CN113682374B - 一种扫路机转向控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扫路机转向控制系统及方法，所述系统包括分别将检测到的数据转化成电信号传递给控制机构的断桥机构、角度感应机构和偏航感应机构；断桥机构设有两组，分别连接扫路机前车左右车轮，控制机构根据接收到的电信号计算扫路机前车的左右车轮转向速度、扫路机前后车夹角、偏航角；控制器根据扫路机前后车夹角、偏航角计算绝对转向角，将绝对转向角与预设的目标转向角范围作比较；当绝对转向角在范围内时，控制机构发出继续转向的信号，当绝对转向角在范围外时，控制机构计算补偿值，控制机构根据补偿值分别调整扫路机前车的左右车轮转向速度，直至绝对转向角在预设的目标转向角范围内。

Description

一种扫路机转向控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种扫路机转向控制系统及方法，属于扫路机结构技术领域。

背景技术

现有技术中车辆的车桥形式主要有整体式车桥和断开式车桥，整体式车桥在汽车的横向平面内，两轮不能有相对运动，整体式车桥的承载能力强、适合恶劣环境，能承受更大扭矩，利于维护；断开式车桥为活动关节式车桥，与独立悬架匹配，行驶平顺性更好，驱动桥无刚性整体桥壳，重量轻。

转向系统是决定工程车辆安全性和作业效率的关键总成，对转向系统的基本要求是操纵轻便灵活、工作稳定可靠、经济且耐用，转向性能是保证车辆安全形势，减轻驾驶员的劳动强度，提高作业生产率的重要因素。

现有的扫路机转向系统设有多个传感器，多个信号帮助引导和导航扫路机，在转向油缸的两端跨接安装轴向尺寸很大的直线位移传感器，但铰接扫路机的转向油缸靠近地面，车辆工作过程中所述传感器容易收到冲击而损坏，而且多组传感器的使用必定增加结构复杂性和运算判断的复杂性，不能迅速响应角度的调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扫路机转向控制系统及方法，调整扫路车前车的左右车轮转速，辅助车辆时刻调整转向角度，保证顺利转向。

为实现以上目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种扫路机转向控制系统，包括分别将检测到的数据转化成电信号传递给控制机构的用于检测扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率的断桥机构、用于检测扫路机前后车的转向角变化速率的角度感应机构、用于检测扫路机后车偏航角速率的偏航感应机构；所述断桥机构设有两组，分别连接扫路机前车的左右车轮，控制机构根据接收到的电信号计算扫路机前车的左右车轮转向速度、扫路机前后车夹角、偏航角；

控制器根据扫路机前后车夹角、偏航角计算绝对转向角，将绝对转向角与预设的目标转向角范围作比较；当绝对转向角在预设的目标转向角范围内时，控制机构发出继续转向的信号，当绝对转向角在预设的目标转向角范围外时，控制机构计算补偿值，控制机构根据补偿值分别调整扫路机前车的左右车轮转向速度，直至绝对转向角在预设的目标转向角范围内。

结合第一方面，进一步的，所述断桥机构包括轮速编码器、夹具法兰、编码器安装架和断开式车桥；编码器安装架上设有第一螺纹孔和第三螺纹孔，断开式车桥上设有第六螺纹孔，编码器安装架通过第一螺纹孔、第六螺纹孔和断开式车桥连接；夹具法兰设有第五螺纹孔，夹具法兰通过第五螺纹孔、第三螺纹孔和编码器安装架连接；轮速编码器由所述夹具法兰固定。

结合第一方面，进一步的，所述断桥机构通过轮速编码器检测扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率。

结合第一方面，进一步的，所述断桥机构还包括依次连接的连接轴和车桥桥轴，所述夹具法兰设有第三通孔，连接轴通过第三通孔和夹具法兰连接。

结合第一方面，进一步的，所述断桥机构还包括用于防止所述连接轴轴向窜动的挡板，挡板设于连接轴和车桥桥轴之间。

结合第一方面，进一步的，所述角度感应机构包括依次连接的角度传感器、第一固定支座、第一转接座，第一转接座和扫路机前后车的铰接销轴连接。

结合第一方面，进一步的，所述偏航感应机构包括依次连接的陀螺仪、第二固定支座、第二转接座，第二转接座和扫路机后车桥连接。

第二方面，本发明还提供了一种扫路机转向控制方法，基于第一方面任一项所述的一种扫路机转向控制系统，包括如下步骤：

检测扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率，并转化为电信号传递给控制机构；

检测扫路机前后车的转向角变化速率，并转化为电信号传递给控制机构；

检测扫路机后车偏航角速率，并转化为电信号传递给控制机构；

根据扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率计算扫路机前车的左右车轮转向速度，根据扫路机前后车的转向角变化速率计算扫路机前后车夹角，根据扫路机后车偏航角速率计算偏航角；

