底盘转向控制系统，及具有该系统的起重机的制作方法

专利名称：底盘转向控制系统，及具有该系统的起重机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工程机械技术领域，特别涉及一种底盘转向控制系统，及具有该系统的起重机。
背景技术：
多轴车辆底盘为了提高车辆的机动灵活性和弯道通过能力，底盘转向由原始的机械拉杆转向逐渐地向机械加电控或者液控的方向发展，即采用方向盘直接控制前轴车轮的转向、其余各轴车轮采用电控控制转向。方向盘一般通过转向器装置和机械拉杆装置与前轴车轮转向装置连接，直接控制前轴车轮的转向。车辆转向时，各车轮作同步转向的前提是，各轴车轮必须绕同一个转向中心转动，此时，各轴车轮的转角满足一定的转角关系(阿克曼定理)，如此，才能保证轮胎做纯滚动 运动，减少轮胎的异常磨损。为了实现前轴车轮与其余电控车轴车轮同步转向，需要采用精确性和安全性均较高的控制策略。目前，车轮同步转向主要通过下述方式实现由机械控制转向的前轴车轮转角信号能够反映驾驶人员的转向要求，故一般以前轴车轮转角信号为基准信号；而各车轴车轮同步转向时，各车轴车轮的转角关系需符合阿克曼定理；则获取前轴车轮转角信号作为基准信号后，根据阿克曼定理可以动态计算获得其余电控车轴车轮转角的理想值。再采用角度传感器实时检测各轴车轮的转角信号，并传递至转向控制器，转向控制器会将电控车轴车轮的转角信号与理想值进行比较，对相应执行元件(转向电磁阀等)的动作进行控制，从而实现对相应车轮转角的控制。然而，上述方式存在下述技术问题前轴在制造和装配过程中，不可避免地存在误差，则检测的前轴的车轮转角与驾驶员需要的车轮转角实际上是存在偏差的，其余各电控车轴车轮也按照该偏差的基准信号进行转向，导致车辆整体的转向效果与驾驶员转向意愿存在偏差。有鉴于此，如何改进底盘转向的控制系统，以使底盘转向更加符合驾驶员的转向意愿，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容本实用新型的核心为提供一种底盘转向控制系统，该系统使得车轮转向均以方向盘的转角为基准，从而确保实际转角符合驾驶人员的转向意愿。本实用新型提供的底盘转向控制系统，包括转向控制器、与底盘各车轴的车轮均连接的电控转向系统，以及实时获取方向盘转角信号的第一转角检测装置和实时获取各车轴车轮转角信号的第二转角检测装置；所述转向控制器包括存储单元，用于预存方向盘转角信号与选取的一车轴车轮转角信号的第一转角关系、该车轴车轮与其余各车轴车轮转角信号之间的第二转角关系；分析单元，与所述存储单元、第一转角检测装置、第二转角检测装置、电控转向系统均连接，以便所述分析单元根据方向盘的转角信号、各车轴车轮的转角信号、第一转角关系、第二转角关系输出控制相应车轴车轮转向的控制信号至所述电控转向系统。优选地，所述第一检测装置包括角传动器，所述角传动器的输入端通过方向盘下方的转向管柱与方向盘连接，所述角传动器还设有至少两个输出端，各所述输出端均连接有角度传感器，以检测方向盘的至少两组转角信号。优选地，所述第一检测装置还包括连接杆，所述连接杆的两端分别与所述角度传感器的摆杆、所述角传动器输出端的摆臂铰接于第一铰接点和第二铰接点；且所述摆杆的摆动中心、所述摆臂的摆动中心、所述第一铰接点、所述第二铰接点的连线形成平行四边形。优选地，还包括与转向控制器连接的报警装置。优选地，所述转向控制器与车辆的发动机控制器连接。
相较于现有技术中以存在机械误差的前轴车轮转角为基准，该实用新型提供的底盘转向控制系统使得车轮转向均以方向盘的转角为基准，从而能够确保车辆实际转角符合驾驶人员的转向意愿。而且，该底盘转向控制系统中各车轮均由电控转向系统控制转向，即采取全轮电控转向模式，电控模式具备较高的控制精度，则各车轮实际转角与理论值的偏差得以减小，则各车轮转角关系能够更大程度地满足阿克曼定理，所有车轮在转向过程中处于纯滚动无滑动的状态，从而减少轮胎的磨损。在此基础上，由于采用了全轮电控转向的模式，则可以省略方向盘与前轴之间的传动机构(转向器、转向拉杆等)，达到简化车体结构的目的。本实用新型还提供一种起重机，具有底盘和起重臂，底盘具有上述任一项所述的底盘转向控制系统，由于上述底盘转向控制系统具有上述技术效果，该起重机也具有相同的技术效果，

