CN114655306A - 一种重型车辆电液伺服转向系统及可抑制超调的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重型车辆电液伺服转向系统及可抑制超调的控制方法，包括液压子系统、机械子系统、数据采集子系统及控制器；所述数据采集子系统获取转向轮实际转角及各压力传感器压力；所述控制器根据系统目标转角、转向轮实际转角及各压力传感器压力，计算输出伺服驱动器控制电压从而控制液压子系统。本发明可对系统实现转角闭环控制，且能实现系统高动态跟踪控制的同时降低系统超调。

Description

一种重型车辆电液伺服转向系统及可抑制超调的控制方法

技术领域

本发明属于车辆电液伺服转向控制领域，具体涉及一种重型车辆电液伺服转向系统及可抑制超调的控制方法。

背景技术

为满足重型车辆转向系统对高转向负载及高转角跟踪动态性能要求，电液伺服转向系统因其具有动态响应快、输出功率大且范围广等特点，是重型车辆的首选方案。然而该系统通常由发动机带动定量泵提供动力源，并通过伺服比例阀控制双转向动力缸来驱动转向梯形机构实现转向。然而常用的电液伺服转向系统的构型的泵源压力及流量无法实现按需调整导致存在能量浪费，且需要通过伺服阀控的方式进行控制。虽然阀控系统具有良好的控制性能，但由于其系统构型复杂且成本高，溢流和节流损失无法避免，进一步增大了系统能耗损失，并且还伴随着严重发热及噪声大等缺陷。因此，为降低系统能耗，设计新的系统构型是十分必要的。

此外，重型车辆转向系统的动态性能直接影响到整车驾驶性能和行驶安全性，因此，转向系统在控制过程中必须做到响应迅速且超调量小。若转向系统响应慢，不仅会影响整车灵活性，还会影响驾驶员对行驶状态的判断，增加驾驶员负担，但传统的转向系统控制方法在实现快速响应的同时又会导致系统的超调变大，无法抑制系统的超调角度。当系统超调过大时，容易使使整车动态处于不稳定状态，影响车辆行驶安全性，甚至可能造成设备损坏及事故发生。由此可见，转向系统的动态响应特性及超调特性是系统控制的一对矛盾。因此，需要设计新的控制方法来兼顾系统快速响应的同时降低系统超调。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种重型车辆电液伺服转向系统及可抑制超调的控制方法，提高车辆的动态性能和行驶安全性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种重型车辆电液伺服转向及可抑制超调的控制系统，包括液压子系统、机械子系统、数据采集子系统及控制器；所述数据采集子系统获取转向轮实际转角及各压力传感器压力；所述控制器根据系统目标转角、转向轮实际转角及各压力传感器压力，计算输出伺服驱动器控制电压从而控制液压子系统。

进一步的，所述液压子系统包括油箱、过滤器、第一单向阀、双向定量泵、第一液控单向阀、第一溢流阀、第二液控单向阀、左转向助力缸、右转向助力缸、电磁开关阀、第三液控单向阀、第二溢流阀、第四液控单向阀、伺服驱动器、第二单向阀、伺服电机；所述机械子系统包括转向梯形机构、左转向轮、右转向轮；所述数据采集系统包括转角传感器、第一压力传感器、第二压力传感器。

进一步的，所述伺服电机与伺服驱动器电性连接，与双向定量泵通过键传动连接；所述双向定量泵的A口与第一单向阀A口、第一溢流阀P口、第二液控单向阀A口及第三液控单向阀K口分别连接；所述双向定量泵的B口分别与第二单向阀A口、第一溢流阀P口、第三液控单向阀A口及第二液控单向阀K口连接；所述第二液控单向阀B口与左转向助力缸无杆腔、右转向助力缸有杆腔、第一压力传感器连接；所述第三液控单向阀B口与右转向助力缸无杆腔、左转向助力缸有杆腔、第二压力传感器及电磁开关阀A口连接；所述第三液控单向阀B口与电磁开关阀P口连接；所述第一液控单向阀A口、第一溢流阀T口、第四液控单向阀A口、第二溢流阀T口与过滤器A口连接，过滤器B口、第一单向阀A口、第二单向阀A口接油箱；所述转向梯形机构分别与左转向助力缸活塞杆、右转向助力缸活塞杆铰接，并由左转向助力缸、右转向助力缸进行驱动，左转向轮、右转向轮分别与转向梯形机构两端铰接，并跟随转向梯形机构绕各自铰接处转动；所述转角传感器安装右转向轮与转向梯形机构铰接处并随右侧车轮转动，第一压力传感器与左转向助力缸无杆腔、右转向助力缸有杆腔连接，第二压力传感器与右转向助力缸无杆腔、左转向助力缸有杆腔连接；所述转角传感器、第一压力传感器、第二压力传感器信号端与控制器通过信号线连接。