根据扫路机前后车夹角、偏航角计算绝对转向角，将绝对转向角与预设的目标转向角范围作比较，当绝对转向角在预设的目标转向角范围内时，发出继续转向的信号，当绝对转向角在预设的目标转向角范围外时，计算补偿值，根据补偿值分别调整扫路机前车的左右车轮转向速度，直至绝对转向角在预设的目标转向角范围内，继续转向。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明提供的一种扫路机转向控制系统及方法，通过断桥机构检测扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率，通过角度感应机构检测扫路机前后车的转向角变化速率，通过偏航感应机构检测扫路机后车偏航角速率，通过上述三个机构将检测到的数据转化成电信号传递给控制机构，控制机构据此计算出扫路机前车的左右车轮转向速度、扫路机前后车夹角、偏航角，可以准确提取扫路机前车的左右车轮转速，控制机构根据扫路机前后车夹角、偏航角计算绝对转向角，将绝对转向角与预设的目标转向角范围作比较，当绝对转向角在预设的目标转向角范围外时，计算补偿值，根据补偿值分别调整扫路机前车的左右车轮转向速度，辅助车辆时刻调整转向角度，直至绝对转向角在预设的目标转向角范围内，辅助快速调整车辆位置及姿态，顺利完成转向，本发明同样适用于无人驾驶扫路机。

附图说明

图1是本发明实施例提供的断桥机构的结构图；

图2是本发明实施例提供的角度感应机构及偏航感应机构的位置示意图；

图3是本发明实施例提供的转向过程示意图；

图4是本发明实施例提供的一种扫路机转向控制方法的流程图。

图中：1、断开式车桥；101、车桥桥轴；2、轮速编码器；3、连接轴；4、编码器安装架；401、第一通孔；402、第一螺纹孔；403、第二螺纹孔；404、第三螺纹孔；5、挡板；501、第二通孔；502、第四螺纹孔；6、夹具法兰；601、第三通孔；602、第五螺纹孔；8、控制机构；9、角度传感器；10、陀螺仪；11、第一固定支座；12、第一转接座；13、第二固定支座；14、第二转接座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制；此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1至图3所示，本发明提供的一种扫路机转向控制系统，包括断桥机构、角度感应机构、偏航感应机构和控制机构8，且断桥机构、角度感应机构、偏航感应机构分别和控制机构8电信号连接。

断桥机构设有两组，分别连接扫路机前车的左右车轮；断桥机构包括断开式车桥1、编码器安装架4、夹具法兰6、轮速编码器2、连接轴3、挡板5、车桥桥轴101。

编码器安装架4上设有第一螺纹孔402、第三螺纹孔404，断开式车桥1上设有第六螺纹孔，螺栓通过第六螺纹孔、第一螺纹孔402将断开式车桥1和编码器安装架4连接；夹具法兰6上设有第五螺纹孔602，螺栓通过第五螺纹孔602、第三螺纹孔404将夹具法兰6和编码器安装架4连接，夹具法兰6固定于第一通孔401处且设于编码器安装架4内部；轮速编码器2由所述夹具法兰6固定，可以准确提取扫路机前车的左右车轮转速。

夹具法兰6上设有第三通孔601，编码器安装架4上设有第一通孔401，连接轴3穿过第一通孔401放入编码器安装架4内部后连接车桥桥轴101和夹具法兰6，通过第三通孔601固定。

挡板5设于车桥桥轴101和连接轴3之间，为了防止连接轴3的轴向窜动，挡板5上设有第二通孔501和第四螺纹孔502，编码器安装架4上设有第二螺纹孔403，螺栓通过第二螺纹孔403、第四螺纹孔502将挡板5和编码器安装架4连接，且挡板5贯穿于所述第二通孔501。

断桥机构上的轮速编码器2能够检测扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率，并将检测到的数据转化成电信号传递给控制机构8，控制机构8据此计算出扫路机前车的左右车轮的转速v₁和v₂。

