CN110497962B - 一种跨运车容积伺服一体化电液转向***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种跨运车容积伺服一体化电液转向***及其控制方法,包括依次连接的控制单元、动力单元和执行器,还包括用于完成车轮实际位置实时信号反馈的转角传感器、及用于传输跨运车转向指令的转向信号给定装置,转角传感器的反馈角度与转向信号给定装置的给定转向角度进行比较,比较结果的输出信号传至控制单元;所述动力单元,包括伺服电动机,与其相连的双向闭式液压泵,双向闭式液压泵通过液压***管路与执行器连接;所述控制单元,包括用于驱动伺服电动机的伺服驱动器,及用于接收比较结果的输出信号的转向控制器;所述执行器为转向液压缸。本发明进一步提升装备水平,改变现有转向驱动***的构型,改善现有***存在的不足。
Description
技术领域
本发明涉及港口轮式平面运输车辆转向驱动与控制技术,更具体地说,涉及一种跨运车容积伺服一体化电液转向***及其控制方法。
背景技术
集装箱码头的平面运输***按照装卸工艺和设备配置分类,可以划分为两大类:一是通过AGV或集卡实现码头岸桥与堆场起重机之间,以及不同堆区之间的集装箱转运作业;二是通过跨运车实现集装箱转运和堆码作业。二者各有优缺点,后者可以省去堆场起重机配置,节省设备投资,且作业更为灵活机动。由于不同国家或地区的集装箱码头装卸工艺的长期形成和沿用的模式不同,并且码头设备投资和作业管理方式的不同,欧洲及北美的集装箱码头大多采用跨运车作为平面运输的主要设备。由于国内没***头应用跨运车设备,国内没有相关技术的研究。
在码头AGV自动化、电驱化、绿色化蓬勃发展的背景下,针对国外跨运车技术领域开展研究,在跨运车转向***中,由于驱动力较大、精度要求高、并兼具悬架被动补偿功能,因此全部是采用比例阀控液压***,该***通过集中式液压站为每个转向驱动***供油,存在重量大、管线多、能耗高、故障排查复杂、施工量大等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷,本发明的目的是提供一种跨运车容积伺服一体化电液转向***及其控制方法,进一步提升装备水平,改变现有转向驱动***的构型,改善现有***存在的不足。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一方面,一种跨运车容积伺服一体化电液转向***,包括依次连接的控制单元、动力单元和执行器,还包括用于完成车轮实际位置实时信号反馈的转角传感器、及用于传输跨运车转向指令的转向信号给定装置(人工驾驶时为方向盘,自动驾驶时为导航***),转角传感器的反馈角度与转向信号给定装置的给定转向角度进行比较,比较结果的输出信号传至控制单元;
所述动力单元,包括伺服电动机,与其相连的双向闭式液压泵,双向闭式液压泵通过液压***管路与执行器连接;
所述控制单元,包括用于驱动伺服电动机的伺服驱动器,及用于接收比较结果的输出信号的转向控制器;
所述执行器为转向液压缸。
所述动力单元安装于跨运车的车架上,动力单元用于驱动转向液压缸,转向液压缸的活塞杆与跨运车的悬架连接,悬架上连有轮组。
所述液压***管路,包括连于双向闭式液压泵上的集成油箱、逻辑阀组及用于连接各部件的液压管路。
所述逻辑阀组,包括
冲洗阀,用于实现液压管路、集成油箱中液压油的置换,防止管路中液压油温度过高;
两个单向阀,用于防止转向液压缸在受负载影响而被动运动时发生吸空状态;
两个安全阀,用于防止转向液压缸内压力超压;
电磁阀,导通时使转向液压缸两腔压力平衡,转向液压缸处于悬浮状态。
另一方面,一种跨运车容积伺服一体化电液转向控制方法:
当跨运车控制***向转向信号给定装置发出转向指令后,给定转向角度与转角传感器反馈角度进行比较,当两个角度存在差值时,给出调整信号至转向控制器,转向控制器综合转向控制算法发出控制指令至伺服驱动器,伺服驱动器控制伺服电动机转动的转速、转角,伺服电动机带动双向闭式液压泵旋转向液压***管路提供高压油,高压油驱动转向液压缸作伸出/缩回运动,最终实现跨运车轮组转向角度的精确控制。
当路面出现凹凸时、载重不同轮胎变形不同时,悬架与车架会产生垂直方向的相对运动,转向液压缸需要根据转角传感器的反馈信号实时调整伸出长度。