进一步的，所述系统还设有流量匹配措施，通过设置第一液控单向阀及第四液控单向阀作为系统辅助流量装置，可及时排除系统多余油液，防止系统持续高压；系统还包括压力保护措施：设置第一溢流阀、第二溢流阀对系统压力进行保护，当超过保护压力时，超过部分压力通过所述溢流阀经过滤器流回油箱。

一种重型车辆电液伺服转向系统的可抑制超调控制方法，包括以下步骤：

步骤1：电液伺服转向系统将被控右转向轮目标转角信号及转角传感器采集的转角信号输入至控制器；

步骤2：控制器判断是否需要转向：若不需要，跳转至步骤3；若需要，跳转至步骤4；

步骤3：控制器控制伺服驱动器不输出转速，并控制电磁开关阀失电，此时电磁开关阀油路断开、伺服电机不转动，双向定量泵没有输出流量和压力，第二液控单向阀K口、第三液控单向阀K口无压力，第二液控单向阀、第三液控单向阀都处于单向流通状态，电磁开关阀、第二液控单向阀及第三液控单向阀起到对转向系统液压锁作用；

步骤4：控制器根据目标信号与转角传感器转角信号误差、第一压力传感器、第二压力传感器计算出伺服控制器控制电压，并通过电信号输出给伺服驱动器，并控制伺服电机转动，带动双向定量泵输出流量和压力，控制器还控制电磁开关阀得电，此时电磁开关阀处于接通状态，以转向系统左转为正，判断目标信号与转角传感器反馈转角信号误差：若误差大于零，判断为左转工况，则跳至步骤5；若误差小于零，判断为右转工况，则跳至步骤6；

步骤5：系统为左转工况，此时双向定量泵向左转向油路输出流量和压力，此时第三液控单向阀K口有压力，第三液控单向阀处于双向开启状态，油液经第二液控单向阀流入左转向助力缸无杆腔和右转向助力缸有杆腔，并由左转向助力缸有杆腔和右转向助力缸无杆腔经电磁开关阀、第三液控单向阀、第四液控单向阀、过滤器及双向定量泵流回油箱；

步骤6：系统为右转工况，此时双向定量泵向右转向油路输出流量和压力，此时第二液控单向阀K口有压力，第二液控单向阀处于双向开启状态，油液经第三液控单向阀、电磁开关阀流入右转向助力缸无杆腔和左转向助力缸有杆腔，并由右转向助力缸有杆腔和左转向助力缸无杆腔、第二液控单向阀、第一液控单向阀、过滤器及双向定量泵流回油箱。

进一步的，所述控制器中预置重型车辆电液伺服转向系统数学模型和控制导向模型，根据角度传感器、压力传感器采集信息，计算助力缸速度、负载力判断转向系统的转向状态；根据所述节能型重型车辆电液伺服转向系统数学模型和控制导向模型，基于控制器设计障碍Lyapunov控制算法，对系统转角进行闭环控制。

进一步的，所述重型车辆电液伺服转向系统数学模型构建，具体为：

步骤S1：对于通过伺服电机泵控制双转向助力缸驱动轮胎转动电液的助力转向系统：

左、右轮胎转向角之间的关系表示为：

式(1)中，α和β分别为左、右侧轮胎的转向角度，m为转向节臂的长度，L为拉杆长度，γ为转向臂与轴横梁的夹角，B为单轴两主销间的距离；

根据拉格朗日定理，推导得到系统动力学方程：

式中，T、D、Q分别为系统的动能、耗散能及对应广义坐标的广义力；J_L和J_R分别为左、右侧轮胎及其附属结构，C_L和C_R分别为左、右侧轮胎及其附属结构的等效阻尼系数；F_L和F_R分别为左右两个助力缸的助力；n为转向缸动作点与主销间的距离；v_L和v_R分别为左、右侧转向节臂上转向助力缸驱动力作用点的速度，且被定义为

