一種車輛轉向穩定系統、方法及礦用自卸車與流程

2023-05-29 08:36:16

一種車輛轉向穩定系統、方法及礦用自卸車本發明屬於機械設備控制領域，涉及一種轉向穩定系統，尤其涉及一種車輛轉向穩定系統、方法及礦用自卸車。

背景技術：
礦用自卸車是指在露天礦山為完成巖石土方剝離與礦石運輸任務而使用的一種非公路用重型自卸車。適用於各類礦山、水利工程；具有運程短、轉彎半徑小、載荷重，幾何尺寸大等特點。隨著越來越多大型露天礦區的開發、大型工程的建設，礦用自卸車得到更多的應用和發展。礦用自卸車機電液一體化控制已成為關鍵技術之一。礦用自卸車主要用於礦山的裝卸。礦用自卸車工作的礦山一般環境比較複雜，路面平整度差，彎道多；自卸車在行駛過程中需時常轉向，轉向時如載重過大、車速太快易發生傾翻的事故。在實際駕駛過程中，車輛轉向的整個過程完全由駕駛員人為操作。駕駛員根據個人經驗進行轉向角度大小控制、進行制動車輛操作。但由於路面情況複雜，而且每次轉載礦石重量不同，裝載礦石位置的不同造成車輛重心的不同，僅僅靠駕駛員經驗操作自卸車轉向也存在一定的風險。人為駕駛也會出現大意、疏忽的情況。這樣就存在重載車輛轉向側翻的風險。因此，轉向穩定控制系統可提高駕駛車輛轉向的安全性。

技術實現要素：
有鑑於此，本發明採用安裝在車輛上的壓力傳感器，根據壓力值判斷車輛重心偏移的大致位置，並根據壓力值在轉向時的變化特性判斷目前車輛的轉向方向，有效控制重載、低速礦車轉向的穩定性，提高了可駕駛安全性。為達到上述目的，具體技術方案如下：一方面，提供一種車輛轉向穩定系統，所述車輛包括設於底部的至少四個車輪和與所述車輪連接的油氣懸掛缸，以及動力機構，還包括壓力傳感器、控制器和執行機構，所述壓力傳感器設於所述油氣懸掛缸上，所述控制器分別與所述壓力傳感器、執行機構連接，所述執行機構與所述車輛的動力機構連接，所述控制器通過所述壓力傳感器傳遞的信號判斷所述車輛的偏載狀態、轉向狀態，並通過所述執行機構控制所述車輛的動力機構。優選的，所述車輛還包括速度傳感器，所述控制器與所述速度傳感器相連。優選的，還包括顯示屏，所述顯示屏與所述控制器相連。優選的，還包括警報器，所述警報器與所述控制器相連。優選的，所述執行機構包括油門控制執行器件和後制動比例電磁閥。另一方面，提供一種車輛轉向穩定方法，所述車輛設有如上述的車輛轉向穩定系統，包括如下步驟：步驟1；所述控制器通過設於所述車輛的四個車輪的油氣懸掛缸上的壓力傳感器判斷所述車輛的偏載狀態；步驟2：所述控制器根據所述車輛在行駛過程中的設於左右兩邊的壓力傳感器的壓力變化判斷所述車輛的轉向狀態；步驟3：依據所述車輛的偏載狀態和轉向狀態，所述控制器通過執行機構控制所述車輛的動力機構。優選的，所述步驟1中所述車輛處於裝載完畢後，未行駛或行駛但未狀態時。優選的，所述步驟2中通過所述車輛的設於左右兩邊的壓力傳感器的壓力值一邊減少、另一邊增加，從而判斷出車輛轉向一邊。優選的，所述步驟3中，所述控制器通過所述速度傳感器獲得所述車輛的行駛速度，並依據所述車輛的偏載狀態、轉向狀態和行駛速度，通過執行機構控制所述車輛的動力機構。另一方面，提供一種礦用自卸車，所述礦用自卸車包括設於底部的至少四 個車輪和與所述車輪連接的油氣懸掛缸，以及動力機構，包括如上述的車輛轉向穩定系統。相對於現有技術，本發明的技術方案的優點有：採用安裝在自卸車4個懸掛缸上壓力傳感器信號判斷車輛重心偏移的大致位置，作為左、右轉向控制程度的依據；採用安裝在自卸車4個懸掛缸上壓力傳感器，根據壓力值在轉向時的變化特性判斷目前車輛的轉向方向，並根據壓力值變化的大小、車速大致判斷轉向角度的大小，以此提供減速機構的執行效果；本發明的技術方案簡單，避免了採用大量傳感器而導致整個系統趨於複雜，但又能有效控制重載、低速礦車轉向的穩定性問題。本發明的技術方案能夠輔助駕駛員轉向操作，避免駕駛員疏忽大意造成車輛高速轉向的情況發生。提高了可駕駛安全性。附圖說明構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：圖1是本發明實施例的結構示意圖；圖2是本發明實施例的懸掛缸結構示意圖；圖3是本發明實施例的控制流程圖；圖4是本發明實施例的流程圖。其中，1為壓力傳感器、2為控制器、3為執行機構、4為顯示屏、5為速度傳感器、6為懸掛缸。