图I为本实用新型所提供底盘转向控制系统第一种具体实施方式
的操作流程图；图2为本实用新型所提供底盘转向控制系统第一种具体实施方式
的结构示意图；图3为由图2中电控转向系统控制转向的一种底盘结构示意图；图4为图2中第一转角检测装置与方向盘、转向控制器连接的一种具体实施例的结构示意图；图5为图4中角度传感器与角传动器输出端的摆臂连接的结构示意图；图6为本实用新型所提供底盘转向控制系统第二种具体实施方式
的操作流程图；图7为本实用新型所提供底盘转向控制系统第三种具体实施方式
的操作流程图；图8为本实用新型所提供底盘转向控制系统第三种具体实施方式
的结构示意图。图2_5、8 中10转向控制器、20电控转向系统、30第一检测装置、40第二检测装置、50方向盘、60车轴车轮、100前轴、200第一后轴、300第二后轴、51转向管柱、31角传动器、311摆臂、32角度传感器、321摆杆、33连杆、A摆杆的摆动中心、B第一铰点、C第二铰点、D摆臂的摆动中心、70发动机控制器、80报警装置。
具体实施方式
本实用新型的核心为提供一种底盘转向控制系统，该系统使得车轮转向均以方向盘的转角为基准，从而确保实际转角符合驾驶人员的转向意愿。为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。需要说明的是，为了便于理解和简洁描述，下文结合底盘转向控制方法和系统进行说明，有益效果不再重复论述。请参考图1-3，图I为本实用新型所提供底盘转向控制系统第一种具体实施方式
的操作流程图；图2为本实用新型所提供底盘转向控制系统第一种具体实施方式
的结构示意图；图3为由图2中电控转向系统控制转向的一种底盘结构示意图。该实施例中底盘转向控制方法，包括下述步骤S11、将各车轴的车轮均连接电控转向系统20 ;预存方向盘50转角信号与选定的·一车轴车轮60转角信号的第一转角关系，以及该车轴车轮60转角信号与其余车轴车轮60转角信号之间的第二转角关系；即底盘全部的车轮均由电控转向系统20控制转向，同时设置转向控制器10，转向控制器10包括存储单元和分析单元，存储单元用于存储上述第一转角关系和第二转角关系，分析单元与电控转向系统20连接，以便输出相应的指令操控电控转向系统20控制各转向轮的转向。如图3所示，底盘供设置三个车轴，包括前轴100、第一后轴200和第二后轴300，三者的车轮均由转向油缸驱动转向，转向油缸的伸缩由电控转向系统20中的电磁阀控制。可以想到，本实用新型并不限于三轴的底盘系统，可以是二轴或是三轴以上的底盘系统。可以选取一车轴车轮60，并设定方向盘50转角信号与该车轴车轮60转角信号的第一转角关系，第一转角关系需将方向盘50转角信号传递至车轮，以使车轮按照驾驶员的转向意愿进行转向，即按照第一转角关系控制该车轮转向时，与机械控制所达到的效果一致。其余车轴车轮60转角信号与选定的车轮转角信号之间的第二转角关系根据阿克曼定理获得。基于阿克曼定理以及便于各车轮信号之间的转换计算，优选地预存方向盘50转角信号与前轴100车轮转角信号的第一转角关系，并预存其余各车轴车轮60与前轴100车轮转角之间的第二转角关系。因为，机械控制车轮转向时，一般直接控制前轴100转向，此时，第一转角关系相当于现有技术中通过传动机构传动后，方向盘50转角与前轴100车轮的转角关系，则通过对传动机构传动关系的整理即可获得第一转角关系。S12、实时获取方向盘50的转角信号和各车轴车轮60的转角信号；可以设置第一转角检测装置和第二转角检测装置，分别检测方向盘50的转角信号和车轮转角信号。第一转角检测装置和第二转角检测装置均与转向控制器10连接，具体地，与其分析单元连接。第一转角检测装置具体可以参考图4和图5理解，图4为图2中第一转角检测装置与方向盘50、转向控制器10连接的一种具体实施例的结构示意图；图5为图4中角度传感器32与角传动器31输出端的摆臂311连接的结构示意图。该实施例中的第一检测装置30包括角传动器31,角传动器31的输入端通过方向盘50下方的转向管柱51与方向盘50连接，则方向盘50转动时带动角传动器31输入端转动，而角传动器31的输出端连接角度传感器32，则该角度传感器32能够检测到方向盘50的转角信号。