θ₃'和θ₃分别为左右两侧转向助力缸作用力与作用点速度的夹角；T_L和T_R分别为左、右侧轮胎的所有阻力矩之和；

是由机构运动学关系导出的变量；

步骤S2：对电液伺服转向系统的液压系统进行简化，得：

式中：

p₁为两转向助力缸入口压力，p₂为两转向助力缸出口压力，a和A分别为转向助力缸有杆腔和无杆腔的面积；

步骤S3：建立定量泵流量方程为：

其中，q₁为流入两转向助力缸的流量，q₂为流出两转向助力缸的流量，V_s为从泵源到油缸之间的容积，ω_p为定量泵转速；

步骤S4：建立液压缸流量方程为：

对上式进行简化，得：

其中：x_L和x_R分别为左、右侧转向助力缸活塞的位移，并定义向左移为正方向，C_ip为转向助力缸内泄漏系数，C_ep为转向助力缸外泄漏系数，V_t为每一个转向助力缸的总容积，β_e为有效体积弹性模量；

结合(10)和(11)，得：

步骤S5：伺服电机转速传递函数考虑为1阶惯性环节：

式中：T_m为时间常数；L_m为稳定偏差系数；K_m为电机增益；可得电机转速：

ω_P＝K_mu-L_mω/T_m (14)

式中：u为伺服电机控制器输入电压。

对式进行求导，得：

步骤S6：由上推导公式可知：

其中，g和f为包含系统状态的多项式，d可视为系统的总干扰。

进一步的，将重型车辆电液伺服转向系统的数学模型，转化为控制导向模型，其对应的状态空间方程如下：

根据现代控制理论，将电液助力转向系统视为一个以伺服电机控制器控制电压u为输入x，右轮转向角β为输出y的单输入单输出系统：

选取状态变量为

则电液助力转向系统的状态空间方程写为：

即为电液伺服转向系统模型的正则形式。

进一步的，基于系统控制导向模型，在控制器中设计障碍Lyapunov控制算法，具体包括以下步骤：

步骤Q1：根据得到的电液伺服转向系统数学模型的正则表达式，定义角度误差项z₁并对其进行求导两次：

根据障碍Lyapunov定义设计函数V₁：

对上式进行求导：

步骤Q2：根据反步迭代方法，定义角速度误差项z₂并对其进行求导：

结合式，式，定义虚拟控制量α₁并对其进行求导：

将式，代入式得：

定义Lyapunov函数V₂：

结合式对上式求导：

步骤Q3：定义角加速度误差项z₃并对其进行求导：

将式，式代入式，得：

定义Lyapunov函数V₃：

对上式求导：

令

步骤Q4：结合V₃≥0及

根据Lyapunov直接方法，得被控系统在控制器u_v控制下是渐进收敛的。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明采用伺服电机驱动定量泵作为转向系统动力源，替代了原有的发动机带动定量泵作为动力源的系统构型，让系统不再依赖发动机运转工况，始终工作在最佳性能状态；其次，通过伺服电机泵带动定量泵还可以使得泵输出流量根据实际工况进行负载匹配，从而让系统始终工作在最佳效率状态；直接由伺服电机驱动器和转角传感器进行闭环控制，替代了现有系统的伺服比例阀控制，降低了系统的复杂度，节约了转向系统整体硬件成本和维护成本；规避了阀控系统不可避免的节流损失，进一步降低了转向系统的能耗；相较于传统阀控系统具有抗污染能力强，系统装配体积小，降低了车辆维护成本，更有利于在车辆中进行布置；改善了阀控系统存在的发热量大、噪声大等缺陷，有利于车辆的散热及NVH设计；

