位置反馈闭环控制过程中：

相对侧盖中的主动侧盖以恒定的角速度运动，形成侧盖关闭，顶盖展开过程；

主动侧盖连接的顶盖以主动侧盖角度减4°作为目标角度进行位置跟踪；

被动侧盖对主动侧盖进行位置跟踪；

被动侧盖连接的顶盖以主动侧盖角度加12°作为目标角度进行位置跟踪。

本发明一实施例中，所述电流反馈闭环控制过程包括：

在通用控制器中，根据主控制器的控制指令形成流量阀门的控制量；

根据线性转换规则将控制量转换为相应流量阀门的目标控制电流信号输出PWM波占空比；

接收受控阀门的控制反馈电流信号并与目标控制电流信号比较形成控制偏差信号；

对控制偏差信号进行分段PID控制形成PWM波占空比。

本发明一实施例中，所述速度闭环控制过程包括：

在主控制器中，根据预设目标角速度输出确定转轴的目标角速度控制指令；

将编码器反馈的确定转轴的实际角度进行微分累计获取确定转轴的实际角速度；

目标角速度和实际角速度间比较形成角速度偏差；

对角速度偏差进行前馈PI运算后形成确定液压机构的确定流量阀门的控制指令。

本发明一实施例中，所述位置闭环控制过程包括：

在主控制器中，根据预设目标角度输出确定转轴的跟随角度控制指令；

将编码器反馈的确定转轴的反馈角度和目标角度比较形成角度偏差；

对角度偏差进行前馈PI运算后形成确定液压机构的确定流量阀门的控制指令。

本发明实施例的车辆舱盖闭环控制系统及控制策略，根据顶盖跟随侧盖折叠、展开的要求，设计一种基于电流环、速度环、位置环的控制系统，通过电流闭环改善了舱盖多路阀的滞环、线性度差、死区大的控制缺陷，通过速度闭环改善舱盖运行速度的一致性，进而改善舱盖系统的多车适应性，通过位置闭环提高舱盖系统的安全性及控制精度。

附图说明

图1所示为现有技术中一种舱盖系统的结构示意图。

图2所示为本发明一实施例现有技术中一种舱盖系统的开合状态转换示意图。

图3所示为本发明一实施例车辆舱盖闭环控制系统的架构示意图。

图4所示为本发明一实施例车辆舱盖闭环控制策略的流程示意图。

图5所示为本发明一实施例车辆舱盖闭环控制策略中电流闭环控制过程示意图。

图6所示为本发明一实施例车辆舱盖闭环控制策略中速度闭环控制过程示意图。

图7所示为本发明一实施例车辆舱盖闭环控制策略中位置闭环控制过程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。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。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。

本发明一实施例车辆舱盖闭环控制系统如图3所示。在图3中，本实施例：

编码器，用于采集舱盖上确定转轴处转动部分间的相对转动角度。

确定转轴包括侧盖回转轴和顶盖回转轴，一个侧盖和一个顶盖形成完整舱盖的一个局部。转轴的转动部分的相对转动角度根据转轴确定，可以是侧盖回转轴上侧盖相对车架的转动角度，也可以是顶盖回转轴上顶盖相对侧盖的转动角度。编码器可以采用速度编码器或角度编码器。

主控制器，用于根据相对转动角度形成舱盖动作状态，预置的速度闭环控制过程和位置闭环控制过程根据舱盖控制目的和舱盖动作状态形成对应液压机构后续动作时确定流量阀门的控制指令。

舱盖动作状态包括开启过程和闭合过程的动作状态，还包括开启到位、闭合到位等标志状态，舱盖动作状态由侧盖和顶盖的动作状态形成。针对侧盖和顶盖的动作可以由不同的液压机构动作形成，例如侧盖采用液压缸驱动，顶盖动作采用液压马达驱动。本领域技术人员可以理解，通过对液压机构工作介质通路上的各种电磁流量阀门的通断控制可以形成确定流量阀门的控制指令。根据控制目的相应控制指令形成的动作状态中确定量纲反馈信号进行反馈控制可以建立基于速度、位置等反馈信号的闭环控制过程。速度闭环控制过程根据侧盖的反馈速度作为反馈控制信号形成侧盖(或顶盖)动作的闭环控制。位置闭环控制过程根据侧盖的反馈角度作为反馈控制信号形成侧盖(或顶盖)动作的闭环控制。

通用控制器，用于通过CAN总线将相对转动角度向主控制器反馈，通过CAN总线接收控制指令，将控制指令转换为控制电流形成确定流量阀门的PWM波形控制，并接收确定流量阀门的状态反馈电流形成阀控电流闭环控制过程。

利用CAN总线实现控制器间的高速数据传输可以保证数据传输的可靠性和并发性。通过控制过程的阀控电流反馈纠正阀控过程的非线性、死区和个体阀控差异。流量阀门包括但不限于多路阀及比例溢流阀。阀控电流闭环控制过程利用反馈电流作为反馈控制信号形成流量阀门的闭环控制。