在上述的技术方案中,本发明所提供的一种跨运车容积伺服一体化电液转向***及其控制方法,还具有以下几点有益效果:
1)在采用连杆转向机构的条件下,可将本发明容积伺服一体化电液转向***的动力单元驱动原来推动连杆运动的液压缸,实现转向机械同步,满足转向要求;在采用独立转向机构的条件下,可将本发明容积伺服一体化电液转向***的动力单元驱动每个车轮的液压缸,实现高精度独立转向;
2)本发明容积伺服一体化电液转向***适用于采用液压转向的全部跨运车(独立、非独立转向均可使用)。当此容积伺服一体化电液转向***配置于非独立转向***的跨运车时,跨运车可实现阿克曼转向模式(采用连杆机构转向的跨运车只能实现这种模式);当此容积伺服一体化电液转向***配置于独立转向***的跨运车时,跨运车可实现阿克曼转向模式、卡车转向模式、斜行转向模式和原地转向(回转)模式。
3)本发明容积伺服一体化电液转向***采用闭式容积控制,摒弃传统节流控制原理,抑制了比例阀节流控制能量损失,有效提高控制***效率,提高控制***柔性;
4)本发明容积伺服一体化电液转向***采用一体化设计方案,将动力单元与执行器就近布置,大幅减少液压管路,结构紧凑、重量减轻,并且将液压站重量由车顶改变至车轮部位,进一步降低车辆重心,提高行车稳定性,减少倾覆风险。
附图说明
图1是本发明容积伺服一体化电液转向***中动力单元、执行器的安装示意图;
图2是本发明容积伺服一体化电液转向***的控制原理图;
图3a是六轮跨运车运动时通过本发明容积伺服一体化电液转向***实现阿克曼转向模式示意图;
图3b是六轮跨运车运动时通过本发明容积伺服一体化电液转向***实现卡车转向模式示意图;
图3c是六轮跨运车运动时通过本发明容积伺服一体化电液转向***实现斜行转向模式示意图;
图3d是六轮跨运车运动时通过本发明容积伺服一体化电液转向***实现原地转向(回转)模式示意图;
图4a是八轮跨运车运动时通过本发明容积伺服一体化电液转向***实现阿克曼转向模式示意图;
图4b是八轮跨运车运动时通过本发明容积伺服一体化电液转向***实现卡车转向模式示意图;
图4c是八轮跨运车运动时通过本发明容积伺服一体化电液转向***实现斜行转向模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请结合图1至图2所示,本发明所提供的一种跨运车容积伺服一体化电液转向***,包括依次连接的控制单元、动力单元和执行器,还包括用于完成车轮实际位置实时信号反馈的转角传感器1、及用于传输跨运车转向指令的转向信号给定装置2,转角传感器1的反馈角度与转向信号给定装置2的给定转向角度进行比较,比较结果的输出信号传至控制单元。
较佳的,所述动力单元200,包括伺服电动机3,与其相连的双向闭式液压泵4,双向闭式液压泵4通过液压***管路与执行器连接。
较佳的,所述控制单元,包括用于驱动伺服电动机3的伺服驱动器6,及用于接收比较结果的输出信号的转向控制器7。
较佳的,所述执行器选用转向液压缸5。
较佳的,所述动力单元200安装与跨运车的车架8上,动力单元200用于驱动转向液压缸5,转向液压缸5的活塞杆与跨运车的悬架9连接,悬架9上连有轮组10。
较佳的,所述液压***管路,包括连于双向闭式液压泵4上的集成油箱11、逻辑阀组及用于连接各部件的液压管路。
较佳的,所述逻辑阀组,包括:
冲洗阀12,用于实现液压***管路、集成油箱11中液压油的置换,防止管路中液压油温度过高;
两个单向阀13、14,用于防止转向液压缸5在受负载影响而被动运动时发生吸空状态,保护转向液压缸5;
两个安全阀15、16,用于防止转向液压缸5内压力超压,确保***安全;
电磁阀17,导通时使转向液压缸5两腔压力平衡,转向液压缸5处于悬浮状态,防止跨运车在不工作时液压***管路中产生高压,并且在维护液压***时可使***卸压。
本发明还提供了一种跨运车容积伺服一体化电液转向控制方法:
当跨运车控制***向转向信号给定装置2发出转向指令后,给定转向角度与转角传感器1反馈角度进行比较,当两个角度存在差值时,给出调整信号至转向控制器7,转向控制器7综合转向控制算法发出控制指令至伺服驱动器6,伺服驱动器6控制伺服电动机3转动的转速、转角,伺服电动机3带动双向闭式液压泵4旋转向液压***管路提供高压油,高压油驱动转向液压缸5作伸出/缩回运动,最终实现跨运车轮组转向角度的精确控制。