该种结构的第一转角检测装置包括角度传动器，简单且精准地实现了方向盘50转角信号的检测，且不干涉方向盘50的转向以及周围部件的安装、正常工作。角度传感器32与角传动器31的输出端连接时，可以通过连杆33连接。如图5所示，第一检测装置30还包括连杆33，连杆33的两端分别与角度传感器32的摆杆321 (检测轴)、角传动器31输出端的摆臂311铰接于第一铰接点B和第二铰接点C ;且摆杆321的摆动中心A、摆臂311的摆动中心D、第一铰接点B、第二铰接点C的连线形成平行四边形，如此，角度传感器32检测的转角信号等同于方向盘50的转角值，检测精准，无需转化。当然，第一转角检测装置和第二转角检测装置均可以是直接安装在检测部位的角度传感器32。第一检测装置30和第二检测装置40均与转向控制器10信号连接，以便将检测的转角信号均输出至转向控制器10。S13、根据方向盘50的转角信号、各车轴车轮60的转角信号、第一转角关系、第二转角关系输出控制相应车轴车轮60转向的控制信号。 方向盘50的转角信号反映了驾驶人员的真实转向意愿，转向控制器10以此为基准信号，调取存储单元中存储的第一转角关系，获得选定的车轴车轮60转角信号，再根据第二转角关系，可以计算出其余车轮转角的理论值，并将各理论值与对应的第二检测装置40检测的车轮转角信号比较，根据比较结果输出相应的指令至电控转向系统20，由电控转向系统20控制相应的转向电磁阀等执行元件进行相应的转向动作，以便驱动车轮转角趋近或是达到理论值。由此可知，相较于现有技术中以存在机械误差的前轴100车轮转角为基准，该底盘转向控制系统和方法使得车轮转向均以方向盘50的转角为基准，从而能够确保车辆实际转角符合驾驶人员的转向意愿。而且，该底盘转向控制系统中各车轮均由电控转向系统20控制转向，即采取全轮电控转向模式，电控模式具备较高的控制精度，则各车轮实际转角与理论值的偏差得以减小，各车轮实际转角关系能够更大程度地满足阿克曼定理，所有车轮在转向过程中处于纯滚动无滑动的状态，从而减少轮胎的磨损。在此基础上，由于采用了全轮电控转向的模式，则可以省略方向盘50与前轴100之间的传动机构(转向器、转向拉杆等)，达到简化车体结构的目的。针对上述实施例，还可以作出进一步改进，如图6所示，图6为本实用新型所提供底盘转向控制系统第二种具体实施方式
的操作流程图。该实施例中，底盘转向控制方法包括下述步骤S21、将各车轴的车轮均连接电控转向系统20 ;预存方向盘50转角信号与一车轴车轮60转角信号的第一转角关系，以及各车轴车轮60转角信号之间的第二转角关系；预存安全保护模式；安全保护模式即有助于提供车辆安全行驶和转向的一些措施，比如，在该模式下转向时，可以报警、限制提速、限制转向、强制降速等。S22、实时获取方向盘50的转角信号和各车轴车轮60的转角信号；S23、判断方向盘50转角信号是否正常，是，则进入步骤S24，否，则进入步骤S27 ；方向盘50的转角信号不正常主要包括下述情形第一、第一检测装置30检测的信号失真，比如，输出的信号超出预设理论值范围，或是单位时间内摆动振荡等；第二、第一检测装置30无信号输出。当然，转角信号输出的不正常还包括其他情形。方向盘50转角信号不正常时，显然不宜作为基准信号控制车轮转向，此时，应当进入步骤S27中，转向控制器10可以按照安全保护模式输出相应控制指令，比如输出报警、限速等控制指令。S24、判断正常的方向盘50转角信号与选定的车轴车轮60转角信号是否满足第一转角关系，是，则进入步骤S25，否，则进入步骤S27 ；检测的方向盘50转角信号与选定的车轴车轮60转角信号满足第一转角关系的前提是，转向控制器10能够按照预先存储的第一转角关系进行计算，并输出相应的指令。不满足第一转角关系时，表明转向控制器10的系统发生故障或是检测选定的车轴车轮60转角信号的检测装置出现故障，前一故障会导致选定的车轴车轮60未按照预定的角度转向，同时引发其余各轴车轮也无法按照预定角度转向，后者则会导致其余各轴车轮无法正常转向，此时继续进行转向，可能会引发事故。步骤S24，可以在上述故障产生时，进入安全保护模式。