本发明实施例的车辆舱盖闭环控制系统根据顶盖跟随侧盖折叠、展开的要求，设计一种基于电流环、速度环、位置环的控制系统，通过电流闭环改善了舱盖多路阀的滞环、线性度差、死区大的控制缺陷，通过速度闭环改善舱盖运行速度的一致性，进而改善舱盖系统的多车适应性，通过位置闭环提高舱盖系统的安全性及控制精度。

本发明一实施例利用上述实施例的车辆舱盖闭环控制系统形成的车辆舱盖闭环控制策略如图4所示。在图4中，本实施例包括：

在舱盖动作的控制过程中形成速度反馈闭环控制过程以保持相对侧盖的动作速度匹配，形成位置反馈闭环控制过程以保持顶盖相对于侧盖动作形成角度匹配。

在速度反馈闭环控制和位置反馈闭环控制过程中对确定液压机构的确定流量阀门形成电流反馈闭环控制过程以保持流量阀门开度控制准确。

其中，动作速度匹配包括但不限于线速度匹配、角速度匹配、速度差匹配等。形成角度匹配包括但不限于固定角度跟随、不同位置不同固定角度跟随等。

本发明实施例的车辆舱盖闭环控制策略利用速度反馈闭环控制保证相对侧盖的动作速度匹配，利用位置反馈闭环控制保证顶盖动作与侧盖动作的角度匹配，利用电流反馈闭环控制保证位置反馈闭环控制和速度反馈闭环控制的控制目的实现到位准确。形成了车辆舱盖开合在速度、角度和精度上的全面闭环控制。

如图4所示，在本发明一实施例中，在舱盖开启时：

形成速度反馈闭环控制过程保持相对侧盖开启过程中相对侧盖动作速度恒定；

形成位置反馈闭环控制过程保持顶盖的调整角度随动连接侧盖的动作位置。

如图4所示，在本发明一实施例中，在舱盖关闭时：

形成速度反馈闭环控制保持主动侧盖关闭过程中动作速度恒定；

形成位置反馈闭环控制保持两个顶盖和被动侧盖的调整角度随动主动侧盖的动作位置。

本发明实施例的车辆舱盖闭环控制策略在舱盖开合时采用不同的闭环控制策略，既保证了舱盖开启时的稳定高速和开启到位，保证了多车适应性。同时又保证了舱盖关闭时侧盖之间、顶盖之间避免出现机械干涉，有效保证了整体安全性。

在本发明一实施例中，在舱盖开启时的位置反馈闭环控制过程中：

相对侧盖以规划的目标速度运动，形成侧盖开启，顶盖折叠过程；

顶盖以侧盖角度减4°作为目标角度进行位置跟踪，左顶盖跟踪左侧盖，右顶盖跟踪右盖。

在本发明一实施例中，在舱盖闭合时的位置反馈闭环控制过程中：

相对侧盖中的主动侧盖以恒定的角速度运动，形成侧盖关闭，顶盖展开过程；

主动侧盖连接的顶盖以主动侧盖角度减4°作为目标角度进行位置跟踪；

被动侧盖对主动侧盖进行位置跟踪；

被动侧盖连接的顶盖以主动侧盖角度加12°作为目标角度进行位置跟踪。

本发明一实施例车辆舱盖闭环控制策略中电流闭环控制过程如图5所示。在图5中，电流闭环控制过程包括：

在通用控制器中，根据主控制器的控制指令形成流量阀门的控制量。本实施例中为多路阀和比例溢流阀的控制量。

根据线性转换规则将控制量转换为相应流量阀门的目标控制电流信号输出PWM波占空比。目标控制电流映射的是阀门中阀瓣的开度。

接收受控阀门的控制反馈电流信号并与目标控制电流信号比较形成控制偏差信号。

对控制偏差信号进行分段PID(比例积分微分)控制形成PWM波占空比。形成以恒定电流驱动相应流量阀门。

在本发明一实施例中，线性控制规则包括：

根据顶盖多路阀与比例溢流阀的样本中的特性曲线(多路阀的流量-电流特性曲线、溢流阀的压力-电流特性曲线)，将目标控制量线性转化成目标控制电流。

其中线性转换规则为：

Y＝a*I+b

Y为主控制器发出的阀控制指令值，I为电流闭环控制的目标电流。

针对多路阀，式中的系数a,b通过多路阀的样本中的流量-电流曲线拟合得到。针对溢流阀，式中的系数a,b通过比例溢流阀的样本中的压力-电流曲线拟合得到。由于多路阀与比例溢流阀的阻抗不同，为提高控制算法的适用性，采用分段PID的闭环控制策略：根据电流反馈值与目标电流值的差值，通过分段式PID的运算后进行实际PWM波输出。