2、本发明据所述系统设计的障碍Lyapunov控制算法，使转向系统在跟踪目标信号时转角在一定约束范围内，从而实现对系统超调的抑制作用。所述控制器能在兼顾系统高动态特性的前提下很好地抑制系统的超调，不仅能提升车辆操作灵活性，还能保证行驶安全性，降低事故发生率。

附图说明

图1为本发明系统示意图；

图2为本发明控制方法流程图；

图3为本发明实施例在BLF控制器作用下系统输出对给定期望指令的跟踪曲线示意图；

图4为本发明实施例在BLF控制器作用下跟踪误差曲线示意图；

图5为本发明实施例在BLF控制器作用下系统控制输入随时间变化的曲线示意图；

图中：1.油箱，2.过滤器，3.第一单向阀，4.双向定量泵，5.第一液控单向阀，6.第一溢流阀，7.第二液控单向阀，8.第一压力传感器，9.左转向助力缸，10.左转向轮，11.转向梯形机构，12.右转向助力缸，13.转角传感器，14.右转向轮，15.第二压力传感器，16.电磁开关阀，17.第三液控单向阀，18.第二溢流阀，19.控制器，20.第四液控单向阀，21.伺服驱动器，23.第二单向阀，22.伺服电机。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明提供一种节能型重型车辆电液伺服转向系统示意图。如图所示，所述系统包括液压子系统、机械子系统、数据采集子系统及控制器(19)组成。所述液压子系统包括油箱(1)、过滤器(2)、第一单向阀(3)、双向定量泵(4)、第一液控单向阀(5)、第一溢流阀(6)、第二液控单向阀(7)、左转向助力缸(9)、右转向助力缸(12)、电磁开关阀(16)、第三液控单向阀(17)、第二溢流阀(18)、第四液控单向阀(20)、伺服驱动器(21)、第二单向阀(22)、伺服电机(23)，所述机械子系统包括转向梯形机构(11)、左转向轮(10)、右转向轮(14)组成，所述数据采集系统包括转角传感器(13)、第一压力传感器(8)、第二压力传感器(15)组成；

伺服驱动器(21)与伺服电机(23)电性连接，伺服电机(23)与双向定量泵(4)通过键传动连接，双向定量泵(4)的A口分别与第一单向阀(3)A口、第一溢流阀(6)P口、第二液控单向阀(7)A口及第三液控单向阀(17)K口连接，双向定量泵(4)的B口分别与第二单向阀(22)A口、第一溢流阀(6)P口、第三液控单向阀(17)A口及第二液控单向阀(7)K口连接，第二液控单向阀(7)B口与左转向助力缸(9)无杆腔、右转向助力缸(12)有杆腔、第一压力传感器(8)连接，第三液控单向阀(17)B口与右转向助力缸(12)无杆腔、左转向助力缸(9)有杆腔、第二压力传感器(15)及电磁开关阀(16)A口连接，第三液控单向阀(17)B口与电磁开关阀(16)P口连接。第一液控单向阀(5)A口、第一溢流阀(6)T口、第四液控单向阀(20)A口、第二溢流阀(18)T口与过滤器(2)A口连接，过滤器(2)B口、第一单向阀(3)A口、第二单向阀(22)A口接油箱(1)；转向梯形机构(11)分别与左转向助力缸(9)活塞杆、右转向助力缸(12)活塞杆铰接，并由左转向助力缸(9)、右转向助力缸(12)进行驱动，左转向轮(10)、右转向轮(14)分别与转向梯形机构(11)两端铰接，并跟随转向梯形机构(11)绕各自铰接处转动；转角传感器(13)安装右转向轮(14)与转向梯形机构(11)铰接处并随右侧车轮(14)转动，第一压力传感器(8)与左转向助力缸(9)无杆腔、右转向助力缸(12)有杆腔连接，第二压力传感器(15)与右转向助力缸(12)无杆腔、左转向助力缸(9)有杆腔连接，转角传感器(13)、第一压力传感器(8)、第二压力传感器(15)信号端与控制器(19)通过信号线连接。控制器(19)、转角传感器(13)、第一压力传感器(8)、第二压力传感器(15)、伺服控制器(21)、伺服电机(22)、双向定量泵(4)及电磁开关阀(16)形成转角闭环控制。