角度感应机构包括依次连接的角度传感器9、第一固定支座11和第一转接座12，角度感应机构设于扫路机前后车的铰接销轴处，角度传感器9固定于第一固定支座11上，第一固定支座11和第一转接座12固定连接，第一转接座12和扫路机前后车的铰接销轴连接。

角度传感器9能够检测扫路机前后车的转向角变化速率，并将检测到的数据转化成电信号传递给控制机构8，控制机构8据此计算出扫路机前后车夹角β。

偏航感应机构包括依次连接的陀螺仪10、第二固定支座13和第二转接座14，偏航感应机构设于扫路机后桥正上方的车架上，陀螺仪10固定于第二固定支座13上，第二固定支座13和第二转接座14固定连接，第二转接座14固定在扫路机后桥正上方的车架上。

陀螺仪10能够检测扫路机后车偏航角速率，并将检测到的数据转化成电信号传递给控制机构8，控制机构8据此计算出偏航角θ。

控制机构8包括姿态解算模块、补偿模块和车轮转速控制模块，姿态解算模块根据扫路机前后车夹角β、偏航角θ计算得到绝对转向角α，将绝对转向角α与预设的目标转向角范围作比较，当绝对转向角α在预设的目标转向角范围内时，发出继续转向的信号，扫路机顺利转向；当绝对转向角α在预设的目标转向角范围外时，补偿模块计算补偿值，并根据补偿值对绝对转向角α进行相应的补偿，控制机构8根据补偿值调整扫路机的位姿信号，控制机构8将调整后的位姿信号发送给所述车轮转速控制模块，车轮转速控制模块分别调整两个独立的扫路机前车的左右车轮的转速v₁和v₂，辅助车辆时刻调整转向角度，直至绝对转向角α处于预设的目标转向角范围内，实现扫路机顺利转向。

本发明提供的一种扫路机转向控制系统，可以应用于扫路机，也可以应用于无人驾驶车辆等其他车辆。

实施例二

如图4所示，本发明实施例提供的一种扫路机转向控制方法，基于实施例一所述的一种扫路机转向控制系统，包括如下步骤：

S1、检测扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率，并转化为电信号传递给控制机构

当驾驶员通过方向盘控制扫路机转向时，两个断桥机构中车桥桥轴101分别与各自轮速编码器2通过连接轴3、夹具法兰6轴向连接，轮速编码器2检测扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率，并将其检测到的数据转化为电信号传递给控制机构8。

S2、检测扫路机前后车的转向角变化速率，并转化为电信号传递给控制机构

角度感应机构包括依次连接的角度传感器9、第一固定支座11和第一转接座12，角度感应机构设于扫路机前后车的铰接销轴处，角度传感器9固定于第一固定支座11上，第一固定支座11和第一转接座12固定连接，第一转接座12和扫路机前后车的铰接销轴连接。

角度传感器9检测扫路机前后车的转向角变化速率，并将检测到的数据转化成电信号传递给控制机构8。

S3、检测扫路机后车偏航角速率，并转化为电信号传递给控制机构

偏航感应机构包括依次连接的陀螺仪10、第二固定支座13和第二转接座14，偏航感应机构设于扫路机后桥正上方的车架上，陀螺仪10固定于第二固定支座13上，第二固定支座13和第二转接座14固定连接，第二转接座14固定在扫路机后桥正上方的车架上。

陀螺仪10检测扫路机后车偏航角速率，并将检测到的数据转化成电信号传递给控制机构8。

S4、根据扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率计算扫路机前车的左右车轮转向速度，根据扫路机前后车的转向角变化速率计算扫路机前后车夹角，根据扫路机后车偏航角速率计算偏航角

控制机构8根据扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率计算两个独立的扫路机前车的左右车轮的转速v₁和v₂，控制机构8根据扫路机前后车的转向角变化速率计算扫路机前后车夹角β，控制机构8根据扫路机后车偏航角速率计算偏航角θ。

S5、根据扫路机前后车夹角、偏航角计算绝对转向角，将绝对转向角与预设的目标转向角范围作比较，当绝对转向角在预设的目标转向角范围内时，发出继续转向的信号，当绝对转向角在预设的目标转向角范围外时，计算补偿值，根据补偿值分别调整扫路机前车的左右车轮转向速度，直至绝对转向角在预设的目标转向角范围内，继续转向

控制机构8包括姿态解算模块、补偿模块和车轮转速控制模块，姿态解算模块根据扫路机前后车夹角β、偏航角θ计算得到绝对转向角α，实现转向角度偏差的连续确定，车辆的状态被确定。