本发明一实施例车辆舱盖闭环控制策略中速度闭环控制过程如图6所示。在图6中，速度闭环控制过程包括：

在主控制器中，根据预设目标角速度输出确定转轴的目标角速度控制指令。

将编码器反馈的确定转轴的实际角度进行微分累计获取确定转轴的实际角速度。

目标角速度和实际角速度间比较形成角速度偏差。

对角速度偏差进行前馈PI(比例积分)运算后形成确定液压机构的确定流量阀门的控制指令。

本发明一实施例车辆舱盖闭环控制策略中位置闭环控制过程如图7所示。在图7中，位置闭环控制过程包括：

在主控制器中，根据预设目标角度输出确定转轴的跟随角度控制指令。

将编码器反馈的确定转轴的反馈角度和目标角度比较形成角度偏差。角度偏差映射侧盖或顶盖间的位移误差。

对角度偏差进行前馈PI(比例积分)运算后形成确定液压机构的确定流量阀门的控制指令。

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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种车辆舱盖闭环控制策略，其特征在于，利用车辆舱盖闭环控制系统，所述车辆舱盖闭环控制系统包括：

编码器，用于采集舱盖上确定转轴处转动部分间的相对转动角度；

主控制器，用于根据所述相对转动角度形成舱盖动作状态，预置的速度闭环控制过程和位置闭环控制过程根据舱盖控制目的和舱盖动作状态形成对应液压机构后续动作时确定流量阀门的控制指令；

通用控制器，用于通过CAN总线将所述相对转动角度向所述主控制器反馈，通过所述CAN总线接收控制指令，将所述控制指令转换为控制电流形成所述确定流量阀门的PWM波形控制，并接收所述确定流量阀门的状态反馈电流形成阀控电流闭环控制过程；

所述确定转轴包括侧盖回转轴和顶盖回转轴，侧盖底部通过侧盖回转轴与车架敞口转动连接，侧盖顶部通过顶盖回转轴与顶盖的底部转动连接，同一侧的顶盖与侧盖间设置有顶盖驱动机构驱动顶盖相对侧盖转动，同一侧的侧盖与车架间设置有侧盖驱动机构驱动侧盖相对车架转动，对称的顶盖顶端形成适配吻合结构，流量阀门包括多路阀和比例溢流阀，液压机构包括液压缸和液压马达；

所述车辆舱盖闭环控制策略包括：

在舱盖动作的控制过程中形成速度反馈闭环控制过程以保持相对侧盖的动作速度匹配，形成位置反馈闭环控制过程以保持顶盖相对于侧盖动作形成角度匹配；

在速度反馈闭环控制和位置反馈闭环控制过程中对确定液压机构的确定流量阀门形成电流反馈闭环控制过程以保持流量阀门开度控制准确。

2.如权利要求1所述的车辆舱盖闭环控制策略，其特征在于，在舱盖开启时：

形成速度反馈闭环控制过程保持相对侧盖开启过程中相对侧盖动作速度恒定；

形成位置反馈闭环控制过程保持顶盖的调整角度随动连接侧盖的动作位置。

3.如权利要求2所述的车辆舱盖闭环控制策略，其特征在于，在舱盖关闭时：

形成速度反馈闭环控制保持主动侧盖关闭过程中动作速度恒定；

形成位置反馈闭环控制保持两个顶盖和被动侧盖的调整角度随动主动侧盖的动作位置。

4.如权利要求2所述的车辆舱盖闭环控制策略，其特征在于，在舱盖开启时的位置反馈闭环控制过程中：

相对侧盖以规划的目标速度运动，形成侧盖开启，顶盖折叠过程；

顶盖以侧盖角度减4°作为目标角度进行位置跟踪，左顶盖跟踪左侧盖，右顶盖跟踪右盖。

5.如权利要求3所述的车辆舱盖闭环控制策略，其特征在于，在舱盖闭合时的位置反馈闭环控制过程中：

相对侧盖中的主动侧盖以恒定的角速度运动，形成侧盖关闭，顶盖展开过程；

主动侧盖连接的顶盖以主动侧盖角度减4°作为目标角度进行位置跟踪；

被动侧盖对主动侧盖进行位置跟踪；

被动侧盖连接的顶盖以主动侧盖角度加12°作为目标角度进行位置跟踪。

6.如权利要求1所述的车辆舱盖闭环控制策略，其特征在于，所述电流反馈闭环控制过程包括：

在通用控制器中，根据主控制器的控制指令形成流量阀门的控制量；

根据线性转换规则将控制量转换为相应流量阀门的目标控制电流信号输出PWM波占空比；

接收受控阀门的控制反馈电流信号并与目标控制电流信号比较形成控制偏差信号；

对控制偏差信号进行分段PID控制形成PWM波占空比。

7.如权利要求1所述的车辆舱盖闭环控制策略，其特征在于，所述速度闭环控制过程包括：

在主控制器中，根据预设目标角速度输出确定转轴的目标角速度控制指令；

将编码器反馈的确定转轴的实际角度进行微分累计获取确定转轴的实际角速度；

目标角速度和实际角速度间比较形成角速度偏差；

对角速度偏差进行前馈PI运算后形成确定液压机构的确定流量阀门的控制指令。

8.如权利要求1所述的车辆舱盖闭环控制策略，其特征在于，所述位置闭环控制过程包括：

在主控制器中，根据预设目标角度输出确定转轴的跟随角度控制指令；

将编码器反馈的确定转轴的反馈角度和目标角度比较形成角度偏差；

对角度偏差进行前馈PI运算后形成确定液压机构的确定流量阀门的控制指令。

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