当路面出现凹凸时、载重不同轮胎变形不同时,悬架9与车架8会产生垂直方向的相对运动,转向液压缸5需要根据转角传感器1的反馈信号实时调整伸出长度,确保跨运车行驶方向的准确。
转向控制器7综合转向控制算法:用于转向容积伺服控制***的高精度控制,该算法将伺服电机***的三环控制(电流环-控制电机转矩;速度环-控制电机转速;位置环-控制转角(在此***中位置环需要增加液压***的模型))升级为转向***的三环控制,其中位置环在考虑伺服电机***的特性的同时,增加双向闭式泵控***的非线性模型,并将管路效应、泄漏、油液弹性等非线性量补偿在控制***中,建立电液容积伺服控制***转向控制算法,实现转向高精度控制。
当跨运车启动后,电磁阀17始终处于得电状态,包含如下三种状态:
1)直行状态,在此状态下,转角传感器1与转向信号给定装置2给定转角进行比较,当角度差小于阀值时,伺服电动机3无控制信号,转向液压缸5保持原状态;
2)转向状态,当跨运车控制***向转向信号给定装置2发出转向指令后,转向信号给定装置2给定转向角度与转角传感器1反馈角度进行比较,当两个角度存在差值并超过阀值时,给出调整信号至转向控制器7,转向控制器7综合转向控制算法发出控制指令至伺服驱动器6,伺服驱动器6控制伺服电动机3转动的转速、转角,伺服电动机3带动双向闭式液压泵4旋转向液压***管路提供高压油,高压油驱动转向液压缸5作伸出/缩回运动,最终实现跨运车轮组转向角度的精确控制。
在双向闭式液压泵4向***输出高压油时,高压侧会通过冲洗阀12将部分***中的热油排回到集成油箱11中,而低压侧通过单向阀13或14从集成油箱11中吸入冷油,完成油液的置换,确保***油温处于良好的工作状态;
3)颠簸状态,当路面出现凹凸时,悬架9与车架8会在瞬时产生垂直方向的相对运动,由于颠簸状态下,转角控制指令是不因颠簸而发生变化的,因此在此工况下,液压***始终处于被动调整状态,此时,颠簸产生的转向液压缸5的行程变化均由管路中油液弹性吸收,当瞬时压力超过安全值后,对应的安全阀15或16溢流,保证***在安全压力以内,同时,低压侧通过单向阀13或14从集成油箱11中吸入液压油,实现补油。
如图3a至图3d所示,六轮跨运车运动时通过本发明容积伺服一体化电液转向***实现四种转向模式:
第一种为阿克曼转向模式,在此模式下,跨运车的每个轮组10的转动圆心交于一点,但每个轮组10的转动角度都不同(如图3a所示)。
第二种为卡车转向模式,即前两轴的轮组10按照某一比例都转过一定角度,完成跨运车的转向行驶(如图3b所示)。
第三种为斜行模式,在此模式下,跨运车的每个轮组10都转动同一角度,使跨运车能够沿着侧前方的某一方向上直线行驶(如图3c所示)。
第四种为原地转向(回转)模式,即跨运车能够实现360°原地回转。
如图4a至图4c所示,八轮跨运车运动时通过本发明容积伺服一体化电液转向***实现三种转向模式:
第一种为阿克曼转向模式,在此模式下,跨运车的每个轮组10的转动圆心交于一点,但每个轮组10的转动角度都不同(如图4a所示)。
第二种为斜行模式,在此模式下,跨运车的每个轮组10都转动同一角度,使跨运车能够沿着侧前方的某一方向上直线行驶(如图4b所示)。
第三种为卡车转向模式,即前三轴的轮组10按照某一比例都转过一定角度,而第四轴的轮组10保持不动,从而来完成跨运车的转向行驶(如图4b所示)。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,而并非用作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (3)
1.一种用于集装箱码头的六轮或八轮跨运车的容积伺服一体化电液转向***,其特征在于:包括依次连接的控制单元、动力单元和执行器,还包括用于完成车轮实际位置实时信号反馈的转角传感器、及用于传输跨运车转向指令的转向信号给定装置,转角传感器的反馈角度与转向信号给定装置的给定转向角度进行比较,比较结果的输出信号传至控制单元;
所述动力单元,包括伺服电动机,与其相连的双向闭式液压泵,双向闭式液压泵通过液压***管路与执行器连接;