在本实施例中还提供一种重型车辆电液伺服转向系统的可抑制超调控制方法，包括以下步骤：

步骤1：电液伺服转向系统将被控右转向轮目标转角信号及转角传感器(13)采集的转角信号输入至控制器(19)；

步骤2：控制器(19)判断是否需要转向：若不需要，跳转至步骤3；若需要，跳转至步骤4；

步骤3：控制器(19)控制伺服驱动器(21)不输出转速，并控制电磁开关阀(16)失电，此时电磁开关阀油路断开、伺服电机(22)不转动，双向定量泵没有输出流量和压力，第二液控单向阀K口、第三液控单向阀K口无压力，第二液控单向阀、第三液控单向阀都处于单向流通状态，电磁开关阀、第二液控单向阀及第三液控单向阀起到对转向系统液压锁作用；

步骤4：控制器(19)根据目标信号与转角传感器(13)转角信号误差、第一压力传感器(8)、第二压力传感器(15)计算出伺服控制器控制电压u并通过电信号输出给伺服驱动器(21)，并控制伺服电机(22)转动，带动双向定量泵(4)输出流量和压力，控制器(19)还控制电磁开关阀(16)得电，此时电磁开关阀(16)处于接通状态，以转向系统左转为正，判断目标信号与转角传感器反馈转角信号误差：若误差大于零，判断为左转工况，则跳至步骤5；若误差小于零，判断为右转工况，则跳至步骤6。

步骤5：系统为左转工况，此时双向定量泵(4)向左转向油路输出流量和压力，此时第三液控单向阀(17)K口有压力，第三液控单向阀(17)处于双向开启状态，油液经第二液控单向阀(7)流入左转向助力缸(9)无杆腔和右转向助力缸(12)有杆腔，并由左转向助力缸(9)有杆腔和右转向助力缸(12)无杆腔经电磁开关阀(16)、第三液控单向阀(17)、第四液控单向阀(20)、过滤器(3)及双向定量泵(4)流回油箱(1)。

步骤6：系统为右转工况，此时双向定量泵(4)向右转向油路输出流量和压力，此时第二液控单向阀(7)K口有压力，第二液控单向阀(7)处于双向开启状态，油液经第三液控单向阀(17)、电磁开关阀(16)流入右转向助力缸(12)无杆腔和左转向助力缸(9)有杆腔，并由右转向助力缸(12)有杆腔和左转向助力缸(9)无杆腔、第二液控单向阀(7)、第一液控单向阀(5)、过滤器(2)及双向定量泵(4)流回油箱(1)。

本实施例设计障碍Lyapunov控制算法，所述控制器能控制伺服电机控制器控制伺服电机转速来调节定量泵的输出流量，进而控制左转向助力缸和右转向助力缸实现转向动作，包括以下步骤：

步骤S1：对于通过伺服电机泵控制双转向助力缸驱动轮胎转动电液的助力转向系统：

左、右轮胎转向角之间的关系表示为：

式(1)中，α和β分别为左、右侧轮胎的转向角度，m为转向节臂的长度，L为拉杆长度，γ为转向臂与轴横梁的夹角，B为单轴两主销间的距离；

根据拉格朗日定理，推导得到系统动力学方程：

式中，T、D、Q分别为系统的动能、耗散能及对应广义坐标的广义力；J_L和J_R分别为左、右侧轮胎及其附属结构，C_L和C_R分别为左、右侧轮胎及其附属结构的等效阻尼系数；F_L和F_R分别为左右两个助力缸的助力；n为转向缸动作点与主销间的距离；v_L和v_R分别为左、右侧转向节臂上转向助力缸驱动力作用点的速度，且被定义为

θ₃'和θ₃分别为左右两侧转向助力缸作用力与作用点速度的夹角；T_L和T_R分别为左、右侧轮胎的所有阻力矩之和；

是由机构运动学关系导出的变量；

步骤S2：对电液伺服转向系统的液压系统进行简化，得：

式中：

p₁为两转向助力缸入口压力，p₂为两转向助力缸出口压力，a和A分别为转向助力缸有杆腔和无杆腔的面积；

步骤S3：建立定量泵流量方程为：

其中，q₁为流入两转向助力缸的流量，q₂为流出两转向助力缸的流量，V_s为从泵源到油缸之间的容积，ω_p为定量泵转速；

步骤S4：建立液压缸流量方程为：

对上式进行简化，得：

其中：x_L和x_R分别为左、右侧转向助力缸活塞的位移，并定义向左移为正方向，C_ip为转向助力缸内泄漏系数，C_ep为转向助力缸外泄漏系数，V_t为每一个转向助力缸的总容积，β_e为有效体积弹性模量；