具體實施方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是 全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。以下將結合附圖對本發明的實施例做具體闡釋。如圖1中所示的本發明的實施例的一種車輛轉向穩定系統，車輛包括設於底部的至少四個車輪和與車輪連接的油氣懸掛缸，以及動力機構，還包括壓力傳感器1、控制器2和執行機構3。壓力傳感器1設於油氣懸掛缸上，控制器2分別與壓力傳感器1、執行機構3連接。執行機構3與車輛的動力機構連接。控制器2通過壓力傳感器1傳遞的信號判斷車輛的偏載狀態、轉向狀態，並通過執行機構3控制車輛的動力機構。優選還包括顯示屏4、警報器，分別與控制器2相連。優選車輛還包括速度傳感器5，控制器2與速度傳感器5相連。並優選執行機構3包括油門控制執行器件和後制動比例電磁閥。另一方面，提供一種車輛轉向穩定方法，包括如下步驟：步驟1；控制器2通過設於車輛的四個車輪的油氣懸掛缸上的壓力傳感器1判斷車輛的偏載狀態；由於礦用自卸車4個車輪懸掛位置採用油氣混合懸掛缸，在礦用自卸車左前、左後、右前、右後懸掛缸的注油口安裝4個壓力傳感器1。壓力傳感器1採用量程為0～100bar，輸出電壓對應0～5V。壓力傳感器1信號由稱重系統控制器2的4個電壓模擬接口接收，接收信號接口採用0～1024對應0～5V數字量接口。控制器2根據採集的壓力信號換算為4個懸掛缸的壓力值。在正常充油、充氣情況下，車輛裝載礦石時，4個懸掛缸壓力按照空載、平地上壓力值成相同比例增加。如裝載礦石偏向某一邊，這時偏向一邊的懸掛缸壓力值會增加較大。因此根據4個懸掛缸壓力增加比例的不同，可以在裝載礦石完畢後判斷出整體車輛的偏載、或不偏載。這就可以為轉向時提供左、右轉向的響應程度。步驟2：控制器2根據車輛在行駛過程中的設於左右兩邊的壓力傳感器1 的壓力變化判斷車輛的轉向狀態；礦車在重載轉向時一般規律是：在左轉向時，由於車輛慣性產生右側向加速度，側向力向右側施加，這時右前、右後側懸掛缸壓力會增加。根據這一點可以判斷出車輛正處於左轉向過程。同樣，在右轉向時，由於車輛慣性產生左側向加速度，這時左前、左後側懸掛缸壓力會增加。根據這一點可以判斷出車輛正處於右轉向過程。步驟3：依據車輛的偏載狀態和轉向狀態，控制器2通過執行機構3控制車輛的動力機構。轉向穩定的控制器2獲得車輛偏載狀態、左右轉向狀態，經過計算控制發出降低車速的控制策略。第一是彎道油門策略，第二是實施後制動緩行制動策略。這兩個策略的實施可自動降低車速，保障車輛低速安全通過彎道。在通過彎道後，控制器2再解除彎道油門控制策略和後制動緩行策略。在轉向過程出現一側懸掛缸壓力增加超過設定值時，將轉向報警信息顯示在儀表顯示屏4上，提醒駕駛員實施人為制動措施。本發明的實施例的工作原理如下：首先，如圖2中所示，將礦用自卸車4個油氣懸掛缸6油堵頭拆下，按要求加入一定高度的油。再將4個壓力傳感器1替代油堵頭在注油口位置安裝於懸掛缸6上，保證油密封完好。從懸掛缸6上充氣閥充入氣體，使懸掛缸達到設計要求的壓力。在整車4個懸掛缸壓力傳感器1安裝完畢後，4個壓力傳感器1得到一個空載、整車不偏載時的初始參考壓力值。以其中一種車型壓力值分別為：左前3.8MP，右前3.8MP，左後1.5MP，右後1.5MP。4個懸掛缸壓力初始狀態確定後，控制器2將保存此壓力的初始值。以此初始壓力值的車輛在裝入礦石時，如礦車裝載位置居中，那麼左前與右前，左後與右後懸掛缸的壓力將按照相同的比例增加。如左偏載那麼左側懸掛缸壓力增加值一定大於右側，同樣，如右偏載那麼右側懸掛缸壓力增加值一定大於左側。那麼P左前—P左前初始>P右前—P右前初始，P左後—P左後初始>P右後—P右後初始，依此可判斷此時礦車礦石裝載偏向左側；同樣，當P左前—P左前初始<P右前—P右前初始，P左後—P左後初始0.5MP即判斷車輛向左偏載，K偏=2的等級值，差值增加0.5MP左偏載等級增加1。此等級值將作為後續PID調節後制動轉向的放大比例級別。在偏載級別達到3以上時，控制器2將會通過CAN線通信將信息發出到儀表顯示屏4。顯示屏4將顯示車輛偏載一側為紅色，提醒駕駛員注意。