一种装载机摩擦定位式电转向控制系统及方法

技术领域

本发明涉及新能源铲装机械智能控制技术领域，具体涉及一种装载机摩擦定位式电转向控制系统及方法。

背景技术

随着国家环保要求，提倡绿色出行，而且新能源乘用车、商用车已经逐步普及，新能源铲运机械也初步研发试制，因此，对节能减排的控制十分必要。目前，传统的装载机大部分采用柴油机带动液压泵，运用先导液压原理加方向盘控制转向，其缺点在于：

1，针对受限于空间、环境、安全等因素影响，需要改变转向速度的特殊工况，传动液压式转向无法解决限速、快速转向问题；

2，方向盘操作力大，转向重，频繁转向时，工作强度大，机手易疲劳，安全问题保障性差；

3.液压噪声大，油耗高，尽管采用各种方式节能降噪，效果不好，不能从根本上解决问题；

以上三方面均影响整车油耗；而且频繁转向时，工作强度大，机手易疲劳，降低工作效率和用户的操纵舒适性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种装载机摩擦定位式电转向控制系统及方法。

本发明通过以下技术方案实现：一种装载机摩擦定位式电转向控制系统，包括电转向系统和电控系统；所述电转向系统包括左电动马达、右电动马达；所述左电动马达控制连接左电推杆，左电推杆连接左转向缸；所述右电动马达控制连接右电推杆，右电推杆连接右转向缸；所述电控系统包括控制器，和与控制器连接的摩擦定位式操纵杆、车速传感器、左转向缸位置传感器、右转向缸位置传感器；所述左转向缸位置传感器连接左转向缸，左转向缸位置传感器用于检测左转向缸位移信息并将信息传输至控制器；所述右转向缸位置传感器连接右转向缸，右转向缸位置传感器用于检测右转向缸位移信息并将信息传输至控制器；所述控制器还连接有左正转继电器、左反转继电器、右正转继电器、右反转继电器；所述左正转继电器、左反转继电器控制连接所述左电动马达；所述右正转继电器、右反转继电器控制连接所述右电动马达。

其进一步是：所述控制器采用MC024；控制器IN1端口与左转向缸位置传感器用导线相连接；控制器IN2端口与右转向缸位置传感器用导线相连接；控制器CAN+和CAN-端口与车速传感器用导线相连接；控制器CAN+和CAN-端口与摩擦定位式操纵杆用导线相连接；控制器BAT+端口与蓄电池正极用导线相连接，BAT-端口与蓄电池负极用导线相连接；控制器OUT1端口与左正转继电器用导线相连接，左正转继电器输出端口与左电动马达用导线相连接；控制器OUT2端口与左反转继电器用导线相连接，左反转继电器与左电动马达用导线相连接；控制器OUT3端口与右正转继电器用导线相连接，右正转继电器输出端口与右电动马达用导线相连接；控制器OUT4端口与右反转继电器用导线相连接，右反转继电器输出端口与右电动马达用导线相连接。

所述控制器Rx、Tx和GND端口与语音提示装置用导线相连接；控制器OUT5端口与左转向灯用导线相连接，OUT6端口与右转向灯用导线相连接。

所述摩擦定位式操纵杆安装在驾驶室座椅左扶手上，摩擦定位式操纵杆通过CAN信号与控制器通讯。

所述车速传感器安装在装载机传动输出轴上，用于实时检测整车速度，车速传感器通过CAN信号与控制器通讯。

所述左转向缸位置传感器安装在左转向缸上，用于实时检测左转向缸位置，左转向缸位置传感器通过模拟量信号与控制器通讯；所述右转向缸位置传感器安装在右转向缸上，用于实时检测右转向缸位置，右转向缸位置传感器通过模拟量信号与控制器通讯。

所述左正转继电器、左反转继电器、右正转继电器、右反转继电器安装在装载机驾驶室电气控制盒内；左正转继电器控制左电动马达正转，左反转继电器控制左电动马达反转；右正转继电器控制右电动马达正转，右反转继电器控制右电动马达反转。

所述语音提示安装在驾驶室顶部，用于语言提示整车转向时的状态，语音提示通过串口232信号与控制器通讯；所述左转向灯安装在前车架左边，用于警示整车左转向；所述右转向灯安装在前车架右边，用于警示整车右转向。