结合(10)和(11)，得：

步骤S5：伺服电机转速传递函数考虑为1阶惯性环节：

式中：T_m为时间常数；L_m为稳定偏差系数；K_m为电机增益；可得电机转速：

ω_P＝K_mu-L_mω/T_m (14)

式中：u为伺服电机控制器输入电压。

对式进行求导，得：

步骤S6：由上推导公式可知：

其中，g和f为包含系统状态的多项式，d可视为系统的总干扰。

优选的，在本实施例中，将重型车辆电液伺服转向系统的数学模型，转化为控制导向模型，其对应的状态空间方程如下：

根据现代控制理论，将电液助力转向系统视为一个以伺服电机控制器控制电压u为输入x，右轮转向角β为输出y的单输入单输出系统：

选取状态变量为

则电液助力转向系统的状态空间方程写为：

即为电液伺服转向系统模型的正则形式。

优选的，在本实施例中，基于系统控制导向模型，在控制器中设计障碍Lyapunov控制算法，具体包括以下步骤：

步骤Q1：根据得到的电液伺服转向系统数学模型的正则表达式，定义角度误差项z₁并对其进行求导两次：

根据障碍Lyapunov定义设计函数V₁：

对上式进行求导：

步骤Q2：根据反步迭代方法，定义角速度误差项z₂并对其进行求导：

结合式，式，定义虚拟控制量α₁并对其进行求导：

将式，代入式得：

定义Lyapunov函数V₂：

结合式对上式求导：

步骤Q3：定义角加速度误差项z₃并对其进行求导：

将式，式代入式，得：

定义Lyapunov函数V₃：

对上式求导：

令

步骤Q4：结合V₃≥0及

根据Lyapunov直接方法，得被控系统在控制器u_v控制下是渐进收敛的。

在本实施例中，障碍Lyapunov控制算法参数：k_b1＝1；k₁＝100；k₂＝20；k₃＝5；图3是本实施例为对幅值为20°，斜率为10°/s梯形信号系统输出与期望指令跟踪曲线，系统输出与目标信号基本一致，证明了本实施例的有效性。图4为本实施例在对所述梯形信号的跟踪误差，系统的超调角度在0.4°以内，说明所设计控制器在对本实施例超调具有很好的抑制作用。图5为本所设计控制器跟踪所述梯形信号输出控制电压信号，可见所设计控制器对系统误差具有较高的动态响应特性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种重型车辆电液伺服转向系统，其特征在于，包括液压子系统、机械子系统、数据采集子系统及控制器；所述数据采集子系统获取转向轮实际转角及各压力传感器压力；所述控制器根据系统目标转角、转向轮实际转角及各压力传感器压力，计算输出伺服驱动器控制电压从而控制液压子系统。

2.根据权利要求1所述的一种重型车辆电液伺服转向系统，其特征在于，所述液压子系统包括油箱、过滤器、第一单向阀、双向定量泵、第一液控单向阀、第一溢流阀、第二液控单向阀、左转向助力缸、右转向助力缸、电磁开关阀、第三液控单向阀、第二溢流阀、第四液控单向阀、伺服驱动器、第二单向阀、伺服电机；所述机械子系统包括转向梯形机构、左转向轮、右转向轮；所述数据采集系统包括转角传感器、第一压力传感器、第二压力传感器。