S25、选取其余车轴车轮转角信号中的至少一者与选取的车轴车轮转角信号比较，若均满足第二转角关系，则进入步骤S26，若存在不满足第二转角关系的情况，则进入步骤S27 ；与步骤S24的原理类似，其余车轴车轮60根据选定的车轴车轮60转角信号和第二转角关系进行转向，当转向控制器10控制程序错误时，会导致车轴车轮60转角不符合阿克曼定理，进行步骤S25可以进入安全保护模式，便于对转向控制器10的工况进行校准。检测一车轴车轮60与选定的车轴车轮60的转角信号是否满足第二转角关系，即可在一定程度上反应转向控制器10的工作是否正常，当然，将选定的车轴车轮60与其余所有车轴车轮60的转角信号关系均作判定，则可以确定转向控制器10工作的正常与否。S26、根据正常的方向盘50的转角信号、各车轴车轮60的转角信号、第一转角关系、第二转角关系输出控制相应车轴车轮60转向的控制信号；S27、进入安全保护模式。该实施例中，转向时，步骤S23、S25、S24均进行显然为最为优化的方案。但实际上，即使只进行步骤S23、S25、S24中一者或是两者均可以在一定程度上起到提高转向安全的作用，对于第二实施例，还可以作出进一步改进，如图7-8所示，图7为本实用新型所提供底盘转向控制系统第三种具体实施方式
的操作流程图；图8为本实用新型所提供底盘转向控制系统第三种具体实施方式
的结构示意图。该实施例中底盘转向控制方法包括下述步骤S31、将各车轴的车轮均连接电控转向系统20 ;预存方向盘50转角信号与前轴100车轮转角信号的第一转角关系，以及前轴100车轮转角信号与其余车轴车轮60转角信号之间的第二转角关系；预存安全保护模式；该实施例以选定的车轴车轮60为前轴100车轮为例。S32、实时获取方向盘50的至少两组转角信号和各车轴车轮60的转角信号；如上述实施例中设置角传动器31时，角传动器31可以设置至少两个输出端，分别连接有角度传感器32，则一角度传感器32可以检测出方向盘50的一组转角信号，图中，设置了三个角度传感器32，检测三组转角信号，当然，也可以设置两个，或是三个以上的角度传感器32。[0062]S33、判断方向盘50转角信号是否正常，均正常时，则进入步骤S34，均不正常时，则进入步骤S37中执行安全保护模式的第一项，正常转角信号和不正常转角信号同时存在时，进入步骤S34，同时进入步骤S37中执行第二项；以检测方向盘50三组转角信号为例，一组正常时，以该组正常转角信号继续进行下述步骤判断，同时进入安全保护模式；两组正常时，选取一组作为正常转角信号继续下述步骤，同时进入安全保护模式；三组均正常时，选取一组作为正常转角信号继续下述步骤；三组均不正常时，进入安全保护模式。检测方向盘50两组以上的转角信号，使得一组或多组角度传感器32发生故障时，其余角度传感器32检测的转角信号能够提供冗余，在符合其他条件后作为基准信号，由转向控制器10继续控制转向。设置三个角度传感器32通常可以避免角度传感器32产生故障而导致的无法顺利转向，因为三个角度传感器32同时发生故障的几率较小。而且，检测
方向盘50的多组转角信号时，易于判断转角信号的正常与否，正常状态下，各组转角信号理论上应当完全一致，当然由于误差的存在，各组转角信号的差值应处于合理范围内，当一组或以上的转角信号与其他多数转角信号差值较大时，显然，可以判断出存在不正常的转角信号。S34、判断一组正常的方向盘50转角信号与前轴100车轮转角信号是否满足第一转角关系，是，则进入步骤S35，否，则进入步骤S37中执行第二项；方向盘50转角信号正常，但与车轴车轮60转角信号不满足第一转角关系，可见，转向控制器10的程序可能出现故障，或是检测选定的车轴车轮60转角信号的检测装置出现故障，这两种情形均会影响车辆的正常转向。故可以设置与转向控制器10连接的报警装置，当方向盘50转角信号与前轴100车轮转角信号不满足第一转角关系时，转向控制器10可以输出发出报警信号的指令至报警装置，报警装置则发出报警信号以警示驾驶人员停车检修。更为优化的方案是，输出报警信号的同时还输出降低车速至零的指令至发动机控制器70，且输出锁死所有车轮于中位的指令至电控转向系统，即强制停车并强行限制转向，进一步确保安全。S35、选取其余车轴车轮转角信号中的至少一者与前轴车轮转角信号比较，若均满足第二转角关系，则进入步骤S36，若存在不满足第二转角关系的情况，则进入步骤S37中执行第二项；与步骤S34原理相同，任一车轴车轮60与前轴车轮转角信号不满足第二转角关系时，均会影响车辆正常转向，为了安全起见，执行步骤S37中的第二项。