进一步确定扫路机转弯状态是否必须被校正；将绝对转向角α与预设的目标转向角范围作比较，当绝对转向角α在预设的目标转向角范围内时，控制机构8发出继续转向的信号，车轮转速控制模块控制两个独立的扫路机前车的左右车轮的转速v₁和v₂保持不变，扫路机继续执行转向；当绝对转向角α在预设的目标转向角范围外时，补偿模块计算补偿值，并根据补偿值对绝对转向角α进行相应的减小或增大，控制机构8根据补偿值调整扫路机的位姿信号，控制机构8将调整后的位姿信号发送给所述车轮转速控制模块，车轮转速控制模块分别调整两个独立的扫路机前车的左右车轮的转速v₁和v₂，辅助车辆时刻调整转向角度，直至绝对转向角α处于预设的目标转向角范围内，保证转向角度的准确性，实现扫路机顺利转向。

本发明实施例提供的一种扫路机转向控制方法，不仅适用于扫路机，也适用于无人驾驶车辆等其他车辆。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种扫路机转向控制系统，其特征在于，包括分别将检测到的数据转化成电信号传递给控制机构的用于检测扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率的断桥机构、用于检测扫路机前后车的转向角变化速率的角度感应机构、用于检测扫路机后车偏航角速率的偏航感应机构；所述断桥机构设有两组，分别连接扫路机前车的左右车轮，控制机构根据接收到的电信号计算扫路机前车的左右车轮转向速度、扫路机前后车夹角、偏航角；

控制器根据扫路机前后车夹角、偏航角计算绝对转向角，将绝对转向角与预设的目标转向角范围作比较；当绝对转向角在预设的目标转向角范围内时，控制机构发出继续转向的信号，当绝对转向角在预设的目标转向角范围外时，控制机构计算补偿值，控制机构根据补偿值分别调整扫路机前车的左右车轮转向速度，直至绝对转向角在预设的目标转向角范围内。

2.根据权利要求1所述的一种扫路机转向控制系统，其特征在于，所述断桥机构包括轮速编码器、夹具法兰、编码器安装架和断开式车桥；编码器安装架上设有第一螺纹孔和第三螺纹孔，断开式车桥上设有第六螺纹孔，编码器安装架通过第一螺纹孔、第六螺纹孔和断开式车桥连接；夹具法兰设有第五螺纹孔，夹具法兰通过第五螺纹孔、第三螺纹孔和编码器安装架连接；轮速编码器由所述夹具法兰固定。

3.根据权利要求2所述的一种扫路机转向控制系统，其特征在于，所述断桥机构通过轮速编码器检测扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率。

4.根据权利要求2所述的一种扫路机转向控制系统，其特征在于，所述断桥机构还包括依次连接的连接轴和车桥桥轴，所述夹具法兰设有第三通孔，连接轴通过第三通孔和夹具法兰连接。

5.根据权利要求4所述的一种扫路机转向控制系统，其特征在于，所述断桥机构还包括用于防止所述连接轴轴向窜动的挡板，挡板设于连接轴和车桥桥轴之间。

6.根据权利要求1所述的一种扫路机转向控制系统，其特征在于，所述角度感应机构包括依次连接的角度传感器、第一固定支座、第一转接座，第一转接座和扫路机前后车的铰接销轴连接。

7.根据权利要求1所述的一种扫路机转向控制系统，其特征在于，所述偏航感应机构包括依次连接的陀螺仪、第二固定支座、第二转接座，第二转接座和扫路机后车桥连接。

8.一种扫路机转向控制方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的一种扫路机转向控制系统，包括如下步骤：

检测扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率，并转化为电信号传递给控制机构；

检测扫路机前后车的转向角变化速率，并转化为电信号传递给控制机构；

检测扫路机后车偏航角速率，并转化为电信号传递给控制机构；

根据扫路机前车的左右车轮的角位置、角位移及转向角速率计算扫路机前车的左右车轮转向速度，根据扫路机前后车的转向角变化速率计算扫路机前后车夹角，根据扫路机后车偏航角速率计算偏航角；

根据扫路机前后车夹角、偏航角计算绝对转向角，将绝对转向角与预设的目标转向角范围作比较，当绝对转向角在预设的目标转向角范围内时，发出继续转向的信号，当绝对转向角在预设的目标转向角范围外时，计算补偿值，根据补偿值分别调整扫路机前车的左右车轮转向速度，直至绝对转向角在预设的目标转向角范围内，继续转向。

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