3.根据权利要求2所述的一种重型车辆电液伺服转向系统，其特征在于，所述伺服电机与伺服驱动器电性连接，与双向定量泵通过键传动连接；所述双向定量泵的A口与第一单向阀A口、第一溢流阀P口、第二液控单向阀A口及第三液控单向阀K口分别连接；所述双向定量泵的B口分别与第二单向阀A口、第一溢流阀P口、第三液控单向阀A口及第二液控单向阀K口连接；所述第二液控单向阀B口与左转向助力缸无杆腔、右转向助力缸有杆腔、第一压力传感器连接；所述第三液控单向阀B口与右转向助力缸无杆腔、左转向助力缸有杆腔、第二压力传感器及电磁开关阀A口连接；所述第三液控单向阀B口与电磁开关阀P口连接；所述第一液控单向阀A口、第一溢流阀T口、第四液控单向阀A口、第二溢流阀T口与过滤器A口连接，过滤器B口、第一单向阀A口、第二单向阀A口接油箱；所述转向梯形机构分别与左转向助力缸活塞杆、右转向助力缸活塞杆铰接，并由左转向助力缸、右转向助力缸进行驱动，左转向轮、右转向轮分别与转向梯形机构两端铰接，并跟随转向梯形机构绕各自铰接处转动；所述转角传感器安装右转向轮与转向梯形机构铰接处并随右侧车轮转动，第一压力传感器与左转向助力缸无杆腔、右转向助力缸有杆腔连接，第二压力传感器与右转向助力缸无杆腔、左转向助力缸有杆腔连接；所述转角传感器、第一压力传感器、第二压力传感器信号端与控制器通过信号线连接。

4.根据权利要求1所述的一种重型车辆电液伺服转向系统，其特征在于，所述系统还设有流量匹配措施，通过设置第一液控单向阀及第四液控单向阀作为系统辅助流量装置，可及时排除系统多余油液，防止系统持续高压；系统还包括压力保护措施：设置第一溢流阀、第二溢流阀对系统压力进行保护，当超过保护压力时，超过部分压力通过所述溢流阀经过滤器流回油箱。

5.根据权利要求3所述的一种重型车辆电液伺服转向系统的可抑制超调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：电液伺服转向系统将被控右转向轮目标转角信号及转角传感器采集的转角信号输入至控制器；

步骤2：控制器判断是否需要转向：若不需要，跳转至步骤3；若需要，跳转至步骤4；

步骤3：控制器控制伺服驱动器不输出转速，并控制电磁开关阀失电，此时电磁开关阀油路断开、伺服电机不转动，双向定量泵没有输出流量和压力，第二液控单向阀K口、第三液控单向阀K口无压力，第二液控单向阀、第三液控单向阀都处于单向流通状态，电磁开关阀、第二液控单向阀及第三液控单向阀起到对转向系统液压锁作用；

步骤4：控制器根据目标信号与转角传感器转角信号误差、第一压力传感器、第二压力传感器计算出伺服控制器控制电压，并通过电信号输出给伺服驱动器，并控制伺服电机转动，带动双向定量泵输出流量和压力，控制器还控制电磁开关阀得电，此时电磁开关阀处于接通状态，以转向系统左转为正，判断目标信号与转角传感器反馈转角信号误差：若误差大于零，判断为左转工况，则跳至步骤5；若误差小于零，判断为右转工况，则跳至步骤6；

步骤5：系统为左转工况，此时双向定量泵向左转向油路输出流量和压力，此时第三液控单向阀K口有压力，第三液控单向阀处于双向开启状态，油液经第二液控单向阀流入左转向助力缸无杆腔和右转向助力缸有杆腔，并由左转向助力缸有杆腔和右转向助力缸无杆腔经电磁开关阀、第三液控单向阀、第四液控单向阀、过滤器及双向定量泵流回油箱；

步骤6：系统为右转工况，此时双向定量泵向右转向油路输出流量和压力，此时第二液控单向阀K口有压力，第二液控单向阀处于双向开启状态，油液经第三液控单向阀、电磁开关阀流入右转向助力缸无杆腔和左转向助力缸有杆腔，并由右转向助力缸有杆腔和左转向助力缸无杆腔、第二液控单向阀、第一液控单向阀、过滤器及双向定量泵流回油箱。

6.根据权利要求5所述的重型车辆电液伺服转向及可抑制超调的控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制器中预置重型车辆电液伺服转向系统数学模型和控制导向模型，根据角度传感器、压力传感器采集信息，计算助力缸速度、负载力判断转向系统的转向状态；根据所述重型车辆电液伺服转向系统数学模型和控制导向模型，基于控制器设计障碍Lyapunov控制算法，对系统转角进行闭环控制。