一种装载机摩擦定位式电转向控制方法，控制整车左转向和右转向方法相同；

控制整车左转向时，

机手操作摩擦定位式操纵杆向左运动时，控制器采集摩擦定位式操纵杆向左运动输入信号；

当控制器采集的车速传感器输入信号未达到速度限制阈值时；

则控制器根据摩擦定位式操纵杆向左运动输入信号的比例值、车速传感器输入的速度值，输出控制电压信号驱动左正转继电器；左正转继电器驱动左电动马达正转，使左电推杆伸出，带动左转向缸伸出；同时，控制器输出控制电压信号驱动右正转继电器，右正转继电器驱动右电动马达正转，使右电推杆伸出，带动右转向缸伸出；以此实现根据摩擦定位式操纵杆需求信号，控制整车执行左转向动作；

转向过程中，控制器采集右转向缸位置传感器输入信号、左转向缸位置传感器输入信号；控制器实时比较右转向缸位置传感器输入信号和左转向缸位置传感器输入信号，实时调整控制输出电压信号，使右转向缸和左转向缸运动速度保持同步。

控制整车左转向时，

控制器自动检测转向过程中各个系统及元件的状态，控制语音提示装置实时进行左转向的语音提示；同时，控制器输出电压信号，控制左转向灯进行左转向灯光警示。

当整车进行正常转向时，机手操作摩擦定位式操纵杆，通过控制器进行控制信号算法转换，输出控制指令信号，控制各个转向继电器，各个转向电动马达按输出指令，推动电推杆带动左、右转向缸，执行相应的转向动作，同时监控整车车速、转向缸移动位置，实时调整电动马达旋转速度，达到所需要的转向速度，实现摩擦定位式电转向智能控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）解决了限速、快速转向问题，能适用于受限于空间、环境、安全等因素影响，需要改变转向速度的特殊工况；

（2）提升了舒适性，解决了转向重问题，摩擦定位式操纵杆的力度要求在2~20N之间，可按需调整，基本设置操纵力为10N，符合绝大部分机手舒适度要求；

（3）具有故障查询功能，系统元件出现故障时，由控制器自动检测，并输出故障语音提醒，可迅速自动判断故障点及故障类型；

（4）节能减排，采用的电驱动自动化控制方式，比柴油发动机至少节能10%。

附图说明

图1为本发明的控制原理图；

图2为本发明的控制流程框图；

图中：1-蓄电池、2-摩擦定位式操纵杆、3-车速传感器、4-左正转继电器、5-左反转继电器、6-右正转继电器、7-右反转继电器、8-语音提示装置、9-左转向灯、10-右转向灯、11-控制器、12-左电动马达、13-右电动马达、14-左电推杆、15-右电推杆、16-右转向缸、17-左转向缸、18-右转向缸位置传感器、19-左转向缸位置传感器。

具体实施方式

下面结合附图及应用实例对本发明作更进一步的说明。

实施例一

结合图1所示，

一种装载机摩擦定位式电转向控制系统，包括电转向系统和电控系统。电转向系统主要包括左电动马达12、右电动马达13、左电推杆14、右电推杆15、左转向缸17、右转向缸16。电控系统包括控制器11、摩擦定位式操纵杆2、车速传感器3、左转向缸位置传感器19、右转向缸位置传感器18、左正转继电器4、左反转继电器5、右正转继电器6、右反转继电器7。

控制器11采用MC024；

控制器11IN1端口与左转向缸位置传感器19用导线相连接；

控制器11IN2端口与右转向缸位置传感器18用导线相连接；

控制器11CAN+和CAN-端口与车速传感器3用导线相连接；

控制器11CAN+和CAN-端口与摩擦定位式操纵杆2用导线相连接

控制器11BAT+端口与蓄电池1正极用导线相连接，BAT-端口与蓄电池1负极用导线相连接；

控制器11OUT1端口与左正转继电器4用导线相连接，左正转继电器4输出端口与左电动马达12用导线相连接；

控制器11OUT2端口与左反转继电器5用导线相连接，左反转继电器5与左电动马达12用导线相连接；

控制器11OUT3端口与右正转继电器6用导线相连接，右正转继电器6输出端口与右电动马达13用导线相连接；

控制器11OUT4端口与右反转继电器7用导线相连接，右反转继电器7输出端口与右电动马达13用导线相连接；

控制器11Rx、Tx和GND端口与语音提示装置8用导线相连接；

控制器11OUT5端口与左转向灯9用导线相连接，OUT6端口与右转向灯10用导线相连接。

优选的：摩擦定位式操纵杆2安装在驾驶室座椅左扶手上，具有摩擦自动定位功能，用于机手操作整车左、右转向。摩擦定位式操纵杆2通过CAN信号与控制器11通讯。车速传感器3安装在装载机传动输出轴上，用于实时检测整车速度，车速传感器3通过CAN信号与控制器11通讯。