所述控制单元,包括用于驱动伺服电动机的伺服驱动器,及用于接收比较结果的输出信号的转向控制器;
所述执行器为转向液压缸,
其中,所述动力单元安装于跨运车的车架上,动力单元用于驱动转向液压缸,转向液压缸的活塞杆与跨运车的悬架连接,悬架上连有轮组,
所述液压***管路,包括连于双向闭式液压泵上的集成油箱、逻辑阀组及用于连接各部件的液压管路,
所述逻辑阀组包括:
连接在所述液压管路之间的冲洗阀,用于实现液压***管路、集成油箱中液压油的置换,防止管路中液压油温度过高;
两个单向阀,用于防止转向液压缸在受负载影响而被动运动时发生吸空状态;
两个安全阀,用于防止转向液压缸内压力超压;
电磁阀,导通时使转向液压缸两腔压力平衡,转向液压缸处于悬浮状态,
当六轮或八轮跨运车启动后,所述电磁阀始终处于得电状态,包含如下三种状态:
1)直行状态,在此状态下,所述转角传感器与所述转向信号给定装置给定转角进行比较,当角度差小于阀值时,伺服电动机无控制信号,转向液压缸保持原状态;
2)转向状态,当跨运车控制***向转向信号给定装置发出转向指令后,转向信号给定装置给定转向角度与转角传感器反馈角度进行比较,当两个角度存在差值并超过阀值时,给出调整信号至转向控制器,转向控制器综合转向控制算法发出控制指令至伺服驱动器,伺服驱动器控制伺服电动机转动的转速、转角,伺服电动机带动双向闭式液压泵旋转向液压***管路提供高压油,高压油驱动转向液压缸作伸出/缩回运动,最终实现跨运车轮组转向角度的精确控制,
在采用独立转向机构的条件下,所述容积伺服一体化电液转向***的动力单元驱动每个车轮的液压缸,实现高精度独立转向,
所述容积伺服一体化电液转向***配置于独立转向***的六轮或八轮跨运车,六轮或八轮跨运车实现阿克曼转向模式、卡车转向模式、斜行转向模式和原地转向模式,
在双向闭式液压泵向***输出高压油时,高压侧会通过冲洗阀将部分***中的热油排回到集成油箱中,而低压侧通过单向阀从集成油箱中吸入冷油,完成油液的置换,确保***油温处于良好的工作状态;
当路面出现凹凸时,所述悬架与车架会在瞬时产生垂直方向的相对运动,由于颠簸状态下,转角控制指令不因颠簸而发生变化,在此工况下,液压***始终处于被动调整状态,此时,颠簸产生的转向液压缸的行程变化均由管路中油液弹性吸收,当瞬时压力超过安全值后,对应的安全阀溢流,保证***在安全压力以内,同时,低压侧通过单向阀从集成油箱中吸入液压油,实现补油。
2.一种用于如权利要求1所述的六轮或八轮跨运车的容积伺服一体化电液转向***的控制方法,其特征在于:
当跨运车控制***向转向信号给定装置发出转向指令后,给定转向角度与转角传感器反馈角度进行比较,当两个角度存在差值时,给出调整信号至转向控制器,转向控制器综合转向控制算法发出控制指令至伺服驱动器,伺服驱动器控制伺服电动机转动的转速、转角,伺服电动机带动双向闭式液压泵旋转向液压***管路提供高压油,高压油驱动转向液压缸作伸出/缩回运动,最终实现跨运车轮组转向角度的精确控制,
当路面出现凹凸时、载重不同轮胎变形不同时,悬架与车架会产生垂直方向的相对运动,转向液压缸需要根据转角传感器的反馈信号实时调整伸出长度;
转向控制器综合转向控制算法:用于转向容积伺服控制***的高精度控制,该转向控制算法将伺服电机***的三环控制升级为转向***的三环控制,其中位置环在考虑伺服电机***的特性的同时,增加双向闭式泵控***的非线性模型,并将管路效应、泄漏、油液弹性非线性量补偿在控制***中,建立电液容积伺服控制***转向控制算法,实现转向高精度控制,
其中,伺服电机***的三环控制为电流环-控制电机转矩;速度环-控制电机转速;位置环-控制转角,
在采用独立转向机构的条件下,所述容积伺服一体化电液转向***的动力单元驱动每个车轮的液压缸,实现高精度独立转向,
所述容积伺服一体化电液转向***配置于独立转向***的六轮或八轮跨运车,六轮或八轮跨运车实现阿克曼转向模式、卡车转向模式、斜行转向模式和原地转向模式。
3.如权利要求2所述的控制方法,其特征在于:当路面出现凹凸时、载重不同轮胎变形不同时,悬架与车架会产生垂直方向的相对运动,转向液压缸需要根据转角传感器的反馈信号实时调整伸出长度。
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