在得到4個懸掛缸壓力初始值和車輛裝載偏向、偏載狀態及等級後。控制器2還需判斷車輛是否在轉向，是向哪個方向轉向。本發明的實施例中不採用橫擺角速度傳感器、車身側傾角傳感器、側偏角傳感器、方向盤轉角傳感器等複雜的傳感器系統。仍舊採用懸掛缸上4個壓力傳感器1的壓力值的變化量來判斷。具體判斷方法為，設P左前轉為左前側懸掛缸轉向時的壓力值，P左前為左前側懸掛缸正常直線行駛時的壓力值，P左後轉為左後側懸掛缸轉向時的壓力值，P左後為左後側懸掛缸正常直線行駛時的壓力值；同樣，P右前轉為右前側懸掛缸轉向時的壓力值，P右前為右前側懸掛缸正常直線行駛時的壓力值，P右後轉為右後側懸掛缸轉向時的壓力值，P右後為右後側懸掛缸正常直線行駛時的壓力值。在左轉向過程中右前、右後懸掛缸壓力同時在增加，左前、左後懸掛缸壓力在同時減小。根據這個壓力變化的規律可以判斷車輛開始左轉向過程。首先，礦車裝載、卸載後車速從0～5km/h低速運行，無論空載、重載情況下，懸掛缸壓力值將在較穩定的範圍內。因此，可以計算出前懸掛缸穩態壓力絕對差值|P左前—P右前|和後懸掛缸穩態壓力絕對差值|P左後—P右後|。這兩個絕對差值在車速從0～5km/h以內完成計算，並將此值作為定值存於控制器2內存數據區。礦車運行後，控制器2對4個壓力值做|P左前轉—P右前轉|，|P左後轉—P右後轉|的計算，與內存數據區保存的前懸掛缸穩態壓力絕對差值和後懸掛缸穩態壓力絕對差值作比較。當|P左前轉—P右前轉|和|P左後轉—P右後轉|同時出現大於保存的前、後壓力絕對差值|P左前—P右前|和|P左後—P右後|時，轉向控制系統判斷礦用自卸車正在轉向。本實施例中取|P左前轉—P右前轉|—|P左前—P右前|>0.5MP和|P左後轉—P右後轉|—|P左後—P右後|>0.5MP同時滿足時，系統判斷為轉向開始。轉向開始後，轉向穩定控制器將執行兩個動作來使車輛減小轉向帶來的側向力的增大。本實施例中當條件|P左前轉—P右前轉|—|P左前—P右前|>0.5MP和|P左後轉—P右後轉|—|P左後—P右後|>0.5MP同時滿足，控制器2從CAN總線取得車輛此時的車速，並且車速大於5km/h時，控制器2將自動切斷油門信號使發動機處於怠速狀態。在切斷油門信號後，雖然發動機轉速不再能夠高速旋轉，但礦車會由於慣性車速無法在轉向過程中減速。這時就需控制器2發出後制動緩行信號讓後制動比例電磁閥根據情況開啟。後制動比例電磁閥控制方法如下。在車輛不偏載狀態情況，控制器2確定車輛正處於轉向，並且判斷車速超過5km/h，控制系統按圖3的控制流程圖進行控制，車輛將實時車速V時通過CAN總線發送給轉向控制器2，控制器2以（V時－5）作為控制輸入量，K偏作為偏載係數。顯然此時根據本系統判斷車輛的偏載情況不成立，K偏=1。K偏、（V時－5）將作為後制動比例電磁閥開度大小的PID控制的輸入值。當V時較大時，後制動比例電磁閥開啟較大，此時後制動力較大，這將幫助車輛轉向時儘快降低車速，減小側向力，降低礦車側翻的風險。當V時逐漸減小時，後制動比例電磁閥輸出逐步減小，最終降到5km/h安全時速通過彎道。在上述礦車不偏載情況下，無論左、右轉向控制後制動過程完全一樣。而在偏載情況下，就得考慮向偏載方向的反方向轉向時需增大制動輸出控制。如圖4中所示，礦車處於偏載狀態時，轉向的控制就需要結合判斷是左、還是右轉向。本實施例按如下方法判斷左、右轉向。結合本系統上述轉向的判斷|P左前轉—P右前轉|—|P左前—P右前|>0.5MP和|P左後轉—P右後轉|—|P左後—P右後|>0.5MP，當P左前轉—P左前>0和P左後轉—P左後>0時，判斷礦車在右轉向；當P左前轉—P左前<0和P左後轉—P左後0.5MP和|P左後轉—P右後轉|—|P左後—P右後|>0.5MP的比較條件將不滿足。這時礦車轉向穩定控制系統將推出控制系統，恢復常規控制狀態。本發明的實施例中還包括一種礦用自卸車，礦用自卸車包括設於底部的至少四個車輪和與車輪連接的油氣懸掛缸，以及動力機構，並設有如上述的車輛轉向穩定系統。由於上述車輛轉向穩定系統具有上述技術效果，因此，設有該車輛轉向穩定系統的礦用自卸車也應具備相應的技術效果，其具體實施過程與上述實施例類似，茲不贅述。以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。