7.根据权利要求6所述的一种重型车辆电液伺服转向系统的可抑制超调控制方法，其特征在于，所述重型车辆电液伺服转向系统数学模型构建，具体为：

步骤S1：对于通过伺服电机泵控制双转向助力缸，进而驱动轮胎转动的电液助力转向系统：

左、右轮胎转向角之间的关系表示为：

式(1)中，α和β分别为左、右侧轮胎的转向角度，m为转向节臂的长度，L为拉杆长度，γ为转向臂与轴横梁的夹角，B为单轴两主销间的距离；

根据拉格朗日定理，推导得到系统动力学方程：

式中，T、D、Q分别为系统的动能、耗散能及对应广义坐标的广义力；J_L和J_R分别为左、右侧轮胎及其附属结构，C_L和C_R分别为左、右侧轮胎及其附属结构的等效阻尼系数；F_L和F_R分别为左右两个助力缸的助力；n为转向缸动作点与主销间的距离；v_L和v_R分别为左、右侧转向节臂上转向助力缸驱动力作用点的速度，且被定义为

θ₃'和θ₃分别为左右两侧转向助力缸作用力与作用点速度的夹角；T_L和T_R分别为左、右侧轮胎的所有阻力矩之和；

是由机构运动学关系导出的变量；

步骤S2：对电液伺服转向系统的液压系统进行简化，得：

式中：

p₁为两转向助力缸入口压力，p₂为两转向助力缸出口压力，a和A分别为转向助力缸有杆腔和无杆腔的面积；

步骤S3：建立定量泵流量方程为：

其中，q₁为流入两转向助力缸的流量，q₂为流出两转向助力缸的流量，V_s为从泵源到油缸之间的容积，ω_p为定量泵转速；

步骤S4：建立液压缸流量方程为：

对上式进行简化，得：

其中：x_L和x_R分别为左、右侧转向助力缸活塞的位移，并定义向左移为正方向，C_ip为转向助力缸内泄漏系数，C_ep为转向助力缸外泄漏系数，V_t为每一个转向助力缸的总容积，β_e为有效体积弹性模量；

结合(10)和(11)，得：

步骤S5：伺服电机转速传递函数考虑为1阶惯性环节：

式中：T_m为时间常数；L_m为稳定偏差系数；K_m为电机增益；可得电机转速：

ω_P＝K_mu-L_mω/T_m (14)

式中：u为伺服电机控制器输入电压。

对式进行求导，得：

步骤S6：由上推导公式可知：

其中，g和f为包含系统状态的多项式，d可视为系统的总干扰。

8.根据权利要求7所述的一种重型车辆电液伺服转向系统的可抑制超调控制方法，其特征在于，将重型车辆电液伺服转向系统的数学模型，转化为控制导向模型，其对应的状态空间方程如下：

根据现代控制理论，将电液助力转向系统视为一个以伺服电机控制器控制电压u为输入x，右轮转向角β为输出y的单输入单输出系统：

选取状态变量为

则电液助力转向系统的状态空间方程写为：

即为电液伺服转向系统模型的正则形式。

9.根据权利要求8所述的一种重型车辆电液伺服转向系统的可抑制超调控制方法，其特征在于，基于系统控制导向模型，在控制器中设计障碍Lyapunov控制算法，具体包括以下步骤：

步骤Q1：根据式(20)得到的电液伺服转向系统数学模型的正则表达式，定义角度误差项z₁并对其进行求导两次：

根据障碍Lyapunov定义设计函数V₁：

对上式进行求导：

步骤Q2：根据反步迭代方法，定义角速度误差项z₂并对其进行求导：

结合式，式，定义虚拟控制量α₁并对其进行求导：

将式，代入式得：

定义Lyapunov函数V₂：

结合式对上式求导：

步骤Q3：定义角加速度误差项z₃并对其进行求导：

将式，式代入式，得：

定义Lyapunov函数V₃：

对上式求导：

令

步骤Q4：结合V₃≥0及

根据Lyapunov直接方法，得被控系统在控制器u_v控制下是渐进收敛的。

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