S36、根据方向盘50的转角信号、各车轴车轮60的转角信号、第一转角关系、第二转角关系输出控制相应车轴车轮60转向的控制信号；S37、进入安全保护模式第一项、输出发出报警信号且降低车速的指令；第二项、输出发出报警信号且输出降低车速至零，并锁死所有车轮于中位的指令。正常转角信号和不正常转角信号同时存在时，可以选取一正常转角信号继续进行转向，但是不正常转角信号表明系统存在故障，可以发出报警信息，并降低车速，以确保安全，当然，还可以根据具体情况对降速指令进行细化，比如，在检测三组转角信号时，一组不正常，可以将速度降低至10km/h，两组不正常时，可以将速度降低至5km/h，如此，可以兼顾安全系数和行驶速度的统一。方向盘50的各组转角信号均不正常时，表明此时转向控制器10无合适的基准信号进行转向控制，此时不宜作出转向动作，可以发出报警信息警示驾驶人员停车检查；同时，为避免驾驶人员仍然操作转向引发事故，可以输出降低车速至零且锁死所有车轮于中位的指令，即强制停车并强行限制转向，以确保安全。本实用新型还提供一种起重机，具有底盘和起重臂，底盘具有上述任一实施例所述的底盘转向控制系统，由于上述底盘转向控制系统具有上述技术效果，该起重机也具有相同的技术效果，在此不赘述。以上对本实用新型所提供的一种底盘转向控制系统，及具有该系统的起重机均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求1.一种底盘转向控制系统，其特征在于，包括转向控制器、与底盘各车轴的车轮均连接的电控转向系统，以及实时获取方向盘转角信号的第一转角检测装置和实时获取各车轴车轮转角信号的第二转角检测装置；所述转向控制器包括 存储单元，用于预存方向盘转角信号与选取的一车轴车轮转角信号的第一转角关系、该车轴车轮与其余各车轴车轮转角信号之间的第二转角关系； 分析单元，与所述存储单元、第一转角检测装置、第二转角检测装置、电控转向系统均连接，所述分析单元根据方向盘的转角信号、各车轴车轮的转角信号、第一转角关系、第二转角关系输出控制相应车轴车轮转向的控制信号至所述电控转向系统。
2.根据权利要求I所述的底盘转向控制系统，其特征在于，所述第一检测装置包括角传动器，所述角传动器的输入端通过方向盘下方的转向管柱与方向盘连接，所述角传动器还设有至少两个输出端，各所述输出端均连接有角度传感器，以检测方向盘的至少两组转角信号。
3.根据权利要求2所述的底盘转向控制系统，其特征在于，所述第一检测装置还包括连接杆，所述连接杆的两端分别与所述角度传感器的摆杆、所述角传动器输出端的摆臂铰接于第一铰接点和第二铰接点；且所述摆杆的摆动中心、所述摆臂的摆动中心、所述第一铰接点、所述第二铰接点的连线形成平行四边形。
4.根据权利要求2或3所述的底盘转向控制系统，其特征在于，还包括与转向控制器连接的报警装置。
5.根据权利要求4所述的底盘转向控制系统，其特征在于，所述转向控制器与车辆的发动机控制器连接。
6.一种起重机，具有底盘和起重臂，其特征在于，所述底盘具有如权利要求1-5任一项所述的底盘转向控制系统。
专利摘要本实用新型公开一种底盘转向控制系统，及具有该系统的起重机，公开的系统包括与底盘各车轴车轮均连接的电控转向系统；分别获取方向盘转角信号、车轮转角信号的第一转角检测装置、第二转角检测装置；预存第一转角关系、第二转角关系的转向控制器；转向控制器以方向盘转角信号为基准信号，根据各车轮转角信号、第一转角关系、第二转角关系输出控制车轮转向的信号。该控制系统使得车轮转向均以方向盘的转角为基准，确保车辆实际转角符合驾驶人员的转向意愿；采取全轮电控转向模式，控制精度高，各车轮转角关系更大程度地满足阿克曼定理，从而减少轮胎的磨损。且采用全轮电控转向模式，可以省略方向盘与车轴之间的传动机构，从而简化转向系统的结构。
文档编号B62D6/00GK202686461SQ20122033693
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者陈建凯, 李丽, 於磊, 王志芳, 朱林, 程伟 申请人:徐州重型机械有限公司