优选的：左转向缸位置传感器19安装在左转向缸17上，用于实时检测左转向缸17位置，左转向缸位置传感器19通过模拟量信号与控制器11通讯；右转向缸位置传感器18安装在右转向缸16上，用于实时检测右转向缸16位置，右转向缸位置传感器18通过模拟量信号与控制器11通讯。

优选的：左正转继电器4、左反转继电器5、右正转继电器6、右反转继电器7安装在装载机驾驶室电气控制盒内；左正转继电器4控制左电动马达12正转，左反转继电器5控制左电动马达12反转；右正转继电器6控制右电动马达13正转，右反转继电器7控制右电动马达13反转。

优选的：语音提示8安装在驾驶室顶部，用于语言提示整车转向时的状态，语音提示8通过串口232信号与控制器11通讯。左转向灯9安装在前车架左边，用于警示整车左转向；所述右转向灯10安装在前车架右边，用于警示整车右转向。

实施例二

在上述实施例一的基础上，结合图2所示，

一种装载机摩擦定位式电转向控制方法，整车启动后，首先进行自检，自检通过后，机手操作摩擦定位式操纵杆2，控制器11根据采集的摩擦定位式操纵杆2输入信号、车速传感器3的输入信号、左转向缸位置传感器19的输入信号、右转向缸位置传感器18的输入信号，通过控制算法，判断整车转向需求，输出控制指令到继电器，驱动电动马达，带动电推杆，控制转向缸进行左转向动作或者右转向动作。

控制整车左转向时，

机手操作摩擦定位式操纵杆2向左运动时，控制器11采集摩擦定位式操纵杆2向左运动输入信号；

当控制器11采集的车速传感器3输入信号未达到速度限制阈值时；

则控制器11根据摩擦定位式操纵杆2向左运动输入信号的比例值、车速传感器3输入的速度值，经过高精度逻辑控制算法，按需求计算输出控制电压信号驱动左正转继电器4；左正转继电器4驱动左电动马达12正转，使左电推杆14伸出，带动左转向缸17伸出；同时，控制器11按需求计算输出控制电压信号驱动右正转继电器6，右正转继电器6驱动右电动马达13正转，使右电推杆15伸出，带动右转向缸16伸出；以此实现根据摩擦定位式操纵杆2需求信号，控制整车执行左转向动作；

转向过程中，控制器11采集右转向缸位置传感器18输入信号、左转向缸位置传感器19输入信号；控制器11实时比较右转向缸位置传感器18输入信号和左转向缸位置传感器19输入信号，实时调整控制输出电压信号，使右转向缸16和左转向缸17运动速度保持同步；

控制整车左转向时，

控制器11自动检测转向过程中各个系统及元件的状态，控制语音提示装置8实时进行左转向的语音提示；同时，控制器11输出电压信号，控制左转向灯9进行左转向灯光警示。

控制整车向右转向与控制整车向左转向相同，且各自独立运行；

具体的，控制整车右转向时，

机手操作摩擦定位式操纵杆2向右运动时，控制器11采集摩擦定位式操纵杆2向右运动输入信号；

当控制器11采集的车速传感器3输入信号未达到速度限制阈值时；

则控制器11根据摩擦定位式操纵杆2向右运动输入信号的比例值、车速传感器3输入的速度值，经过高精度逻辑控制算法，按需求计算输出控制电压信号驱动左反转继电器5；左反转继电器5驱动左电动马达12反转，使左电推杆14缩回，带动左转向缸17缩回；同时，控制器11按需求计算输出控制电压信号驱动右反转继电器7，右反转继电器7驱动右电动马达13反转，使右电推杆15缩回，带动右转向缸16缩回；以此实现根据摩擦定位式操纵杆2需求信号，控制整车执行右转向动作；

控制整车右转向时，

控制器11自动检测转向过程中各个系统及元件的状态，控制语音提示装置8实时进行右转向的语音提示；同时，控制器11输出电压信号，控制右转向灯10进行右转向灯光警示。

当系统元件出现短路、断路或者损坏时，则由控制器11自动检测，并发出故障至控制语音提示装置8，进行语音提示，以精准判断故障点及故障类型，及时处理，提高效率。

本实施例控制方法，运用高精度的传感器，经过控制器高速算法的数据处理，对装载机转向过程中实际工况的判断准确，响应快，误差小，可控制性强，解决了传统方向盘转向的弊端，避免操作员误操作引起的高危故障，提高了整车的安全性，降低了整车的故障率，减少了维修率。采用的电驱动自动化控制方式，比柴油发动机至少节能10%，同时，采用这种摩擦定位式操纵杆控制转向，可以大大降低机手操作强度，特别适用于频繁转向操作，从而提高工作效率。

上所述仅是本发明的优选实施方式，同时，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。